CN102648327B - 潜孔锤钻的钻头组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种潜孔钻头(11)组件，包括钻头(11)，在其砧座端具有螺纹(7)，钻头柄(13)上的外花键和壳体中的接合花键(9)，以及由壳体中的部件支承的接合螺纹(7)。该组件的螺纹(7)接合脱离花键(9)接合，以驱动钻头，而螺纹(7)接合连接花键(9)脱离，以使钻头从组件上移除。

Description

潜孔锤钻的钻头组件

技术领域

锤钻钻潜孔是众所周知的，并且得到广泛运用，其通常是气动的。

背景技术

在大量不同设计的锤钻中长期存在的难点就是在需要更换或维修时拆卸钻头很困难。这个难点也出现在大型集群钻上，集群钻就是多个锤钻装在一个筒体内。目前实用的锤钻通常会将一个钻头或几个钻头结合在一个安装件内安装使得安装件在钻头松开前经常破坏的很严重。这样增加了由此问题导致的停机的时间和成本。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能在很大程度克服该问题的设计。

根据本发明，提供一种潜孔钻头组件，其包括：钻头，所述钻头具有花键和在钻头的砧座端的螺纹；并且在壳体内的部件上具有配合花键和配合螺纹，所述组件设置成：花键接合而螺纹脱离以驱动钻头，并且螺纹接合而花键脱离以允许钻头从组件上移除。

本发明还提供了在钻头柄上或在钻头柄砧座端的孔内设置螺纹；在钻头壳体内设置花键成为壳体的一部分或成为可固定在壳体内的卡盘单元的一部分；以及设置位于卡盘内部的与钻头柄外部的螺纹配合的螺纹，或位于可轴向运动的控制单元上的与钻头柄内部的螺纹配合的螺纹。

还提供一种锤钻钻头卡盘，包括位于其操作上端的衬套，所述衬套的下端设有内螺纹，在螺纹下方延伸的内花键的内径大于螺纹内径，卡盘的外表面具有用于耐磨套筒的座部，该座部的操作上方设置有外螺纹，所述外螺纹适于与耐磨套筒内的内螺纹接合。

本发明的一方面提供一锤钻钻头，其具有：适于操作接合在钻头卡盘的底部中的钻头头部；从钻头头部向后设置的、适于与卡盘内的内花键接合的外花键，卡盘具有内螺纹，所述内螺纹的内径小于钻头上外花键的直径，钻头柄的端部具有沿着邻近钻头砧座的部分延伸的外螺纹，所述外螺纹接合并通过钻头卡盘内的互补螺纹。

本发明还提供了卡盘的钻头组件，和限定在耐磨套筒的端部的钻头。

本发明组件的进一步特征为钻头上外花键和卡盘中内花键的底部每个都成形为螺旋凸轮的一圈，所述螺旋凸轮的一圈的螺距与卡盘内螺纹的螺距相同，能使钻头与卡盘在其端部接合面处旋转。

根据本发明的可选的特征，提供一种锤钻钻头组件，其中钻头具有从砧座延伸的螺纹，其与钻头安装件上的互补螺纹相接合，使得螺纹接合使钻头通过螺纹彼此通过的通道运动进入和脱离与安装件的有限的滑动接合。

本发明的进一步的特征为当螺纹彼此通过时，钻头和钻头安装件的配对花键接合，该安装件为卡盘或控制杆，其中螺纹设置在杆外部以及钻头砧座端内的孔内。

根据本发明的另一实施例，锤钻组件具有沿钻头柄的一组花键，和从钻头柄砧座端延伸的轴向孔中的螺纹，一组从组件耐磨套筒端部延伸的与钻头柄上花键配合的内花键，以及组件中的杆，所述杆具有能与钻头柄中的螺纹接合的螺纹和用来使所述杆相对于钻头滑动的装置，以接合花键或使花键脱离。

