用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于石油鉆機的頂部驅動鉆井中傳動裝置的技術領域，特別涉及一種兩檔齒輪減速箱。
【背景技術】
[0002]常規的頂部驅動鉆井裝置均采用一檔齒輪減速箱，在電動機軸上安放一個直徑較小的主動齒輪，與安裝在中間軸上直徑較大的從動齒輪組成I級減速齒輪副。在中間軸上位于下部的直徑較小的齒輪為II級主動齒輪，與安裝在輸出軸上的大齒輪組成II級減速齒輪副。通過兩級減速，輸出轉速范圍為O?220r/min。當輸出轉速為O?110r/min范圍內，輸出轉矩為額定轉矩，且不隨輸出轉速變化而變化；當輸出轉速很低時，短時間內可獲得2倍的額定轉矩，滿足上、卸扣的要求。當輸出轉速從100r/min?220r/min范圍，輸出轉矩隨輸出轉速的增加而減小，維持輸出功率不變。
[0003]近年來，新技術聚晶金剛石復合片鉆頭(PDC鉆頭)以其高轉速、低鉆壓和鉆進速度快的優點，要求減速箱的輸出轉速(即鉆桿的轉速)范圍提高到O?600r/min，甚至800r/min。而現有的一檔齒輪減速箱的輸出轉速范圍僅為O?220r/min，無法滿足PDC技術快速鉆井的需要。
[0004]另外，還有一種直驅式頂驅的方式，在電動機與鉆桿之間不設置齒輪減速箱，電動機直接驅動鉆桿旋轉。直驅電動機的等轉矩的轉速范圍為O?110r/min，等功率的轉速范圍為100?220r/min。其輸出轉速范圍為O?220r/min，無法滿足PDC技術快速鉆井的需要。同時，為保證電動機輸出轉矩和外形尺寸，電動機的轉速就不能提高很多，也無法滿足PDC技術快速鉆井的需要。
【發明內容】
[0005]為解決提高輸出轉速的技術問題，本發明提出一種用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱，在確保運轉可靠且使用壽命長的情況下，滿足較大范圍的輸出轉速。
[0006]本發明提供了一種用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱，包括箱體，及安裝在所述箱體內的輸入機構、中間傳遞機構、輸出機構和變速機構；
[0007]所述輸入機構，包括輸入軸及套在所述輸入軸外周的I級低速檔主動齒輪和I級高速檔主動齒輪；
[0008]所述中間傳遞機構，包括中間軸及套裝在所述中間軸上的I級低速檔從動齒輪、I級高速檔從動齒輪和II級主動齒輪，所述I級低速檔從動齒輪與所述I級低速檔主動齒輪相嚙合，形成I級低速檔齒輪副，所述I級高速檔從動齒輪與所述I級高速檔主動齒輪相嚙合，形成I級高速檔齒輪副；
[0009]所述輸出機構，包括輸出軸和套裝在所述輸出軸上的II級從動齒輪；所述II級從動齒輪與所述II級主動齒輪相嚙合；
[0010]所述變速機構，包括套裝在所述輸入軸上的滑動套，所述滑動套安放在所述輸入軸外周與所述I級低速檔主動齒輪的中心孔內壁和所述I級高速檔主動齒輪的中心孔內壁之間，所述滑動套沿所述輸入軸滑移，分別與所述I級低速檔主動齒輪的中心孔內壁和所述I級高速檔主動齒輪的中心孔內壁相配合，并分別驅動所述I級低速檔齒輪副和所述I級高速檔齒輪副轉動。
[0011]進一步地，所述滑動套的外周上設置低速檔外花鍵和高速檔外花鍵；所述I級低速檔主動齒輪的中心孔內壁上和所述I級高速檔主動齒輪的中心孔內壁上分別設置低速檔內花鍵和高速檔內花鍵；
[0012]所述低速檔外花鍵與所述低速檔內花鍵相配合，驅動所述I級低速檔齒輪副運動，此時所述I級高速檔齒輪副空轉；所述高速檔外花鍵與所述高速檔內花鍵相配合，驅動所述I級高速檔齒輪副運動，此時所述I級低速檔齒輪副空轉。
[0013]作為一種可實施的方式，所述輸入軸為電動機軸，所述變速機構還包括安放在所述箱體底部的液壓缸，所述液壓缸與所述滑動套連接并驅動所述滑動套的滑移運動。
[0014]進一步地，所述輸入軸、所述中間軸和所述輸出軸相互平行，且豎直布置于所述箱體內。
[0015]作為一種可實施的方式，所述I級低速檔齒輪副的減速比為所述I級高速檔齒輪副的減速比的2?3倍；所述I級低速檔從動齒輪位于所述I級高速檔從動齒輪的上方，所述II級主動齒輪位于所述I級低速檔從動齒輪和所述I級高速檔從動齒輪之間；
[0016]所述輸出軸上套裝所述主軸承和防跳軸承，所述主軸承位于所述II級從動齒輪的下方，所述防跳軸承位于所述II級從動齒輪的上方。
[0017]進一步地，所述輸入軸上，從上到下依次設置第一軸承、第二軸承、第三軸承和第四軸承；所述I級低速檔主動齒輪位于所述第一軸承和所述第二軸承之間，所述I級高速檔主動齒輪位于所述第三軸承和所述第四軸承之間。
