楊成華 張繼杰 文

雙橫臂雙扭桿獨(dú)立懸架和雙唇密封氣密裝置等軍品技術(shù)充分發(fā)揮了底盤的技術(shù)特點(diǎn)，保證了運(yùn)輸?shù)目煽啃裕涎b作業(yè)效率得到了提高，取得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，全世界已探明的億噸級油、氣田約有324 個(gè)，而分布在沙漠中的這樣儲量的大油田、大氣田就有109 個(gè)，約占了1/3。其中數(shù)一數(shù)二的大油田都在沙漠地區(qū)。例如在尼日爾撒哈拉大沙漠腹地開采石油，該地區(qū)常年平均氣溫35 ℃以上，風(fēng)力在3 ～4 級，風(fēng)沙大，沙子松軟，極易陷車。由于沒有適用的沙漠專用車，現(xiàn)有的自走式XJ550 修井機(jī)設(shè)備在該沙漠地區(qū)被迫拆散，將上裝設(shè)備井架總成和原車底盤主體分別用進(jìn)口品牌牽引車移運(yùn)(如圖1 所示)，這樣大大降低了作業(yè)效率，增多了搬家移運(yùn)次數(shù)，成本直線上升。為解決目前作業(yè)設(shè)備在沙漠地區(qū)使用的缺陷，三江集團(tuán)結(jié)合超重型軍用底盤技術(shù)，體現(xiàn)軍民融合的設(shè)計(jì)理念，成功開發(fā)了沙漠專用底盤，為后續(xù)開發(fā)具有廣闊前景的重型沙漠鉆機(jī)車底盤、沙漠壓裂車底盤等積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

作業(yè)設(shè)備底盤結(jié)構(gòu)

1.常規(guī)作業(yè)設(shè)備底盤使用中存在的問題

油田車載式作業(yè)設(shè)備不下百種，僅以鉆修井機(jī)為例，從40 ～180 t 鉆修井機(jī)，配套的底盤均為專用車底盤，驅(qū)動形式從6×6、8×4 一直到14×12，底盤的行駛系統(tǒng)幾乎全部采用整體式橋和中高壓輪胎，且整套車載鉆修機(jī)總質(zhì)量在32 ～85 t，滿載時(shí)平均接地比壓一般為0.9 MPa。這類專用車底盤設(shè)計(jì)開發(fā)著重點(diǎn)在于滿足設(shè)備的承載要求，并依照汽車標(biāo)準(zhǔn)和油田車標(biāo)準(zhǔn)，盡量降低整車高度以滿足道路行駛要求，這樣車輛的最小離地間隙和縱向通過半徑等通過性指標(biāo)大大受到了限制，因此無法直接應(yīng)用到沙漠地區(qū)。若在現(xiàn)有油田專用車上，通過將中高壓輪胎更換為低壓沙漠輪胎后，雖然接地比壓小了，但沙漠輪胎的承載能力較小，使得專用車輛的承載能力損失了，更換沙漠輪胎后車輛的承載能力最大降低30%。另外常規(guī)作業(yè)設(shè)備底盤采用的整體式剛性橋，雖然成本較低，但在沙漠地區(qū)應(yīng)用時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)全輪著地性，很容易在沙漠地區(qū)出現(xiàn)“陷車”現(xiàn)象。

表2 樣機(jī)指標(biāo)與某進(jìn)口品牌牽引車對比

因此，簡單地在常規(guī)作業(yè)設(shè)備底盤上作適應(yīng)性改進(jìn)，并不能解決作業(yè)設(shè)備在沙漠地區(qū)使用的根本問題。

2.進(jìn)口品牌沙漠運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通過分析某進(jìn)口品牌專用于沙漠油田運(yùn)輸?shù)臓恳嚱Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，該類底盤采用的是低壓寬基輪胎，并帶有輪胎充放氣功能，牽引車的驅(qū)動形式采用6×6。

由表1 可以看出，該底盤的承載能力為37 t，在沙漠地區(qū)行駛時(shí)車上載荷不允許超過該值，因此修井機(jī)類設(shè)備很難整套安裝其上，僅能采用圖1 的方式進(jìn)行運(yùn)輸。這樣就給作業(yè)帶來了極大的不便，使得工作效率降低。

樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)

1.樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

針對自走式XJ550 修井機(jī)負(fù)責(zé)主要功能件運(yùn)輸作業(yè)，并要求行走具有一定的通過性和機(jī)動性等特點(diǎn)，結(jié)合軍用越野特種車的成熟技術(shù)，確定了沙漠修井機(jī)專用底盤的設(shè)計(jì)方案，該底盤由動力系統(tǒng)(包括發(fā)動機(jī)及其輔助系統(tǒng))、傳動系統(tǒng)(包括液力機(jī)械變速器、分動器、主減速器、輪邊減速器及傳動軸)、行駛系統(tǒng)(包括車架、懸架、車輪及輪胎)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、駕駛室、儀表電氣系統(tǒng)、輔助設(shè)備及為上裝設(shè)計(jì)的總成等組成。

2.驅(qū)動形式

為了承載起全套作業(yè)設(shè)備同時(shí)又盡量避免破壞沙地的附著性能，采用了增加驅(qū)動軸數(shù)均分載荷的布置方案，底盤的驅(qū)動方式由特殊設(shè)計(jì)的分動器決定。正常路面行駛時(shí)，分動器前輸出軸為脫開狀態(tài)，驅(qū)動形式為12×6；當(dāng)?shù)妆P爬陡坡或進(jìn)入沙漠地區(qū)時(shí)，分動器前輸出軸結(jié)合，驅(qū)動形式為12×10。

3.動力系統(tǒng)

按最高車速要求和最大爬坡度要求，發(fā)動機(jī)額定功率選定為470 kW，滿載時(shí)整車的比功率為6.03 kW/t。選配了沙漠重型空濾器和高散熱量的水箱。

發(fā)動機(jī)和變速器采用直接連接，并布置在駕駛室后方，車架臺面之上，提高了發(fā)動機(jī)和變速器的維修性和日常檢查的方便性。采用了大轉(zhuǎn)距分動器，使得主傳動路線上的傳動軸夾角無論車上和車下，均控制在5°以內(nèi)，提高了傳動軸的使用壽命，減小了振動。

底盤動力傳動原理為：發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)過液力變矩器傳遞到機(jī)械變速器，經(jīng)分動器的互鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車上車下的動力傳動，當(dāng)?shù)妆P行走時(shí)動力經(jīng)分動器下輸出口分配給車橋主減速器動力，再由主減速器經(jīng)傳動軸傳遞給輪邊減速器，此時(shí)用于上裝輸出的動力口處于斷開狀態(tài)，當(dāng)?shù)妆P靜止，上裝作業(yè)時(shí)分動器的下輸出口處于斷開狀態(tài)，上輸出口處于接合工作狀態(tài)。樣機(jī)的傳動原理見圖3。

4.行駛系統(tǒng)

行駛系統(tǒng)主要包括懸架、車架、車輪及輪胎中央充放氣系統(tǒng)等。

考慮到沙漠地區(qū)路面的特點(diǎn)，底盤采用了雙橫臂雙扭桿獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，車輪的上下運(yùn)動空間加大，保證底盤在惡劣路面上行駛時(shí)，所有車輪均能實(shí)現(xiàn)全時(shí)全載著地性，載荷均勻分配，保證了沙地附著性能不被破壞，從而減小了牽引力的損失。同時(shí)采用扭桿彈簧使得懸架系統(tǒng)剛度可變，整車載荷變化時(shí)，懸架系統(tǒng)振動頻率變化很小，平順性好。當(dāng)個(gè)別車輪損壞后，可將車輪頂起，保證繼續(xù)行駛，提高底盤的通過性能。這一功能，國內(nèi)非獨(dú)立懸架整體驅(qū)動橋的車輛無法達(dá)到。

車架結(jié)構(gòu)采用高斷面鉚、焊及螺接結(jié)構(gòu)，縱梁由雙層鋼板組合而成，主車架斷面結(jié)構(gòu)為“Z”字形和槽形組合的復(fù)合斷面。兩縱梁的下部通過管狀橫梁連接，上部通過槽型橫梁連接。在車架迎面及下面設(shè)有防護(hù)甲板，當(dāng)車輛通過灌木叢林、卵石路面時(shí)，能有效對發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)起到防護(hù)作用。

