CN107386983B - 牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牙轮钻头，包括刀盘、牙爪和牙轮，所述牙爪与刀盘连接、牙轮与牙爪连接，所述牙爪与刀盘连接为可拆卸连接，牙轮与牙爪连接亦为可拆卸连接。以保证在牙爪和牙轮损坏时能够拆卸以进行单独的修护或更换，降低修护难度、节约更换成本，同时使刀盘能够重复利用从而降低使用成本，并且可以避免焊接变形对装配精度的影响也能够避免焊接高温对材料的影响，从而保证材质的稳定性，保证了钻头使用的可靠性、延长其使用寿命。

Description

牙轮钻头

技术领域

本发明涉及一种牙轮钻机的配件，尤其涉及一种牙轮钻头。

背景技术

牙轮钻头是使用最广泛的一种钻井钻头。牙轮钻头工作时切削齿交替接触井底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刃总长度大，因而相对减少磨损。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。

目前市场上常规的牙轮钻头由刀盘、牙爪和牙轮三部分组成，其中牙爪和牙轮之间的连接为固定连接，牙爪与刀盘之间的连接为焊接；并且在牙爪与牙轮固接时，现有的各种钻头均通过滑动摩擦来限制牙轮的平动自由度，例如通过在牙轮末端设置一对能够相对旋转的公头和母头，通过面接触来限定轴向自由度。这种牙轮钻头主要存在以下两方面的不足：第一、这种装配方式存在装配精度受焊接变形影响的缺陷，并且在焊接过程中，往往出现由于高温导致热处理工艺中已定性的轮爪材料特性被破坏的现象，比如晶相组织在高温焊接过程中遭到破坏且无法修复，从而影响使用寿命；更为不利的是这种钻头为不可拆的整体件，如果在使用过程中某个牙轮发生损毁，需要拆除整个钻头进行维修，维修不便且维护成本高，如果无法维修则需更换整个钻头，存在极大的浪费，使用成本高。第二、采用滑动摩擦的方式来进行止推，在止推时会产生大量的热量，不利于保证整个钻头的使用效果和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能方便更换易损件、有效提高使用寿命的牙轮钻头。

本发明提供的这种牙轮钻头，包括刀盘、牙爪和牙轮，所述牙爪与刀盘连接、牙轮与牙爪连接，所述牙爪与刀盘连接为可拆卸连接，牙轮与牙爪连接亦为可拆卸连接。

作为可拆卸连接的一个具体实施方式，并提高连接的可靠性，使所述刀盘包括刀盘座和定位块，定位块至少有两个，各定位块沿刀盘座周向布置，牙爪位于刀盘座下方，牙爪与刀盘座之间有相互匹配的定位件使牙爪定位于两定位块之间，并且牙爪与其中一定位块之间设有调隙槽，一楔块位于该调隙槽中通过安装在定位块上的螺栓作用于所述楔块，使牙爪被固紧在两定位块之间。

为了实现滚动摩擦以降低止推时的内部温度，在所述牙爪上装有轴承和锁珠以及顶珠杆件，牙爪与牙轮装配后所述轴承和锁珠均位于牙轮内，其中轴承位于牙轮上部、锁珠位于牙轮内下部，用于牙轮与牙爪之间的可转动连接，顶珠杆件可进退于牙爪，顶珠杆件一端为螺纹端，通过该螺纹端顶珠杆件可拆装地安装在牙爪上，顶珠杆件的另一端作用于锁珠，保证牙爪与牙轮的可转动连接。

作为一个提高连接稳定性的具体实施方式，使所述牙爪与刀盘座之间的定位件为牙爪上的弧形槽和刀盘座上的止口。

作为一个具体实施方式，使所述定位块有三个，沿刀盘座周向均布，轴向由上至下向外倾斜，倾斜度α的范围为3°至15°，以确保牙爪的向心功能。

在一个具体实施方式中，在所述定位块的外弧面上沿厚度方向设有排渣凹槽。

为了实现间隙的自动补偿，在所述顶珠杆件上装有预紧弹簧，保证顶珠杆件推动锁珠处于连接工作状态。

为了便于实现油脂的辅助补偿，在所述牙爪内设有补油囊，该补油囊通向所述顶珠杆件。

为了提高钻孔精度和钻孔效果，使所述定位块上小下大以减少钻头本身与孔壁的摩擦力。

本发明由于将牙爪与刀盘之间、牙轮与牙爪之间均设计为可拆卸连接，因此在牙爪、牙轮损坏时能够便捷的进行单独修护或更换，降低易损件的修护难度、节约更换成本，使刀盘能够重复利用从而降低使用成本，并且可以避免现有技术因焊接变形对装配精度的影响，避免焊接高温对材料性能的影响，从而保证材质的稳定性，使钻头可靠性提高、寿命得以有效延长。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的装配示意图。

