CN102057129A - 包括用于钻岩机的冲洗头的设备和方法，以及包括该设备的钻岩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备，该设备设计成插入具有钎尾(16)的钻岩机的前部(14)中的空腔(19)内。该设备包括具有冲洗头(2)和导向件(3)的卡头(1)，冲洗头(2)和导向件(3)同轴地布置以形成设计成用于钎尾(16)的通路的纵向通道(5)。

Description

包括用于钻岩机的冲洗头的设备和方法，以及包括该设备的钻岩机

技术领域

本发明涉及一种包括用于钻岩机的冲洗头的设备以及一种包括该设备的钻岩机。

背景技术

冲击式钻岩机主要包括活塞在其中往复运动的气缸。活塞的打击经由钻钢传递冲击能量，该钻钢的自由端是钻头。钻钢包括钎尾、一个或多个钻杆以及钻头，所有这些部件都包括联轴接头。在钻岩机中，整个钻钢在安装时包括用于冲洗介质的连续中央纵向通道。钎尾布置成在钻岩机的中央通道中延伸。

钻钢的前端部包括布置成在旋转时钻入岩石的钻头。钻钢的后端部经由钎尾连接到驱动单元。钎尾通常由彼此间隔一定距离布置的前导向件和后导向件支承在钻岩机内。

钻机通常包括两个主要部分，即前部和后部。在现在的许多钻机中，钎尾安装成使得前导向件布置在支承钎尾的前部中，后导向件布置在对钎尾有驱动作用的后部中的齿轮内。

当在岩石中钻孔时，被冲击折断的岩石颗粒必须从孔中连续地清除。为了使钻岩成为可能，这些岩石颗粒必须连续地运离钻孔。这由穿过钻头内的合适的通路的冲洗剂——空气和/或水——实现。岩屑——混合有冲洗介质的岩石颗粒——通常在杆和孔壁之间的空间内运走。

钎尾设计成具有轴向延伸的内部通道的圆柱体。在包括钎尾的钻岩机中，冲洗介质施加到冲洗头中，并经由钎尾通道和管状钻柱进一步经由钎尾施加到钻头。

为了防止冲洗介质进入钻机，钎尾通过冲洗密封件相对于冲洗头密封。这样，防止冲洗介质进入钻机，从而防止损坏钻机。

在具有潮湿空气并偶尔具有含盐冲洗水的矿山环境中，冲洗水引发问题。钎尾的表面被快速腐蚀，冲洗密封件必须在其上滑动的表面被极大地磨损。冲洗密封件相对较短的寿命是钻岩机需要维护的一个重要原因。

文献DE 4317037 A1教导了一种包括布置在钻机的前面的冲洗头的钻岩机。在该设计中，冲洗密封件相对于岩屑相对未予保护，冲洗密封件的寿命缩短。此外，钎尾的前导向件相对地靠近相应的后导向件放置。这使钎尾的导向较不稳定。

在现有技术的钻岩机中，有一种可替代方案，在该方案中，冲洗头布置在钻机的前部内。当这种钻岩机需要维护时，整个前部与钎尾一起拆卸。然后，钎尾、具有冲洗密封件的冲洗头以及止动环必须从前部拆卸，并更换冲洗头中的冲洗密封件。

在维护之后，必须再次安装部件。然后，通常地，将销插入冲洗头内以将其保持就位并避免旋转运动，以及提供用于输送冲洗水的通道。由于该销，冲洗头只有一个正确位置，并且该位置很难找到。

维护的这部分是非常繁重的工作，拆卸和安装所述机械部件需要大量的精力和时间。

因此，存在降低维护成本的需求。这些需求不能由根据上述现有技术的钻岩机满足。

发明内容

本发明的目的是便于维护冲击式钻岩机，该冲击式钻岩机包括壳体和在壳体内来回运动的汽锤活塞，其中，汽锤活塞用于使钻具/钻钢实施冲击。所解决的问题是在更换冲洗密封件时免于拆卸钎尾。

根据本发明的一个方面，提供一种设备，该设备设计成插入包括钎尾的钻岩机的前部中的空腔内。该设备设置成包括冲洗头和导向件的卡头，所述冲洗头和导向件同轴地布置以形成设计成用于钎尾的通路的纵向通道。

