CN104453896A - 切割钻头和钻头组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及切割钻头和钻头组件。一种用于安装在切割机处的切割钻头。所述钻头包括轴向渐缩的钻头本体，该钻头本体具有在本体内轴向延伸的凹陷，该凹陷具有最内部区域和大体凸出的和/或径向向外渐缩的嘴部区域，以抵靠突出的相应的凹入的或渐缩的表面，用以将所述切割钻头固定在保持器本体处。环形阶梯定位在所述凹陷内，处在所述嘴部区域处，以防止灰尘和污染物流体或微粒轴向通过进入到所述凹陷内。

Description

切割钻头和钻头组件

技术领域

本发明涉及一种用于安装在切割机处的切割钻头，且特别地但不排他地涉及一种在凹陷的嘴部区域处具有台阶轮廓的钻头，所述凹陷用于协作地安装在突出处，以将切割钻头固定到保持器本体。

背景技术

岩石切割和开采机器已被开发出来，用于多种特定的应用，包括采矿、挖沟、开挖隧道、地基钻孔、路面铣刨等。典型地，具有可旋转滚筒或钻机头的形式的驱动件包括多个可替换的切割钻头，所述切割钻头提供了用于材料或矿物面的接触点。

例如，移动式采掘机包括可旋转的切割头，所述切割头带有提供在旋转滚筒上的切割钻头。当钻头接触矿层的表面时，所述钻头时不时折断且不可避免地磨损，从而导致切割效率的降低且导致需要替换。因此，希望将切割钻头通过可释放的安装组件安装在切割头(或驱动件)处，所述安装组件使得在维护和维修期间能够方便且快速地替换钻头。

切割钻头(替代地称为“切割截齿(cutting pick)”或“工具截齿(tool pick)”)的安装件在如下文献中描述：US3,342,531；US3,627,381；US3,932,952；US4,343,516；US5,261,499；WO96/31682；US2008/0258536；US2008/0309148；WO2010/027315；US2011/0278908和EP2514918。

切割钻头已开发出来，其被认为落在至少两个一般的类别中。第一一般类型包括附接在伸长的轴的一端处的鼻部部分，而第二类型包括钻头头部(bit head)，所述钻头头部具有配合在包括突出头部和伸长柄的“适配器”的端部上的内部空腔，其中头部被接纳在钻头的内部空腔内并且柄固定于在安装本体内延伸的通孔处。

对于在EP2514918中描述的类型的突出安装的切割钻头的要求是：钻头能够不受阻碍地在切割期间围绕突出旋转。另外，钻头的凹陷区域和突出的部分必须协作地配合，以有效地传递在使用期间遇到的明显的压缩力。由于切割钻头的严酷的工作环境，通常的是，尘埃微粒等被带入到钻头凹陷的区域内，从而导致切割钻头头部的受到阻碍的旋转且因此导致过早磨损，所述过早磨损又明显地降低了钻头的运行寿命且可能损坏钻头保持器。因此，存在对于解决这些问题的切割钻头和安装组件的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种切割钻头和一种用于将钻头安装在切割机处的钻头组件，所述钻头组件有效地抑制且优选地防止微粒、灰尘和污染物流体通过进入到切割钻头和上面坐放有切割钻头的安装突出之间的区域。另外的特定目的是提供一种钻头和一种安装组件，所述安装组件被优化，以允许将载荷力通过钻头和安装件传递，同时最小化疲劳和应力集中。

所述目的通过提供具有凹陷的切割钻头以接收安装突出来实现，其中凹陷包括带有台阶形内表面轮廓的嘴部区域。这样的构造明显地降低了或完全地防止了污染物微粒向凹陷的最内部区域轴向通过而超过台阶。特别地，凹陷的径向向内面向的表面(和突出的径向向外表面)在凹陷的嘴部的轴向前面形成轮廓，以抑制灰尘微粒的轴向前进，并且优化载荷力从钻头到安装突出的传递。这可实现为，嘴部的轴向向内/向前的凹陷的区域包括凸出的和/或径向向外渐缩的轮廓，所述轮廓具有在凹陷嘴部的刚好开口处的表面轮廓内的初始台阶。

