CN1064733C - 传递冲击能量的钻具、钻头和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为冲击钻削用的岩石钻具，所说的钻具包括钻杆和钻头，所述钻杆和钻头至少通过在螺纹联接装置中的轴肩接合而共同作用。该螺纹联接装置至少由一个外螺纹(17)和内螺纹(18)组成。外螺纹在与钻头(11)成一体的锚杆(19)上，钻头在锚杆(19)的内端具有一个轴肩(20)，该轴肩具有面向锚杆(19)自由端的支撑面(21)。内螺纹(18)在钻杆(12)上，该钻杆的自由端具有冲击面(23)。螺纹(17，18)是柱形螺纹。本发明的特征是把凸肩支撑与短钻头接合起来，并且在岩石钻具上实现直接能量转换。该发明进一步涉及钻头和一种将冲击能量从岩石钻具转换到钻孔的转换方法。
Description
技术背景
本发明为岩石冲击钻具，该钻具包括钻头和钻杆。钻头具有头部，该头部前平面具有多个镶嵌突起，并沿周向排列镶嵌了一些硬合金齿，钻头具有第一螺纹与钻杆上第二螺纹的联合作用。该发明还涉及一种钻头和一种将冲击能量从钻具转换到钻孔的转换方法。
最初通过US-A-1，447，855人们认识了在冲击钻设备上的钻杆与钻头之间通过螺纹联接的所谓凸肩。由于该设备上采用的相对较重的钻头松动时，就会出现锚杆上的螺纹入口因凸肩两面质量的不同出现损坏的危险。另外，这种已知钻头采用硬化钢的凿形边缘，其径向伸出较远，使得冲击钻削时的冲击能量被导向偏离径向外缘的顶点，从而使有效作用系数下降，并出现导向能力及钻削速度的下降。凿形边缘使钻削速度相对降低。另外，上述钻具在刀杆及钻头间有结合点，钻削时在径向和轴向均会产生材料硬化现象，从而出现早期裂纹点。
发明的内容
该发明的目的之一即提供一种从钻具到钻孔的冲击能量转换方法，如为钻头提供了好的导向方式，可接受的载荷及好的能量转换方法。
本发明的另一个目的是提供一个刚性联接的钻具，即使在非常困难的角度冲击下也不倾斜。
本发明的另一个目的是提供一种钻具，通过使钻头重量减至最小，松动时由于较小的钻头重量使得锚杆导向部分同样减小，因而具有好的效率系数。
本发明的另一目的是提供一种钻具，通过该联接可以得到较长的使用寿命，并且经常更换的零件极易操作。
本发明的另一目的是提供一种钻具，其钻杆前端没有凸出部分，因而没有运输损坏。
本发明的另一目的是提供了一种有效的钻头。
附图说明
本发明的目的和优点通过以下对本发明的实施例结合附图的说明将更加清楚。
图1-图4示出了根据本发明的用示意图、部分剖面图示出的钻具。
图5为钻具俯视图。
图6和图7为可选用的内螺纹端部横向剖面图。
本发明优选实施例的详细说明
图中所示钻具10包括钻头11和钻杆12。钻头11的头部13具有前表面14，其上镶有向前凸起的硬合金齿15，圆周方向有硬合金齿16，其最好呈球形或弹道形工作表面。钻头上有外螺纹17，其与钻杆上的内螺纹18配合。
外螺纹17在锚杆19上，与冲击钻头11构成一体。钻头在锚杆19内端部有一凸肩，该凸肩具有一个平面支撑面21，面向锚杆19的自由端。该支撑面21与钻具10的纵向轴心线22垂直延伸。
当锚杆19从凸肩20处分开时，头部13包括硬合金齿的重量最大为锚杆19重量的2．5倍，最好小于锚杆19重量的2倍。
钻杆12的自由端为平面，空心端面23与心轴22垂直。螺纹联接的内螺纹18，加工在钻杆上并为一体。图6所示的内螺纹端部结构在多数情况下钻杆强度最高。图7所示为可供选择的一例，其内螺纹底部可以具有平面24的形状，其与中心轴线22垂直，此时底部平面的抵靠非常有利。后一种情况下，锚杆26的凸肩、表面24和端面26的距离不同，因而当钻具使用时将接触或随后接触，因而钻头区域直接传递的能量增加了。在大多数情况下，与凸肩联接时保留螺纹间隙27和28是有利的，可以消除弯曲力并可避免该区域内部件12和19的抵靠。
螺纹17和18即可为圆柱圆形螺纹，也可为圆柱梯形螺纹，螺距角为5°-15°。岩石钻具10具有中间清洗通道，该通道在头部至少可分为2个其他通道。
从图中可以明显地看出钻头支撑面21在工作位置时总是靠在钻杆自由端的端平面23上，从而使轴肩支撑建立起来。
图4所示为本发明的岩石钻具，其中从轴肩20到锚杆的自由端的轴向长度为L1，钻头11从轴肩20到前表面14的高度为L2。钻头的轴向长度L2为锚杆轴向长度L1的0．2到0．9倍，最好为0．5倍。