同样，本发明还提供了用作分配控制杆的杆从组件的后头部延伸，对于用作集群钻的钻头组件，包括以上所述的组件，其中杆单独地或共同地可运动和可旋转。

本发明一方面提供了一种可脱离的螺纹，以使钻头绕杆运动动来调整钻头在组件中的位置，并且螺纹被接合以使钻头从组件上脱离。

本发明的又一特征为配合螺纹由卡盘内的弹性固定环或者钻孔壳体与钻孔柄上的楔形件配合的钻孔壳体所替代，，以在控制杆或其它部件向钻头施加弹性轴向力时保持或释放钻头。

该实施例的另一特征是花键的端部和开口环的内表面的上、下缘为锥形，并且控制杆的端部和钻头的上表面形状对应，保证接触时轴向对齐。

本发明还提供了一固定环，其位于由钻头壳体支承的带槽卡盘中。

附图说明

参考附图，下面仅以举例方式对本发明的几个实施例进行描述，以便可以更清晰地了解本发明的这些特征以及其它特征；其中：

图1为通过钻头卡盘的纵向剖面图；

图2为通过钻头组件的纵向剖面图；

图3所示为钻头在未使用时的两个相关位置；

图4和图5为变型部件的示意图；

图6为包括本发明的不同的锤钻在钻孔模式下剖面图；

图7为冲洗模式下的锤钻的剖面图；

图8所示为在锤钻组件中使控制杆相对于钻头滑动的方法；以及

图9所示为使用螺纹彼此旋拧的替代。

具体实施方式

参见图1，卡盘1具有钻头接合端2，该钻头接合端设置用于图2所示的钻头组件耐磨套筒10的端部的外环座3。在该外环座3上方具有外螺纹4，用来将卡盘1固定到耐磨套筒10的端部。

设置有环形通槽5，其通过端口6向卡盘1内部开口，用来在钻头组件上升离开其操作位置时使流体冲洗经过钻头或在钻头附近冲洗流体。大约4个螺距长度的内螺纹7从端口6向上向着卡盘1的上端延伸。螺纹7的上面，卡盘1的内壁设有钻头导向件8。对于非管型的钻头组件，钻头导向件8还设有杆衬套。内钻头旋转花键9从端口6向下延伸到大约在耐磨套筒座3和卡盘1的下端之间中间的位置。

现在参见图2，卡盘1被示出为在钻头组件中。耐磨套筒10被示出为在工作钻孔位置上与钻头11一起旋拧在卡盘1上。该卡盘1支承在阶梯状钻头头部12上。

钻头柄13上设有标记为14的花键，该花键与卡盘1中的花键9接合。

从钻头柄13的上端向后一段距离，杆具有与卡盘中的螺纹7互补的外螺纹15。

所示杆包括用于通过钻孔工作流体的排放管16。

在如图2所示的组件的钻孔位置，螺纹7和15脱离，并纵向间隔开。

图3左侧示出了将要与卡盘1接合的钻头11。钻头柄13已通过将螺纹部15滑动到花键9中而被插入到卡盘1中。

为了达到卡盘1中的钻头11的接合位置，钻头螺纹15被旋拧通过卡盘螺纹7。从这个位置起钻头柄13可以沿钻头导向件8向上运动进入到耐磨套筒10中的工作位置，而在卡盘1和钻头11之间不需要任何的螺纹接合。在工作位置上钻头上的花键14接合在卡盘1上的花键9中。

所述组件使钻头11在工作状态和钻头冲洗状态间运动，且钻头11不会滑出卡盘1。这是通过螺纹15的底部接触到螺纹7的顶部而被防止。然后通过旋拧螺纹15和7通过彼此来移除钻头以释放钻头11。

该组件避免在使用中受螺纹的束缚，简化了拆装，因而节省了工期和成本。

另一个实施例中，当钻头11下降进入停止模式时并且当锤钻顺时针旋转时，花键不会彼此完全脱离，卡盘1中的花键9仍然驱动接合在钻头11上的花键14中。这样的设置如图4和图5所示。钻头11上的花键14的上表面17以及卡盘1上的花键9的下表面18被加工成凸轮，该凸轮具有与杆上螺纹15的仅一个螺距相同的螺距19。该凸轮在钻头柄13上同一位置相对地开始和停止，并且开始位置和停止位置相隔一个螺距的距离。