本构造在切割期间是自对中的，而且也由于钻头围绕延伸通过钻头和突出的纵向轴线的旋转动作而有效地排除或防止微粒进入凹陷。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于安装在切割机处的切割钻头，所述切割钻头包括：轴向渐缩的钻头本体，所述钻头本体具有提供或安装切割尖端的前端和用于安装在钻头保持器处的后端；在本体内从后端轴向延伸的凹陷，所述凹陷具有最内部区域和大体位于后端处的嘴部区域，所述凹陷通过径向向内面向的环形表面而被轴向地限定；沟槽，该沟槽在最内部区域和嘴部区域之间的轴向位置处从凹陷径向向外突出到本体内；径向向内面向的表面包括在沟槽和后端之间的轴向位置处的大体凸出的和/或径向向外渐缩的部分，以抵靠一突出的相应的凹入或渐缩的表面，用以将切割钻头固定在保持器本体处；其特征在于：轴向地在所述部分和后端之间、在嘴部区域处定位在凹陷内的环形台阶，所述台阶通过如下来限定：i)作为所述部分的轴向后端且轴向地在台阶处终止的凸出的嘴部表面，和ii)从后端轴向向前延伸且横向于或垂直于嘴部表面对准的环形进入表面。

可选地，表面的至少一部分的半径在所述部分处大于或等于从本体的后端到沟槽的轴向最前部区域的距离的五分之一或四分之一。这样的构造有效地在钻头和突出之间优化载荷的传递。

可选地，进入表面与钻头的纵向轴线大致平行地对准。进入表面相对于凹陷嘴部的凸出的和/或渐缩的表面的轴向最后部分横向对准提供了成角度的接头，所述接头抑制了污染物的轴向前进。台阶有效地由这一轴向平行的进入表面和凸出和/或渐缩的表面形成，以最大化凹陷向外展开的径向距离，从而实现最优载荷传递。

可选地，凹陷的最内部区域通过大致平面的表面而被限定，所述表面在周界处通过环形凹入表面区域定界。这样的构造有利于便于制造/加工且优化载荷传递。

优选地，轴向地在沟槽和后端之间的径向向内面向的表面仅是径向向外凸出和/或渐缩的。可选地，向内面向的表面包括轴向地定位在沟槽和大体凸出和/或渐缩的部分之间的一个短的柱形部分。优选地，轴向地在沟槽和后端之间的径向向内面向的表面无凹入的部分。优选地，凸出和/或径向向外渐缩的部分相对于环形台阶直接轴向地向前延伸。

可选地，大致平面的表面的宽度或直径(除任何环绕的环形凸出区域外)为本体的后端和沟槽的轴向最内部区域/端部之间的凹陷的轴向深度的50％至100％。

可选地，部分处的表面包括相对于沟槽轴向向后延伸的第一凸出区域和从进入表面轴向向前延伸的凸出的嘴部表面。可选地，轴向地在第一凸出区域和嘴部表面之间的区域处的凹陷的表面轮廓从第一凸出区域到嘴部表面径向向外渐缩。可选地，轴向地在第一凸出区域和嘴部表面之间的区域处的凹陷的表面轮廓是凸出的，以提供轴向地在沟槽和进入表面之间延伸的非常凸出(singularly convex)的表面。