钻杆12和轴肩20的外径用D1表示，锚杆的最小外径用D2表示，D2几乎与内螺纹的最小直径相同。钻头13的最大外径为D3，D3最好略小于或等于周向硬合金齿16的径外外接圆的直径，D3与D1之比最好大于1，且小于1．5。轴肩20的径向最外端如图5所示，直径为D1的圆构成的圆柱25基本上与周向硬合金齿16的中心或其作用工作表面附近相交。后者把冲击能量传到最有用的地方，即冲击波可以直接传递到硬合金齿而没有任何能量消耗损失。
钻杆12因而具有一个基本上恒定的直径D1，头部轴向长度L2小于锚杆轴向长度L1。通过轴肩外径(D1)的延伸形成假想的圆柱(25)，所述假想的圆柱(25)与钻头上的周向硬合金齿相交，通过硬合金齿16把冲击能量直接从钻杆转移到钻孔的接触点。
因而本发明具有把轴肩与短钻头接合起来及在岩石钻具上进行直接能量转换的特征。
Claims (13)
1、将冲击能量从冲击钻具传递到钻孔方法，其中，所说的钻具包括钻杆和钻头，所述钻杆和钻头至少通过在螺纹联接装置中的轴肩接合而共同作用，该联接装置包括至少一个圆柱外螺纹(17)和一个圆柱内螺纹(18)，所述外螺纹(17)在锚杆(19)上并且与钻头(11)构成一体，钻头有一个支撑面(21)，面向锚杆(19)的自由端，内螺纹(18)设置在钻杆(12)上，其自由端具有冲击面(23)，其特征是，钻杆(12)具有恒定的外径(D1)，头部的轴向长度(L2)比锚杆轴向长度(L1)短，通过轴肩外径(D1)的延伸形成假想的圆柱(25)，所述假想的圆柱(25)与钻头上的周向硬合金齿相交，通过硬合金齿(16)把冲击能量直接从钻杆转移到钻孔的接触点。
2、冲击钻削用的钻具，包括钻头(11)和钻杆(12)，所述钻杆(11)和钻头(12)至少通过在螺纹联接装置中的轴肩接合而共同作用，该联接包括至少一个外螺纹(17)和内螺纹(18)，外螺纹(17)位于与钻头(11)一体的锚杆(19)上，钻头具有位于锚杆(19)内端面上的轴肩(29)，该轴肩有一个朝向锚杆(19)的支撑面(21)，内螺纹(18)位于钻杆(12)上，钻杆自由端具有冲击平面(23)，螺纹(17，18)为圆柱螺纹，其特征为：钻头(11)具有头部(13)，在头部(13)的前表面上镶有硬合金齿(15)，沿周向排列有周向硬合金齿(16)，钻杆(12)具有基本恒定的外径(D1)，头部的轴向长度(L2)较锚杆轴向长度(L1)短，通过轴肩外径(D1)的延伸形成假想的圆柱(25)，所述假想的圆柱(25)与钻头上的周向硬合金齿相交。
3、根据权利要求2的钻具，其特征是：圆柱(25)与每一个硬合金齿(16)或与它的轴向最外区域相交，头部(13)的重量最大为锚杆重量的2．5倍。4、根据权利要2或3的钻具，其特征是：头部轴向长度(L2)是锚杆轴向长度(L1)的0．2到0．9倍。
5、根据权利要求2或3的钻具，其特征是；钻头(11)在锚杆(19)内端具有轴肩(29)，该轴肩具有一个平面的支撑面(21)且朝向锚杆(19)的自由端，支撑面(21)相对钻具(10)的水平轴心线(22)垂直延伸。
6、用于冲击钻的钻头，包括：
头部(13)和具有外螺纹(17)的锚杆(19)，锚杆(19)与钻头(11)为一体，钻头在锚杆(19)内侧端部具有轴肩(20)，该轴肩具有朝向锚杆(19)的平面的支撑面(21)，其特征为：在头部(13)的前端面(14)上镶有数个硬合金齿(15)，并在周向排列有周向硬合金齿(16)，头部的轴向长度(L2)小于锚杆的轴向长度(L1)，通过轴肩外径(D1)的延伸形成假想的圆柱(25)，所述假想的圆柱(25)与钻头上的周向硬合金齿(16)相交。
7、根据权利要求6的钻头，其特征是：圆柱(25)与每一个硬合金齿(16)或与它的轴向最外区域相交。
8、根据权利要求6或7的钻头，其特征是：头部轴向长度(L2)为锚杆轴向长度的0．2-0．9倍。
9、根据权利要求6或7的钻头，其特征是：头部(13)的重量最大为锚杆(19)重量的2．5倍。
10、根据权利要求6或7的钻头，其特征是：在头部和内螺纹之间设有螺纹间隙(28)。
11、根据权利要求2的钻具，其特征是：头部(13)的重量小于锚杆(19)重量的2倍。
12、根据权利要2或3的钻具，其特征是：头部轴向长度(L2)是锚杆轴向长度(L1)的0．5倍。
13、根据权利要求6或7的钻头，其特征是：头部轴向长度(L2)为锚杆轴向长度的0．5倍。
14、根据权利要求6或7的钻头，其特征是：头部(13)的重量小于锚杆(19)重量的2倍。
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