图2为图1中A-A的剖视示意图。

图3为图1中刀盘的轴侧放大示意图。

图4为牙爪的主视放大示意图。

图5为图4中B-B的剖视示意图。

图6为牙爪的轴侧放大示意图。

图7为定心套的放大示意图。

图示序号：

1—刀盘，11—外接头，12—刀盘座，13—定位块、131—排渣凹槽、132—螺纹孔、133—第一U型槽，14—定心套、141—止口；

2—牙爪，21—牙爪本体、211—弧形槽、213—第二U型槽、23—锁珠、24—顶珠杆件， 241—定位堵头、242—预压弹簧、243—锥心棒；

3—牙轮，31—锁珠槽；

4—楔块。

实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，本实施例提供的这种牙轮钻头为组合式的三牙轮钻头，它包括刀盘1、牙爪2和牙轮3。其中刀盘的结构见图3。

从图2-7可以看出刀盘1主要由外接头11、刀盘座12、定位块13和定心套14组成。其中：外接头11在刀盘座上并与刀盘座同轴，用于与外部稳导器连接；刀盘座12为圆环盘，刀盘座内嵌装有定心套14，定心套的下端有止口141，该止口作为安装牙爪的定位件之一为牙爪2定位；刀盘座的下部沿周向均布有三个定位块13，定位块13上小下大，避免钻孔时定位块与孔壁接触，降低摩擦力提高钻孔效果，同时将定位块的推力面倾斜度α设计为15°以确保受力可靠，确保牙爪的向心功能，定位块13的外弧面沿厚度方向铣有排渣凹槽131，排渣凹槽的一侧槽壁设有沿弧长方向穿透的螺纹孔132，定位块13朝向调隙槽侧的侧面上设有穿透内、外弧面的第一U型槽133；牙爪2上相应有一个第二U型槽213，两U型槽之间形成调隙槽，楔块4放置在该调隙槽中，通过安装在定位块上的螺栓作用于楔块，使牙爪2被固紧在两定位块13之间。

牙爪2的结构参见图4—7，从图中可以看出牙爪2主要由牙爪本体21、平面滚珠轴承、锁珠23、顶珠杆件24和滚柱轴承组成。牙爪本体21的上端设有—弧形槽211，牙爪本体21内设有一补油囊，其中弧形槽211作为安装牙爪的定位件之一用于牙爪在刀盘上的定位；平面滚珠轴承安装在牙爪本体21上用于支撑牙轮3；锁珠23安装于牙爪本体下部用于支承牙轮并保证牙轮与牙爪之间的可转动连接；滚柱轴承安装于牙爪本体上位于平面滚珠轴承和锁珠之间用以承受径向力；顶珠杆件24由定位堵头241、预压弹簧242和锥心棒243组成，顶珠杆件以定位堵头241螺纹连接于轴孔的上端，当顶珠杆件24安装到牙爪本体21中后，定位堵头螺纹连接于轴孔的上端，锥心棒243为变径棒，其上部设有轴肩，下部为直径渐减的圆锥段，圆锥段的最小直径小于锁珠圈的内径，预压弹簧的一端设置于轴肩上、另一端固定于定位堵头上；预压弹簧一端与锥心棒固接另一端与定位堵头连接。

牙轮3的结构如图5所示，牙轮3的轴向中心设有连接腔，连接腔为阶梯腔，其上端为开口端、下端为盲端，连接腔为内径从开口端向盲端逐阶减小的阶梯腔，最小径腔为锁珠槽31。装配时下拧定位堵头在预压弹簧预紧力的作用下锥心棒轴向运动至一圈锁珠内，锥心棒243作用于锁珠23，锁珠23进入锁珠槽31，使牙轮3与牙爪2连接。