沙漠油田專用車底盤輪胎采用寬斷面調(diào)壓沙漠專用花紋輪胎，輪胎的額定壓力為0.5 MPa，額定負(fù)荷不小于6 500 kg。并配裝了全自動輪胎充放氣系統(tǒng)，輪胎的調(diào)壓范圍0.2 ～0.5 MPa，通過降低輪胎的充氣壓力，增大車輪的接地面積，減小車輪的單位接地壓力和車輪下陷深度，確保車輛順利通過沙漠路面。整車滿載沙漠地區(qū)最大接地比壓為0.284 MPa。

5.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

為了減小轉(zhuǎn)彎直徑提高整車的通過能力，在該沙漠油田專用底盤車上采用了機(jī)械傳動，液壓助力多軸分組轉(zhuǎn)向型式，前雙橋?yàn)橐唤M，后雙橋?yàn)橐唤M，2 組之間采用靜壓傳遞，后轉(zhuǎn)向組設(shè)有對中鎖定缸。采用后組轉(zhuǎn)向后最小轉(zhuǎn)彎直徑為30 m。

6.樣機(jī)達(dá)到的指標(biāo)

歷時(shí)4 個(gè)月的設(shè)計(jì)和試制，底盤終于進(jìn)入樣機(jī)試驗(yàn)階段，通過實(shí)測并對比，沙漠油田專用車底盤的一些性能指標(biāo)明顯優(yōu)于進(jìn)口車型。

關(guān)鍵總成和關(guān)鍵技術(shù)

1.關(guān)鍵總成

該沙漠油田車專用底盤首次采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的2 大總成：一是雙橫臂雙扭桿獨(dú)立懸架裝置，即在每一車橋的左、右側(cè)各有一套相互獨(dú)立作用的懸架裝置，該懸架裝置由彈性元件上扭桿、下扭桿和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上懸架臂、下懸架臂，減振器及其他附件組成；二是雙唇密封氣密裝置，該密封裝置采用雙唇口、錐形，浮裝在輪轂和半軸套管之間，因而同心度高，密封性能好，使用壽命長?？梢员ＷC車輛在行駛或靜止?fàn)顟B(tài)下實(shí)現(xiàn)輪胎自動充放氣功能。

2.關(guān)鍵技術(shù)

該沙漠油田專用車底盤要保證在沙漠地區(qū)負(fù)重自行，首先要解決輪胎問題。某進(jìn)口品牌底盤采用的是29.5R25 沙漠專用輪胎，其斷面寬度為750 mm，直徑1 830 mm，底盤總質(zhì)量為70 t。而公司現(xiàn)有產(chǎn)品輪胎是直徑為1 500 mm、斷面寬度為600 mm 的斜交胎，輪胎花紋適合沼澤地，不適合沙漠地。由于沙漠油田專用車底盤驅(qū)動為12×10，經(jīng)比較和估算，總的接地面積和單位面積上的壓強(qiáng)均優(yōu)于進(jìn)口品牌底盤，但需改用沙漠專用花紋。經(jīng)與輪胎廠家協(xié)商，委托其為該產(chǎn)品開發(fā)專用沙漠輪胎的花紋，同時(shí)該花紋又能保證在良好路面的行駛性能。

現(xiàn)場應(yīng)用情況

截至目前，XJ550 沙漠修井機(jī)共完成了20 口油井的維修作業(yè)，轉(zhuǎn)移場地50多次，轉(zhuǎn)移里程共5 000 多km。沙漠油田專用車底盤利用了軍用越野車的高機(jī)動、高越野性能，產(chǎn)品性能指標(biāo)均優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，雙橫臂雙扭桿獨(dú)立懸架和雙唇密封氣密裝置等軍品技術(shù)充分發(fā)揮了底盤的技術(shù)特點(diǎn)，保證了運(yùn)輸?shù)目煽啃?，上裝作業(yè)效率得到了提高，取得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。