这种情况下，如上所述，带螺纹的钻头柄13通过卡盘1中的花键9，直到钻头柄上的螺纹15向上抵靠卡盘1中的内螺纹7，在该阶段，花键9和14还未彼此接合。钻头11被旋拧入，直到螺纹15与内螺纹7留下一个螺距，在该位置，凸轮形状的钻头花键14的极点20与凸轮形状的卡盘花键9的极点21相对并非常接近于该极点21。再旋转一圈，钻头上的螺纹15通过卡盘1上的内螺纹7，由于螺纹和凸轮具有相同的螺距，这两个匹配的凸轮形彼此配合，同时钻头上的极点花键向上抵靠卡盘的极点花键，并且钻头将由卡盘顺时针驱动。

当锤钻抬升出孔，并且悬挂于竖直位置时，钻头上的螺纹将停靠于卡盘的内螺纹，凸轮形状的头部与卡盘内的螺纹接合，凸轮形状运动彼此远离，导致花键脱离，钻头可被手动旋松。

上面的描述应用于优选实施例，但其也可以是螺纹设在花键前，在该情形下钻头的外花键将小于卡盘的孔里的内螺纹，并且花键首先通过内螺纹，只有在杆被旋拧通过卡盘的内螺纹之后，外花键才与卡盘的内花键配合。螺纹也可以施加在花键的顶部(即螺纹和花键处于相同的空间位置)，这样杆上(或卡盘内)的螺纹和花键可以达到相同的直径。这种情况下，螺纹施加于卡盘的内花键(或钻头的外花键)上，并且杆具有外螺纹，其旋拧通过施加在花键上的内螺纹，并且一旦其通过，杆上的花键进入内花键并与卡盘内的内花键(具有螺纹)接合。

上述描述示出了未考虑保留钻芯的情况下钻孔的钻头组件。对中空钻头而言，于本领域技术人员知道，本发明可以施加为布置在内部的配合部件。这样在中空钻头用于该钻头组件的场合，本领域的技术人员可以理解，中空钻头具有内花键和螺纹，并且卡盘具有外花键和螺纹。

现在参见图6和7，图示的潜孔锤钻101包括控制杆102，该控制杆被布置为分配管道来供应加压空气以驱动钻头101。

控制杆102由耐磨套筒104中的后头部103支承。活塞锤105在耐磨套筒104内部在控制杆102上操作。

钻头106支承在耐磨套筒104的下端中，并且围绕钻头上端具有花键107，用来导引钻头沿耐磨套筒104内一组配合花键108运动。钻头106具有盲孔109，其与多个开口于钻头表面111的冲洗通道110连通。

孔109的上端具有向内延伸的螺纹112。

控制杆102的自由端具有向外突出的螺纹113，其与螺纹112配合。

通过将螺纹112旋拧入并通过控制杆102上的螺纹113，将钻头106引入耐磨套筒104的下端。钻头106因而沿着控制杆102的下端的轴向运动是受到限制的，不能在不重新将螺纹接合且将钻头106旋拧并通过控制杆102的端部的情况下从杆102和耐磨套筒104上移除。注意，在耐磨套筒104内的花键108足够短，使得钻头能旋转以便在螺纹112和113上沿着控制杆102运动。

图7所示为冲洗模式下的锤钻101，其中钻头106部分地运动出耐磨套筒104，并且通过使相邻定位的螺纹112和113的端部抵靠来限制钻头进一步的轴向运动。

为了重启锤钻，使钻头106运动返回进入耐磨套筒，且螺纹分离，钻头106上和耐磨套筒104里的花键107和108各自重新接合使钻头正常工作。

图6和图7示出锤钻的结构和操作有两点主要益处。首先不需要卡盘组件，第二，锤105直接冲击钻头106的砧座，而不对保持螺纹112和113施加任何压力。后者使得钻头的移除和替换或维修成为简单手动操作。