本实施例在进行装配时：顶珠杆件和牙爪本体装配好后与牙轮装配，牙爪本体的下部伸入牙轮的连接腔内配合轴承装配，轴承选用标准的平面滚珠轴承，并在平面滚珠轴承外设有防止润滑油脂外漏的油封以保证轴承润滑油脂的饱和条件；并且下拧定位堵头使锥心棒挤压锁珠使锁珠卡入锁珠槽内，使牙轮与牙爪可相对旋转。然后将牙爪安装至刀盘上，装配时将牙爪伸入相邻两个定位块之间，先以牙爪顶面处的弧形槽套于定心套的止口内进行定位；同时牙爪伸入相邻的两定位块时，定位块上的第一U型槽与牙爪上的第二U型槽之间形成调隙槽，然后在调隙槽内置入楔块4再利用定位块上的螺栓使牙爪能够与刀盘紧固连接，楔块上对应定位块上的螺纹孔位置处设有光孔，光孔与螺纹孔设有1mm左右的偏移，装配时将楔块打入调隙槽与U型槽内，消除径向间隙并提供足够的预紧力使牙爪与刀盘涨紧，再通过锥度螺栓拧入螺纹孔后以其顶端的斜面段配合楔块上的光孔及楔块自身的斜度锁紧楔块，防止楔块在使用过程中松动或回退，能够提供足够的预紧力以锁紧、消除径向间隙以保证安装精度并提高整体性。

相较于现有技术而言本发明具有以下几点优点，第一、刀盘可重复使用，并能在同规格系列钻头中通用，大大节约了废钢回炉量，节能降耗。第二、各部件可拆卸连接为一体，避免了现有技术中由于焊接产生的高温破坏热处理工艺中已定性的轮爪材料特性，晶相组织在高温焊接过程中遭到破坏且无法修复，保证使用寿命。第三、调整止推位置充分利用较大的牙爪根部作为止推位置；同时采用锥心棒与锁珠的外涨原理锁住牙轮，并设有预压弹簧进行间隙的自动补偿系统，改滑动摩擦为滚动摩擦，降低摩擦系数，解决因滑动摩擦热平衡效应不利的问题。第四、在刀盘的三个定位块的推力面上采用了一定角度度的径向向心斜面设计，保证向心推力可靠；同时通过定心套的止口定心，通过楔块的设置调整径向间隙确保牙轮的切削孔直径精度，提高整体连接稳固性的效果。第五、设置有补油囊，根据牙轮在重载切削中，进行轴承温升后的辅助补偿，并设置有油封确保各轴承处于润滑油脂饱和的条件下工作。

Claims (6)

1.一种牙轮钻头，包括刀盘、牙爪和牙轮，所述牙爪与刀盘连接、牙轮与牙爪连接，其特征在于：所述牙爪与刀盘连接为可拆卸连接，牙轮与牙爪连接亦为可拆卸连接；

所述刀盘包括刀盘座和定位块，定位块有三个，各定位块沿刀盘座周向布置，牙爪位于刀盘座下方，牙爪与刀盘座之间有相互匹配的定位件使牙爪定位于两定位块之间，并且牙爪与其中一定位块之间设有调隙槽，楔块位于该调隙槽中通过安装在定位块上的螺栓作用于所述楔块，使牙爪被固紧在两定位块之间；

所述牙爪上装有轴承和锁珠以及顶珠杆件，牙爪与牙轮装配后所述轴承和锁珠均位于牙轮内，其中轴承位于牙轮上部、锁珠位于牙轮内下部，用于牙轮与牙爪之间的可转动连接，顶珠杆件可进退于牙爪，顶珠杆件由定位堵头、预压弹簧和锥心棒组成，顶珠杆件的定位堵头螺纹连接在牙爪上，锥心棒为变径棒，其上部设有轴肩，下部为直径渐减的圆锥段，圆锥段的最小直径端作用于锁珠，预压弹簧的一端设置于轴肩上、另一端固定于定位堵头上；

定位块沿刀盘座周向均布，轴向由上至下向外倾斜，以确保牙爪的向心功能；

牙轮的轴向中心设有连接腔，连接腔为阶梯腔，其上端为开口端、下端为盲端，连接腔为内径从开口端向盲端逐阶减小的阶梯腔，最小径腔为锁珠槽，装配时下拧定位堵头，在预压弹簧预紧力的作用下锥心棒轴向运动至一圈锁珠内，锥心棒作用于锁珠，锁珠进入锁珠槽，使牙轮与牙爪连接。

2.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述牙爪与刀盘座之间的定位件为牙爪上的弧形槽和刀盘座上的止口。

3.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：定位块倾斜度α的范围为3°至15°。

4.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述定位块的外弧面上沿厚度方向设有排渣凹槽。

5.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述牙爪内设有补油囊，该补油囊通向所述顶珠杆件。

6.根据权利要求1所述的牙轮钻头，其特征在于：所述定位块上小下大以减少钻头本身与孔壁的摩擦力。