可选地，沟槽的轴向长度处于最内部区域和本体的后端之间的凹陷的轴向深度的20％至45％的范围内。可选地，沟槽的轴向长度处于本体的后端和沟槽的轴向最前部区域之间的凹陷的轴向距离的30％至60％的范围内，且优选地处于所述轴向距离的40％至55％的范围内。此相对较大的表面区域接触有利于“平衡”切割钻头组件，以在突出处稳定钻头，且此较大的表面区域接触允许钻头的无振动的旋转。因此，保持器和突出之间的接触相对于突出和凹陷的轴向长度被优化。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于安装在切割机处的切割钻头组件，包括：安装或能够安装在切割机的区域处的保持器本体；从本体延伸的且构造为被接纳在如在此所要求保护的切割钻头的凹陷内的突出。

可选地，突出包括头部和裙部，其中头部可定位在凹陷的最内部区域处或朝着所述最内部区域定位，并且裙部的径向最外部表面区域构造为被容纳在进入表面处的或与进入表面接近碰触地接触的环形台阶内。优选地，突出包括在裙部的区域处的凹入和/或径向向外渐缩的表面，以与凹陷的部分处的表面协作地配合。根据本发明，裙部和凹陷构造为使得裙部完全占据嘴部的且特别是由进入表面形成的台阶的区域处的凹陷和凹陷的凸出和/或渐缩的表面。特别地，台阶区域由凹入和/或渐缩区域与进入表面之间的接头形成，其中这些各自的表面在所述表面的环形接触区域处彼此相横向地或相垂直地对准。

更优选地，组件进一步包括锁定圈，所述锁定圈能够径向围绕突出的区域定位且构造为被容纳在沟槽内，以提供钻头在突出处的轴向锁定。可选地，锁定圈可由套圈、开口环或形成为单个的或整体件的环形部件形成。可选地，锁定圈可形成为容纳在径向地在钻头和突出之间的沟槽区域内的轴承或多部件轴承组件。

优选地，保持器本体包括通孔并且突出包括向后延伸的柄，所述柄能够安装在通孔内，以将突出固定在保持器本体处。可选地，柄通过外部安装的螺母或通过安装在保持器本体内的锁定部件而被锁定在保持器本体处。

附图说明

现在将仅通过实例参考附图描述本发明的具体实施例，在附图中：

图1是切割钻头组件的透视图，其中切割钻头通过根据本发明的具体实施例的中间柄状适配器以可旋转的方式安装在安装本体处；

图2是通过图1的切割钻头组件的横截面侧视图；

图3是图2的切割钻头的横截面侧视图；

图4是图2的柄状适配器的横截面侧视图；

具体实施方式

参考图1，切割钻头组件100适合于安装在切割机(未示出)的可旋转的切割头(或滚筒)的外表面处。组件100包括切割钻头101，该切割钻头101通过伸长的适配器102以可释放的方式且以可旋转的方式安装在切割钻头保持器103处，所述适配器102则以可释放的方式安装在钻头保持器本体103处。钻头101包括大体锥形形状轮廓，所述轮廓具有安装切割尖端106的最前端104和安装在保持器本体103的最前端107处的最后端105。保持器本体103通过从最后部区域108相对于保持器本体103的侧面侧向突出的安装凸缘109而被安装在切割机(未示出)的切割头(或滚筒)处。

参考图2，钻头101包括总体由附图标记201指示的内部凹陷，所述内部凹陷从后端105且特别地从后环形端表面200轴向延伸到钻头101内。凹陷201包括最内端表面217，该最内端表面217大致垂直于延伸通过钻头101和保持器本体103的纵向轴线202对准。凹陷201轴向地通过总体以附图标记204指示的、在最内端表面217和后端表面200之间轴向延伸的径向向内面向的表面限定。凹陷201包括总体以附图标记218指示的嘴部区域，所述嘴部区域相对于表面204径向向外朝着最内端表面217展开。嘴部218大体通过从轴线202径向向外延伸的径向向内面向的凸出表面206限定。凸出表面206在轴向向后区域处通过总体以附图标记219指示的台阶终止，所述台阶219包括大致柱形的进入表面203，该进入表面203与轴线202平行对准且从凸出表面206的轴向最后部分向后突出。环形表面203从钻头端表面200轴向延伸且相对于沟槽205的轴向深度延伸了一段相对较短的轴向距离。

