一种新型油田专用车底盘的设计及应用

杨成华 张继杰 文

双横臂双扭杆独立悬架和双唇密封气密装置等军品技术充分发挥了底盘的技术特点，保证了运输的可靠性，上装作业效率得到了提高，取得到了很好的经济效益。

目前，全世界已探明的亿吨级油、气田约有324 个，而分布在沙漠中的这样储量的大油田、大气田就有109 个，约占了1/3。其中数一数二的大油田都在沙漠地区。例如在尼日尔撒哈拉大沙漠腹地开采石油，该地区常年平均气温35 ℃以上，风力在3 ～4 级，风沙大，沙子松软，极易陷车。由于没有适用的沙漠专用车，现有的自走式XJ550 修井机设备在该沙漠地区被迫拆散，将上装设备井架总成和原车底盘主体分别用进口品牌牵引车移运(如图1 所示)，这样大大降低了作业效率，增多了搬家移运次数，成本直线上升。为解决目前作业设备在沙漠地区使用的缺陷，三江集团结合超重型军用底盘技术，体现军民融合的设计理念，成功开发了沙漠专用底盘，为后续开发具有广阔前景的重型沙漠钻机车底盘、沙漠压裂车底盘等积累了宝贵的经验。

作业设备底盘结构

1.常规作业设备底盘使用中存在的问题

油田车载式作业设备不下百种，仅以钻修井机为例，从40 ～180 t 钻修井机，配套的底盘均为专用车底盘，驱动形式从6×6、8×4 一直到14×12，底盘的行驶系统几乎全部采用整体式桥和中高压轮胎，且整套车载钻修机总质量在32 ～85 t，满载时平均接地比压一般为0.9 MPa。这类专用车底盘设计开发着重点在于满足设备的承载要求，并依照汽车标准和油田车标准，尽量降低整车高度以满足道路行驶要求，这样车辆的最小离地间隙和纵向通过半径等通过性指标大大受到了限制，因此无法直接应用到沙漠地区。若在现有油田专用车上，通过将中高压轮胎更换为低压沙漠轮胎后，虽然接地比压小了，但沙漠轮胎的承载能力较小，使得专用车辆的承载能力损失了，更换沙漠轮胎后车辆的承载能力最大降低30%。另外常规作业设备底盘采用的整体式刚性桥，虽然成本较低，但在沙漠地区应用时，无法实现全轮着地性，很容易在沙漠地区出现“陷车”现象。

表2 样机指标与某进口品牌牵引车对比

因此，简单地在常规作业设备底盘上作适应性改进，并不能解决作业设备在沙漠地区使用的根本问题。

2.进口品牌沙漠运输车结构特点

通过分析某进口品牌专用于沙漠油田运输的牵引车结构特点发现，该类底盘采用的是低压宽基轮胎，并带有轮胎充放气功能，牵引车的驱动形式采用6×6。

由表1 可以看出，该底盘的承载能力为37 t，在沙漠地区行驶时车上载荷不允许超过该值，因此修井机类设备很难整套安装其上，仅能采用图1 的方式进行运输。这样就给作业带来了极大的不便，使得工作效率降低。

样机设计开发

1.样机设计技术特点

针对自走式XJ550 修井机负责主要功能件运输作业，并要求行走具有一定的通过性和机动性等特点，结合军用越野特种车的成熟技术，确定了沙漠修井机专用底盘的设计方案，该底盘由动力系统(包括发动机及其辅助系统)、传动系统(包括液力机械变速器、分动器、主减速器、轮边减速器及传动轴)、行驶系统(包括车架、悬架、车轮及轮胎)、转向系统、制动系统、驾驶室、仪表电气系统、辅助设备及为上装设计的总成等组成。

2.驱动形式

为了承载起全套作业设备同时又尽量避免破坏沙地的附着性能，采用了增加驱动轴数均分载荷的布置方案，底盘的驱动方式由特殊设计的分动器决定。正常路面行驶时，分动器前输出轴为脱开状态，驱动形式为12×6；当底盘爬陡坡或进入沙漠地区时，分动器前输出轴结合，驱动形式为12×10。

3.动力系统

按最高车速要求和最大爬坡度要求，发动机额定功率选定为470 kW，满载时整车的比功率为6.03 kW/t。选配了沙漠重型空滤器和高散热量的水箱。

发动机和变速器采用直接连接，并布置在驾驶室后方，车架台面之上，提高了发动机和变速器的维修性和日常检查的方便性。采用了大转距分动器，使得主传动路线上的传动轴夹角无论车上和车下，均控制在5°以内，提高了传动轴的使用寿命，减小了振动。