根据本发明的技术方案提供钻机的前部和钎尾在维护期间的稳定性。因此，排除了拆卸前部和钎尾的需要。

此外，由于卡头定位在钻机的前部中的空腔内，因此卡头是容易进入并容易拆卸的。卡头的重量相对较小，因此在更换冲洗密封件期间易于处理。

因此，维护工作变得不太复杂并不太费时，这进而降低了维护成本。

特征“前”和“后”是相对于钻机限定的位置。钻具布置在钻机的前面。更靠近钻具布置的部分在不太靠近钻具布置的部分的前面，即前部布置成比后部更靠近钻具。

表示为“导向件”的特征是当卡头安装在钻机的空腔内并支承和/或引导钎尾的前端部时，布置成与可旋转钎尾直接或间接接触的特征。

导向件包括例如套筒、衬套或轴承。导向件由钢、铜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或任何其它合适的材料制成。在一个可选择方案中，导向件包括靠近钎尾的表面上的一层PET。导向件由钢、铜、PET或任何其它合适的材料制成。冲洗头也由钢、铜、PET或任何其它合适的材料制成。定位装置由例如钢制成。

材料PET是热聚合聚酯，即部分结晶的热聚合材料，该热聚合材料非常坚硬并能够以所希望的方式承受磨损、化学腐蚀以及高温(高达大约220℃)。

如上所述，例如像是水的液体、像是空气的气体、泡沫或上述物质的混合物的冲洗介质在钻孔期间被导向孔的底部。

根据本发明的特征，卡头包括用于相对于钻机——即前部和钎尾——定位卡头的圆形装置。该方案使冲洗头的定向变得不重要，并消除了对销的需求。该方案减少了维护时间。

根据本发明的特征，定位装置包括适于使导向件和冲洗头在卡头内同轴地居中的套管。该套管适于在维护之后提供期望的高安装精度。

冲洗密封件布置在冲洗头内以在冲洗头与钎尾之间轴向密封，以使在钻孔期间冲洗介质不进入钻机。冲洗密封件的磨损和磨损程度与许多因素有关，例如安装精度，并在高安装精度时减小。

根据本发明的特征，出于如上所述相同的原因，套管包括用于将卡头固定在钻机中的紧固装置。

根据本发明的特征，紧固装置包括外螺纹。

根据本发明的特征，套管包括适于使导向件免受污垢的保护装置。

根据本发明的特征，卡头包括适于保护前部的装置，在钻孔期间，前部承受重载荷。

根据本发明的特征，保护装置是盖子。

根据本发明的特征，卡头包括适于连接冲洗头和套管的可拆卸连接装置。该连接装置可以是螺栓接头或插接式接头。

如下所述，随着冲洗头连接到套筒上，导向件锁定。然后，卡头可作为整体进行处理。在维护期间，包括新冲洗密封件的卡头可以作为备件来保存和使用，而非仅更换密封件。

根据本发明的特征，冲洗头设计成截锥形。因为这使得将卡头安装到空腔中的主要部分不太困难，所以改进了卡头向钻机的空腔中的安装。卡头可以推到空腔中而无需较大的力直到定位装置到达空腔入口。

根据本发明的特征，冲洗头和导向件制成一个整体。

另一个替代方案是冲洗头和导向件制成由两种不同材料制成的两个部件。又一个替代方案是冲洗头和导向件制成由相同材料制成的两个部件。

根据本发明的特征，冲洗头、导向件以及套管制成一个整体。然后，盖子对保护导向件和套管是有用的。

根据本发明的特征，钻岩机的前部包括设计成容纳具有卡头的设备的空腔。

根据本发明的特征，钻岩装置包括具有空腔的前部和具有卡头的设备，该卡头容纳在空腔内并可拆卸地固定在空腔内以使冲洗头和导向件完全布置在钻机内。在一个替代方案中，钻岩装置是包括壳体和能够在壳体中来回运动的汽锤活塞的冲击式钻岩机，其中，汽锤活塞适于使钻具/钻钢实施冲击。

根据本发明的第二方面，提供一种更换钻岩机中的冲洗密封装置的方法，该钻岩机包括设计有空腔的前部，并还包括同轴地容纳在空腔内并可拆卸地固定在空腔内的卡头。

该方法包括通过拧松至少一个螺纹接头松开空腔内的卡头，通过沿着钎尾在钻孔方向上滑动冲洗密封装置将卡头从空腔拉出，拆卸卡头，更换布置在冲洗头的内凹槽中的至少一个冲洗密封装置，安装卡头，在沿着钎尾在与钻孔相反的方向上滑动至少一个新的冲洗密封装置期间将卡头推进空腔内，在将螺纹接头紧固到其最终/操作位置期间转动定位装置以使卡头进一步移动到空腔内。