环形沟槽205在钻头101处缩进，且在端表面200和最内端表面217之间的轴向中间区域处从凹陷201径向向外突出。沟槽205包括大体柱形的构造，且成形和定尺寸为容纳被构造用以将钻头101以可释放的方式固定到适配器102的环形保持器213。

适配器102包括伸长的柄214，所述柄214从适配器头部(替代地称为突出)207轴向延伸。突出207包括大致平面的端表面208，以靠着凹陷端表面217安放，或以最小间隙地接近碰触接触的方式定位。突出207的大体形状和构造与凹陷201的形状和构造大致相同，使得突出207能够定位在凹陷201内，以将钻头101安装到适配器102处。保持器本体103包括在前端107且特别是大致平面的端表面222和后端108之间延伸的通孔221。柄214同轴地定位在孔221内，使得柄后端216轴向延伸超过保持器本体端部108。柄214的端部区域215包括螺纹，用以接收带有螺纹的螺母，以将适配器102以可释放的方式锁定在保持器本体103处。

突出207包括裙部401，所述裙部401相对于最端部的区域(对应于端表面208)径向向外展开。裙部401通过径向向外面向的凹入表面209限定，所述凹入表面209在径向最外位置处以环形的大致柱形的表面210终止。环形的下侧表面211在柄214和环形表面210的径向最后部部分之间径向地突出。下侧表面211构造为与保持器本体端部222接近碰触接触地定位(优选地带有小于1mm的间隙)，以与钻头端表面200大致共平面地定位(也与保持器本体端表面222接近碰触接触地安装)。

环形保持器213围绕突出207径向地安装，且至少部分地容纳在径向缩进的区域212内，所述区域212被提供在轴向地在凹入表面209和端表面208之间的径向向外面向的突出表面处。如在图2中所图示，钻头的凸出表面206和突出的凹入表面209构造为互补且紧密碰触接触地定位，以提供有效的载荷传递。类似地，在径向向外面向的突出表面210和凹陷201的环形进入表面203之间提供了紧密的或接近的配合接触。即，在嘴部218的区域处的凹陷201完全地被裙部401占据，以提供突出的裙部401和凹陷201的径向向内面向的表面206、203之间的紧密配合的接触。这有利于提供通过钻头201和突出207之间的最大化的表面区域接触的优化的载荷传递。此外，在台阶区域219处的此完全配合的构造防止灰尘、流体和其它污染物朝着凹陷201的最内端表面217轴向地通过。由于各个凹入和凸出表面209、206相对于平行于轴线202对准且共同地限定了台阶219的环形柱形表面210、203的成角度的定向，所以防止尘埃、灰尘和流体入侵轴向前进超过台阶219。

环形保持器213可包括简单的一体的环状部件。替代地，保持器213可包括轴承和多部件单元，以便于钻头101围绕突出207的自由旋转。如在图2中所图示，保持器213的轴向长度大致等于沟槽205的轴向长度，以优化径向向内面向的保持器表面220和缩进区域212处的径向向外面向的保持器表面之间的表面接触区域。这样的构造有利于在保持器本体103处有效地平衡组件101、102，且这样的构造允许钻头101围绕轴线202的旋转，以避免由于钻头101相对于突出207和/或保持器本体103的轴向不对准导致的陀螺进动。

参考图3，凹陷201包括与最内端表面217和最后端表面200之间的轴向距离对应的轴向深度A。保持沟槽205包括被限定在轴向最前端边缘304和轴向最后端边缘305之间的轴向长度B。根据具体实施例，长度B大致为轴向深度A的30％至45％。轴向深度C对应于轴向最前端边缘304和最后端表面200之间的轴向距离。根据具体实施例，长度B大致为轴向深度C的40％至55％。此构造允许钻头101在突出207处的稳定的保持，这是因为相对于现有的钻头组件，增加了保持器213、钻头101和突出207之间的表面区域接触。