底盘动力传动原理为：发动机的动力经过液力变矩器传递到机械变速器，经分动器的互锁机构实现车上车下的动力传动，当底盘行走时动力经分动器下输出口分配给车桥主减速器动力，再由主减速器经传动轴传递给轮边减速器，此时用于上装输出的动力口处于断开状态，当底盘静止，上装作业时分动器的下输出口处于断开状态，上输出口处于接合工作状态。样机的传动原理见图3。

4.行驶系统

行驶系统主要包括悬架、车架、车轮及轮胎中央充放气系统等。

考虑到沙漠地区路面的特点，底盘采用了双横臂双扭杆独立悬架结构，车轮的上下运动空间加大，保证底盘在恶劣路面上行驶时，所有车轮均能实现全时全载着地性，载荷均匀分配，保证了沙地附着性能不被破坏，从而减小了牵引力的损失。同时采用扭杆弹簧使得悬架系统刚度可变，整车载荷变化时，悬架系统振动频率变化很小，平顺性好。当个别车轮损坏后，可将车轮顶起，保证继续行驶，提高底盘的通过性能。这一功能，国内非独立悬架整体驱动桥的车辆无法达到。

车架结构采用高断面铆、焊及螺接结构，纵梁由双层钢板组合而成，主车架断面结构为“Z”字形和槽形组合的复合断面。两纵梁的下部通过管状横梁连接，上部通过槽型横梁连接。在车架迎面及下面设有防护甲板，当车辆通过灌木丛林、卵石路面时，能有效对发动机、传动系统、转向系统起到防护作用。

沙漠油田专用车底盘轮胎采用宽断面调压沙漠专用花纹轮胎，轮胎的额定压力为0.5 MPa，额定负荷不小于6 500 kg。并配装了全自动轮胎充放气系统，轮胎的调压范围0.2 ～0.5 MPa，通过降低轮胎的充气压力，增大车轮的接地面积，减小车轮的单位接地压力和车轮下陷深度，确保车辆顺利通过沙漠路面。整车满载沙漠地区最大接地比压为0.284 MPa。

5.转向系统

为了减小转弯直径提高整车的通过能力，在该沙漠油田专用底盘车上采用了机械传动，液压助力多轴分组转向型式，前双桥为一组，后双桥为一组，2 组之间采用静压传递，后转向组设有对中锁定缸。采用后组转向后最小转弯直径为30 m。

6.样机达到的指标

历时4 个月的设计和试制，底盘终于进入样机试验阶段，通过实测并对比，沙漠油田专用车底盘的一些性能指标明显优于进口车型。

关键总成和关键技术

1.关键总成

该沙漠油田车专用底盘首次采用了具有自主知识产权的2 大总成：一是双横臂双扭杆独立悬架装置，即在每一车桥的左、右侧各有一套相互独立作用的悬架装置，该悬架装置由弹性元件上扭杆、下扭杆和导向机构上悬架臂、下悬架臂，减振器及其他附件组成；二是双唇密封气密装置，该密封装置采用双唇口、锥形，浮装在轮毂和半轴套管之间，因而同心度高，密封性能好，使用寿命长。可以保证车辆在行驶或静止状态下实现轮胎自动充放气功能。

2.关键技术

该沙漠油田专用车底盘要保证在沙漠地区负重自行，首先要解决轮胎问题。某进口品牌底盘采用的是29.5R25 沙漠专用轮胎，其断面宽度为750 mm，直径1 830 mm，底盘总质量为70 t。而公司现有产品轮胎是直径为1 500 mm、断面宽度为600 mm 的斜交胎，轮胎花纹适合沼泽地，不适合沙漠地。由于沙漠油田专用车底盘驱动为12×10，经比较和估算，总的接地面积和单位面积上的压强均优于进口品牌底盘，但需改用沙漠专用花纹。经与轮胎厂家协商，委托其为该产品开发专用沙漠轮胎的花纹，同时该花纹又能保证在良好路面的行驶性能。

现场应用情况

截至目前，XJ550 沙漠修井机共完成了20 口油井的维修作业，转移场地50多次，转移里程共5 000 多km。沙漠油田专用车底盘利用了军用越野车的高机动、高越野性能，产品性能指标均优于国外同类产品，双横臂双扭杆独立悬架和双唇密封气密装置等军品技术充分发挥了底盘的技术特点，保证了运输的可靠性，上装作业效率得到了提高，取得到了很好的经济效益。