图6和图7的实施例利用钻头中和控制杆上的螺纹安装和拆除钻头，同时允许其在钻头从工作到非工作状态运动时在组件内作有限的滑动。

在图8中，螺纹211和212如此设置，使得它们可以运动进入彼此并通过彼此，而不需要将杆上的花键215从钻头组件耐磨套筒内的内花键214上松开。

为了使后者能够实现，控制杆207被安装成在组件中可轴向滑动。这样控制杆207能使花键运动脱离接合，而钻头210不会从组件中移除。然后使钻头210在控制杆207上旋转以调整组件中的钻扣(drill button)213。使杆207反向轴向运动可以使组件重新工作。这种对钻扣213的调整的便利性在集群钻组件中尤其有用，这样，不拆卸组件就可以保持所钻的孔的规格尺寸。

当需要更换钻头210时，如上所述，杆207在钻头中旋转以从组件松开钻头。

更详细地参照图8所示的锤钻，其适合作为集群钻组件之一来使用。如所示的，锤钻连同其它钻头排列一起被安装在钻筒(未示出)中。

锤钻201的顶部具有肩部202，并且在形成活塞壳体205的一部分的卡盘204的底部具有另一肩部203。这些肩部使锤钻夹紧在钻筒的盖板和底板(未示出)之间。在这个特定的例子里，撞击活塞206设置在控制杆207上。通过进口208提供空气迫使撞击活塞206向下运动然后迫使控制杆207下降。

在空气压力被释放后，弹簧组209用来使控制杆207回到原始位置。使用时，当钻头210被允许下降时，钻头210可仍然保持在花键中，止动螺纹211和212彼此相对。

当控制杆207被相对于活塞壳体205向前推动时，钻头210下降通过花键，并且没有被锁定，以便在壳体205内做旋转运动。

在该方向上，钻头211可以被步进旋转，以使得钻扣213能绕着锤钻外周调整或能被旋松移除。

控制杆的运动当然可以由其它运动实现，包括使集群钻中所有的锤钻共同运动(如果这是所期望的特征)。同样锤钻可用上述肩部外的其它方式在筒内定位及支承。使用壳体205来设置带内花键214的钻头卡盘204是便利的结构，如果需要的话，当然还可以设置成与壳体205分开的卡盘。

现在参见附图9，所示的锤钻组件301适用于集群钻。组件301包括钻壳体302，卡盘303安装在钻壳体304的下端。卡盘303和壳体的顶封305都设有肩部306和307，以便于多个组件安装在集群钻筒(未示出)的端板间。

组件包括控制杆308，其安装在弹簧偏置活塞锤309上。

钻头310具有花键311，其围绕着杆312的自由端设置，且这些花键具有标记313所示锥形的端部。钻头310具有阶梯状头部314，其使钻头能紧密地抵靠卡盘303的底部。

钻头通过(split)弹性保持环315可滑动地保持在卡盘中。该环315由固有弹性钢制成，并且环的顶部和底部的内缘316都是锥形的。这些锥形与锥形313配合，以便使钻头310能引入组件并从组件移除。

钻头310具有轴向盲孔317，盲孔外端为锥形。该控制杆308的自由端也为锥形，以集中由杆308施加到钻头310轴端上的轴向力。

如图所示，控制杆308可以被向下推动以使钻头310运动，由此花键311可以使环315展开，以将钻头从卡盘303上松开。在松开钻头之前，钻头310下降到花键311至非工作位置。

为了更换钻头310，钻头组件置于刚性支承钻头上，并且向下运动。花键311的锥形自由端使保持环展开，保持环从花键311后部收缩以使钻头准备好钻探。

上面描述的所有的实施例都能够使得在没有束缚钻头的情况下使用钻头组件，并且便利更换和维修。

Claims (20)

1.一种潜孔钻头组件，包括：钻头，所述钻头具有花键和在钻头的砧座端的螺纹；并且在壳体内的部件上具有配合花键和配合螺纹，所述组件设置成：花键接合而螺纹脱离以驱动钻头，并且螺纹接合而花键脱离以允许钻头从组件上移除。