更换冲洗头的密封装置和/或在不拆卸钻机的前部的情况下能够检测密封装置的状况。此外，根据本发明的方案的优点是能够在不拆卸钎尾的情况下完成维护工作。

因此，根据本发明的方案对维护工作需求更少。

根据本发明的方案包括具有管状非圆锥形卡头的替代方案。在一个替代方案中，卡头设计成圆柱形。

根据本发明的方案包括具有非圆形截面的可替代卡头和/或冲洗头，即截面包括三条或多条边。

此外，该设备的其它部件，比如冲洗头和/或导向件在需要时能够容易地更换。

附图说明

将通过对本发明不同实施方式的说明并参照附图更详细地说明本发明，其中：

图1是根据本发明的设备，

图2是分开的图1中的设备，

图3是图1中的设备的横截面图，

图4是具有根据本发明的安装的设备的钻岩机的一部分的横截面图，

图5是包括空腔的钻岩机的前部，

图6是图5中的前部的横截面图，

图7是具有不在最终位置的根据本发明的设备的钻岩机的一部分的横截面图。

具体实施方式

图1是根据本发明的设备，该设备包括卡头1，卡头1适于插入布置在包括钎尾的钻岩机的前部中的空腔内。这将在下面更详细地说明。

卡头1包括冲洗头2、前导向件3以及定位装置4，各个纵向轴线同轴布置以形成贯穿卡头的中央纵向通道5(图2)。

冲洗头2(图3)是具有较小倾斜角/锥角的截锥形设计，并且包括用于冲洗密封件的多个内凹槽11和用于O型环的多个外沟槽7。冲洗头还包括用于从外部进入的冲洗介质的至少一个入口6。

定位装置4包括具有外螺纹9的圆筒形套管部件/轴环8和设计成盖子的保护部分12。

冲洗头2和定位装置4包括用于将上述两个部件锁定在一起以形成整体冲洗卡头的互连装置10。冲洗头2和定位装置4互连以使导向件3紧固其间。

图4是具有壳体的冲击式钻岩装置13的横截面图，该壳体包括经由接头32相互可拆卸地连接的前部14和后部15(仅部分地示出)。

前部14包括空腔19，空腔19具有设置有内螺纹21的圆形入口20。空腔19设计成类圆柱体，该类圆柱体包括相对更小直径在空腔底部内的截锥形包络曲面。空腔的纵向轴线与钻机的纵向轴线同轴布置。空腔的尺寸设定成与卡头1相符并储存卡头1。

卡头1具有截锥形设计，并布置成使得布置在空腔底部内的卡头的外径稍微小于靠近空腔开口的外径。

钎尾16同轴可移动地布置在钻机13中，其作用是将来自能量源的冲击能和旋转传递到钻头(未示出)。钎尾16布置成钻孔期间在冲洗头2中旋转和前后移动。

钻机的前部14包括根据本发明的布置，卡头1可拆卸地布置在空腔19内。

卡头1设计成包括设计用作钎尾的通路的纵向通道5，钎尾16由前导向件3引导并在其后端部16a由布置在钻机的后部15中的齿轮18内的后导向件17引导穿过通道5安装布置。

前导向件3支承钎尾16用于自由旋转。后导向件17布置成支承适配器16用于保持和驱动功能。

卡头包括布置在冲洗头2的外包络曲面2a(图2)上的外沟槽7内的一个或几个O型环22。在所示实施方式中，O型环22适于密封冲洗头2与前部14之间的第一空间23，冲洗介质经过第一空间23。

冲洗头2通过两对冲洗密封件24、25和26、27相对于钎尾16密封，其中，每个密封件均布置在内凹槽11中。每个冲洗密封件均布置成与钎尾16的包络曲面滑动接触。

冲洗头2包围钎尾的包络曲面的一部分，并与密封件25、26一起提供第二空间28。第二空间28经由使冲洗介质通过钎尾的供给通道29连接至钻钢。

钻岩机的前部14(图5)包括空腔19和空腔入口20。前部包括具有内螺纹21的圆筒形空腔部19a(图6)。前部分还包括截锥形空腔部19b。

当将卡头安装到钻岩机的空腔19内时，移动卡头并稍微轴向地推入空腔内以开始。所需的必要作用力增大，并且在某个位置(图7)，由于紧配合难以进一步手动按压。从该位置起，通过旋转定位装置4迫使卡头1进一步向空腔内轴向移动，在此，定位装置4上的外螺纹9布置成咬合前部14的空腔入口中的内螺纹21。外螺纹9和内螺纹21设计成刚好在该位置开始咬合。从此之后，定位装置4的转动引起螺纹9、21之间的咬合以及卡头1向空腔19内的轴向推进。由于该螺纹咬合和定位装置4的转动，迫使卡头1轴向移动到空腔19内并被紧固在其操作位置(图3)。定位装置4由咬合在至少一个适当的槽口30内的合适的套筒工具(未示出)转动。