通过环形凹入表面303提供了在轴向延伸的向内面向的凹陷表面204和端表面217之间的过渡。如所指示，在嘴部218的区域处的径向向内面向的凹陷表面206大体相对于轴线202凸出。这一大体凸出的表面206包括三个表面区域300、301、302(在端表面200和沟槽205之间轴向分布)。轴向最后部表面300包括具有曲率半径R’的凸出形状轮廓。此第二嘴部表面300从台阶219和进入表面203的轴向最端部部部分延伸。第三嘴部表面301大致是锥形的，且从第二表面300到定位为轴向上在沟槽205后面的径向最内部的第一嘴部表面302径向向内渐缩。第一表面302也是凸出的且包括曲率半径R。根据具体实施例，曲率半径R大于或等于轴向距离C的四分之一。另外，根据具体实施例，曲率半径R’(以及可选地，根据另外的实施例，R)大于或等于轴向距离C的五分之一。这样的构造有利于提供从钻头101到突出207的优化的低传递。此外，因为在嘴部218处的径向向内面向的表面206是凸出的并且/或者轴向地在最后部沟槽端305和大致平行于轴线202对准的进入表面203之间径向向外渐缩(表面300、301、302)，所以实现了有效的载荷传递。与突出207的裙部401的此径向展开的接触允许在相对于轴线202的多个方向上的载荷传递，这又提供了在适配器102处对于钻头101的旋转的稳定效应。

参考图4，在突出207的裙部401处的凹入表面209可轴向分为三个相对应的表面区域402、400和403。轴向最后部区域402包括曲率半径R’，而轴向最前部区域403包括相应的曲率半径R。轴向中间表面区域400包括锥形渐缩的形状轮廓，使得突出裙部401从环形柱形表面210到凹陷的区域212(构造用以安放保持器213)减小。缩进的区域212通过轴向最后部边缘405、轴向最前部边缘404、和在边缘404、405之间轴向延伸的且平行于轴线202对准的大致柱形的向外面向的表面406限定。对应地，突出207包括最端部的头部区域408，所述头部区域408构造为被接纳在空腔201的轴向最内部区域处，径向展开的裙部401从所述轴向最内部区域开始延伸，所述头部区域408包括凹入表面402、403、锥形表面400、柱形裙部表面210和垂直于轴线202对准的向后面向的环形端表面211。头部408的最端部区域包括在最前部边缘404和大致平面的端表面208之间轴向延伸的环形凸出表面407。如在图2中所图示，表面407、208的形状和构造与钻头凹陷201的相对应的表面303、217互补，以提供突出207在凹陷201内之间的紧密配合接触。

Claims (15)

1.一种用于安装在切割机处的切割钻头，包括：

轴向渐缩的钻头本体(101)，所述钻头本体(101)具有提供或安装切割尖端(106)的前端和用于安装在钻头保持器(103)处的后端(105)；

在所述本体(101)内从所述后端(105)轴向延伸的凹陷(201)，所述凹陷(201)具有最内部区域(217)和大致位于所述后端(105)处的嘴部区域(218)，所述凹陷(201)通过径向向内面向的环形表面(204)轴向地限定；和

沟槽(205)，所述沟槽(205)在所述最内部区域(217)和所述嘴部区域(218)之间的轴向位置处从所述凹陷(201)径向向外突出到所述本体(101)内；

径向向内面向的所述表面(204)包括在所述沟槽(205)和所述后端(105)之间的轴向位置处的大体凸出的和/或径向向外渐缩的部分(206)，以抵靠突出(207)的相应的凹入或渐缩的表面(209)，用以将所述切割钻头固定在保持器本体(103)处；