2.如权利要求1所述的钻头组件，其中螺纹和花键位于钻头柄上。

3.如权利要求1所述的钻头组件，其中螺纹位于钻头柄砧座端的孔内。

4.如前述权利要求中的任何一个所述的钻头组件，其中花键是壳体的一体部分。

5.如权利要求1到3中任何一个所述的钻头组件，其中花键是固定在壳体中的卡盘构件的一体部分。

6.如权利要求5所述的钻头组件，其中配合螺纹位于卡盘内。

7.如权利要求3所述的钻头组件，其中配合螺纹位于固定、旋转或可轴向运动的控制构件上。

8.如权利要求1所述的钻头组件，其中钻头具有从砧座延伸的螺纹，所述从砧座延伸的螺纹能与钻头安装件上的互补螺纹相接合，从而使螺纹能彼此通过，以便使钻头与安装件进行滑动接合。

9.如权利要求8所述的钻头组件，其中当螺纹彼此通过时，钻头和钻头安装件的配对花键接合。

10.如权利要求9所述的钻头组件，其中安装件为卡盘或控制杆，在所述组件中螺纹设置在控制杆外部和设置在钻头的砧座端内的孔中。

11.如权利要求1所述的钻头组件，其中钻头具有沿钻头柄的一组花键，和从钻头柄砧座端延伸的轴向孔中的螺纹，一组从组件耐磨套筒端部延伸的与钻头柄上花键配合的内花键，以及组件中的杆，所述杆具有能与钻头柄中的螺纹接合的螺纹和用来使所述杆相对于钻头滑动的装置，以接合花键或使花键脱离。

12.如权利要求11所述的钻头组件，其中用作分配控制杆的杆从组件的后头部延伸，对于用作集群钻的钻头组件，包括以上所述的组件，其中杆单独地或共同地可运动和可旋转。

13.如权利要求12所述的钻头组件，其中螺纹是可脱离的，以使钻头绕杆运动来调整钻头在组件中的位置，并且螺纹被接合以使钻头从组件上脱离。

14.用于如权利要求1所述的钻头组件的卡盘，包括位于其操作上端的衬套，所述衬套的下端设有内螺纹，在螺纹下方延伸的内花键的内径大于螺纹内径，卡盘的外表面具有用于耐磨套筒的座部，该座部的操作上方设置有外螺纹，所述外螺纹适于与耐磨套筒内的内螺纹接合。

15.一种钻头组件，其具有：适于操作地接合在钻头卡盘的底部中的钻头头部；从钻头头部向后设置的、适于与卡盘内的内花键接合的外花键，卡盘具有内螺纹，所述内螺纹的内径小于钻头上外花键的直径，钻头柄的端部具有沿着邻近钻头砧座的部分延伸的外螺纹，所述外螺纹接合并通过钻头卡盘内的互补螺纹。

16.如权利要求15所述的钻头组件，其中钻头上的外花键和卡盘中的内花键的底部每个都成形为螺旋凸轮的一圈，所述螺旋凸轮的一圈的螺距与卡盘内的螺纹的螺距相同，能使钻头与卡盘旋转。

17.一种潜孔钻头组件，包括：壳体，所述壳体在其工作端支承弹性开口保持环；和钻头柄，所述钻头柄围绕其砧座端具有花键，用于滑动接合在壳体中的配合花键中，以打开所述弹性开口保持环，用于钻头柄花键进出壳体的通道。

18.如权利要求17所述的潜孔钻头组件，其中钻头柄上的花键的端部和所述弹性开口保持环的内表面的上缘、下缘为锥形。

19.如权利要求17或18所述的潜孔钻头组件，其中壳体的操作端由卡盘提供。

20.如权利要求17所述潜孔钻头组件，其中包括具有自由端的可滑动控制杆，所述自由端能与钻头砧座自由端接合，以使钻头柄运动通过所述弹性开口保持环。