[0018]進一步地，所述箱體包括具有上開口的下箱體、上箱蓋和軸承座；所述上箱蓋扣蓋在所述下箱體的上開口上，所述I級高速檔齒輪副置于所述下箱體內；所述第二軸承、所述第三軸承均與所述軸承座可拆卸式連接，所述軸承座與所述下箱體可拆卸式連接，所述第一軸承與所述上箱蓋連接，所述第四軸承與所述下箱體連接。
[0019]進一步地，所述滑動套與所述輸入軸之間通過花鍵配合。
[0020]作為一種可實施的方式，所述輸入機構、所述中間傳遞機構、所述變速機構和所述輸出機構的數量均為一個。
[0021]作為另一種可實施的方式，所述輸入機構、所述變速機構和所述中間傳遞機構的數量均為兩個，所述輸出機構的數量為一個，所述輸入機構、所述變速機構、所述中間傳遞機構分別由遠及近地對稱分布在所述輸出軸的兩側。
[0022]進一步地，所述I級低速檔主動齒輪、所述I級高速檔主動齒輪、所述I級低速檔從動齒輪、所述I級高速檔從動齒輪、所述II級主動齒輪和所述II級從動齒輪均為斜齒輪。
[0023]本發明相比于現有技術的有益效果在于:用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱采用兩檔，實現了 2?3倍范圍的轉速輸出。布置方式非常緊湊，與一檔齒輪減速箱相比，整體尺寸沒有增加。采用花鍵聯結，在傳遞轉矩時所有花鍵齒同時接合，有利于降低花鍵結合部分的接觸和擠壓應力，避免過早疲勞損傷，提高應用的可靠性和使用壽命。
[0024]用于承重的下箱體為整體式結構，能夠承受最大的鉆桿載荷，而且方便組裝和拆卸。I級低速檔主動齒輪的軸向力和徑向力由第一軸承和第二軸承承受，I級高速檔主動齒輪的軸向力和徑向力由第三軸承和第四軸承承受，避免現有技術的齒輪與輸入軸之間的花鍵聯接配合間隙過大而導致嚙合時產生明顯的噪音和振動。因此，本發明所述的用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱運轉可靠，使用壽命長。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明的實施例1的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明的實施例2的結構示意圖。
[0027]附圖標記:
[0028]10-輸入軸；12_ I級低速檔主動齒輪；14_ I級高速檔主動齒輪；15_第一軸承；16-第二軸承；17_第三軸承；18_第四軸承；
[0029]20-中間軸；22_ I級低速檔從動齒輪；24_ I級高速檔從動齒輪；26_ II級主動齒輪；
[0030]40-滑動套；42_液壓缸；
[0031]52-下箱體；54_上箱蓋；56_軸承座；57_螺栓；
[0032]30-輸出軸；31_防跳軸承；32_主軸承；33_扶正軸承；36_ II級從動齒輪；
[0033]60-電動機；70_鉆桿。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特征和優點進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的部分實施例，而不是全部實施例。
[0035]請參閱圖1所示，本發明的一種用于頂部驅動鉆井裝置的兩檔齒輪減速箱，用于在電動機和鉆桿之間傳動，包括箱體、輸入機構、中間傳遞機構、輸出機構和變速機構。其中輸入機構、中間傳遞機構、輸出機構和變速機構均安裝在箱體內。
[0036]輸入機構包括輸入軸10、I級低速檔主動齒輪12和I級高速檔主動齒輪14，I級低速檔主動齒輪12和I級高速檔主動齒輪14均套在輸入軸10外周。在齒輪減速箱中，低速檔的減速比范圍為8?12，高速檔的減速比范圍為3?6。
[0037]中間傳遞機構包括中間軸20及套裝在中間軸20上的I級低速檔從動齒輪22、I級高速檔從動齒輪24和II級主動齒輪26。I級低速檔從動齒輪22與I級低速檔主動齒輪12相嚙合，形成I級低速檔齒輪副；I級高速檔從動齒輪24與I級高速檔主動齒輪14相嚙合，形成I級高速檔齒輪副。
[0038]輸出機構包括輸出軸30和套裝在輸出軸30上的II級從動齒輪36，II級從動齒輪36與II級主動齒輪26相嚙合，形成II級齒輪副。
[0039]變速機構包括套裝在輸入軸10上的滑動套40和液壓缸42，滑動套40安放在輸入軸10外周與I級低速檔主動齒輪12的中心孔內壁和I級高速檔主動齒輪14的中心孔內壁之