当把导向件3安装在钻岩机中时，导向件3布置在所有冲洗密封件的前面，即比冲洗密封件更靠近钻头。

在钻岩机的维护期间，如上所述地更换冲洗密封件。本发明提供一种更换钻岩机中的冲洗密封件的方法，在该钻岩机中，前部包括空腔19和可拆卸地固定在空腔内的卡头1。

所述方法包括：

通过拧松至少一个螺纹接头9、30来松开空腔19中的卡头1，

在沿着钎尾16在钻孔方向上滑动布置在冲洗头的内凹槽中的冲洗密封件24、25、26、27期间，将卡头1从空腔19拉出，

拆卸卡头，

更换冲洗头中的至少一个冲洗密封件，

安装卡头，

在沿着钎尾16在钻孔的相反方向上滑动冲洗密封装置期间，将卡头1推入空腔19内，以及

在将螺纹接头9、30紧固到其最终/操作位置期间，转动定位装置4以将卡头进一步移动到空腔内。

Claims (15)

1.一种设备，所述设备设计成插入具有钎尾(16)的钻岩机的前部(14)中的空腔(19)内，其中，所述设备设计成卡头(1)，所述卡头(1)包括冲洗头(2)和导向件(3)，所述冲洗头(2)和所述导向件(3)同轴地布置以形成纵向通道(5)，所述纵向通道(5)设计为用作所述钎尾(16)的通路。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述卡头(1)包括适于相对于钻机定位所述卡头(1)的圆形装置(4)。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，定位装置(4)包括套管(8)，所述套管(8)适于使所述导向件(3)和所述冲洗头(2)在所述卡头(1)内同轴地居中。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述套管(8)包括适于将所述卡头(1)固定在钻机内的紧固装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述紧固装置包括外螺纹(9)。

6.根据权利要求3所述的设备，其中，所述套管(8)包括适于保护所述导向件(3)的保护部分(12)。

7.根据权利要求2所述的设备，其中，所述卡头(1)包括适于保护前部的装置(12)。

8.根据任一项前述权利要求所述的设备，其中，所述卡头(1)包括布置成将所述冲洗头(2)连接到所述套管(8)并锁定在所述导向件(3)内的可拆卸连接装置(10)。

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其中，所述冲洗头(2)设计成截锥形。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述冲洗头(2)和所述导向件(3)是一体件。

11.根据权利要求3所述的设备，其中，所述冲洗头(2)、所述导向件(3)和所述套管(8)是一体件。

12.一种钻岩机的前部(14)，包括设计成容纳根据权利要求1至11中任一项所述的设备的空腔(19)。

13.一种钻岩装置，包括根据权利要求12所述的具有空腔(19)的前部，还设置有根据权利要求1至12中任一项所述的设备，所述设备容纳在所述空腔(19)内并可拆卸地固定在所述空腔(19)内，以使所述冲洗头(2)和所述导向件(3)完全布置在所述钻机内。

14.根据权利要求13所述的钻岩装置，其中，所述钻岩装置是冲击式钻岩机。

15.一种更换钻岩装置中的冲洗密封装置(24、25、26、27)的方法，所述钻岩装置包括钎尾(16)、设计有空腔(19)的前部(14)和根据权利要求1至11中任一项所述的卡头(1)，所述卡头(1)同轴地容纳在所述空腔(19)内并可拆卸地固定在所述空腔(19)内，所述方法包括：

通过拧松至少一个螺纹接头(9、30)松开所述空腔(19)内的所述卡头(1)，

在沿着所述钎尾(16)在钻孔方向上滑动所述冲洗密封装置(24、25、26、27)期间，将所述卡头(1)从所述空腔(19)拉出，

拆卸所述卡头(1)，

更换布置在所述冲洗头(2)的内凹槽中的至少一个冲洗密封装置(24、25、26、27)，

安装所述卡头(1)，

在沿着所述钎尾(16)并在与钻孔相反的方向上滑动所述冲洗密封装置(24、25、26、27)期间，将所述卡头推进所述空腔(19)中，以及

在将所述螺纹接头(9、30)紧固到其最终/操作位置期间，转动所述定位装置(4)以将所述卡头进一步移动到所述空腔内。

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