其特征在于：

环形台阶(219)轴向地在所述部分(206)和所述后端(105)之间、在所述嘴部区域(209)处定位在所述凹陷(201)内，所述台阶(219)通过如下来限定：

i)作为所述部分(206)的轴向后端部分且轴向地在所述台阶(219)处终止的凸出的嘴部表面(300)，和ii)从所述后端(105)轴向向前延伸且横向于或垂直于所述嘴部表面(300)对准的环形进入表面(203)。

2.根据权利要求1所述的钻头，其中在所述部分(206)处的所述表面(204)的曲率半径(R，R’)大于或等于从所述本体的所述后端(105)到所述沟槽(304)的轴向最前部区域的距离(C)的五分之一。

3.根据权利要求1或2所述的钻头，其中所述进入表面(203)与所述钻头的纵向轴线(202)大致平行地对准。

4.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中所述凹陷(201)的所述最内部区域(217)由在周界处通过环形凹入表面区域(303)定界的大致平面的表面限定。

5.根据权利要求4所述的钻头，其中所述大致平面的表面的宽度或直径是所述本体(101)的所述后端(105)和所述沟槽(304)的轴向最前部区域之间的所述凹陷(201)的轴向深度(C)的50％至100％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中在所述部分(206)处的所述表面(204)包括：

第一凸出区域(302)，所述第一凸出区域(302)相对于所述沟槽(205)轴向向后延伸，和；

凸出的所述嘴部表面(300)，所述嘴部表面(300)从所述进入表面(203)轴向向前延伸。

7.根据权利要求6所述的钻头，其中轴向地在所述第一凸出区域(302)和所述嘴部表面(300)之间的区域(301)处的所述凹陷的表面轮廓从所述第一凸出区域(302)到所述嘴部表面(300)径向向外渐缩。

8.根据权利要求6所述的钻头，其中轴向地在所述第一凸出区域(302)和所述嘴部表面(300)之间的区域(301)处的所述凹陷的表面轮廓是凸出的，以提供在所述沟槽(205)和所述进入表面(203)之间轴向延伸的非常凸出的表面(206)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的钻头，其中所述沟槽(205)的轴向长度(B)处于所述本体的所述后端(105)和所述沟槽(304)的轴向最前部区域之间的所述凹陷(201)的轴向距离(C)的30％至60％的范围内。

10.根据权利要求9所述的钻头，其中所述沟槽(205)的所述轴向长度(B)处于40％至55％的范围内。

11.一种用于安装在切割机处的切割钻头组件，包括：

保持器本体(103)，所述保持器本体(103)安装或能够安装在切割机的区域处；和

突出(207)，所述突出(207)从所述本体(103)延伸且构造为被接纳在根据前述权利要求中任一项所述的切割钻头的所述凹陷(201)内。

12.根据权利要求11所述的组件，所述突出(207)包括头部(408)和裙部(401)，其中所述头部(408)能够定位在所述凹陷(201)的所述最内部区域(217)处或朝着所述最内部区域(217)定位，并且所述裙部(401)的径向最外部表面区域(210)构造为被容纳在所述进入表面(203)处的或与所述进入表面(203)接近碰触接触的所述环形台阶(219)内。

13.根据权利要求12所述的组件，其中所述突出(207)包括轴向地在所述头部(408)和所述裙部(401)之间的凹入和/或径向向外渐缩的表面轮廓(209)，以与所述凹陷(201)的部分(206)处的所述表面(204)协作地配合。

14.根据权利要求11或12所述的组件，进一步包括锁定圈(213)，所述锁定圈(213)能够径向围绕所述突出(207)的区域定位且构造为容纳在所述沟槽(205)内，以提供所述钻头在所述突出(207)处的轴向锁定。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的组件，其中所述保持器本体(103)包括通孔(221)，并且所述突出(207)包括向后延伸的柄(214)，所述柄(214)能够安装在所述通孔(221)内，以将所述突出(207)固定在所述保持器本体(103)处。