CN1313699C - 凿岩钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种凿岩钻头，具有一至少部分承受旋转和冲击载荷的钻杆(2)和一配备硬质材料的钻削头(5)，所述钻杆和钻削头通过一连接装置(6a，6b)旋转形锁合地相接合，而钻削头相对于钻杆可作有限的轴向运动，以及，所述钻杆和钻削头通过一锁紧装置(7)可拆卸地相互连接，其中在钻杆(2)的一个端部上设有至少一个径向突起的旋转带动键(8)，它嵌入罐状钻削头(5)的旋转带动面上的至少一个沿刀具轴线(A)延伸的旋转带动槽(9)内。
Description
技术领域
本发明涉及一种至少部分旋转和冲击式驱动的、用于开采岩石或类似岩石的材料、尤其是用于矿山工程领域的钻头。
背景技术
这种类型的钻头具有一至少部分空心的钻杆，该钻杆带一冲淋通道、一驱动端的用来装入得到驱动的钻机的刀具夹内的插入端和一输出端的连接装置，以及具有一与所述钻杆不可旋转地并借助于锁紧装置可拆卸地连接的钻削头，该钻削头带有冲淋孔和由硬质材料组成的刀刃。
按US 6021855，在一种凿岩钻头中为了提高开采效率，一可拆卸地连接的、带有冲淋孔和由硬质材料组成的刀刃以及一细长的抗振导向体和设置在它上面的旋转带动件的钻削头可作有限轴向运动地与钻杆连接。按DEGM 930844，一可拆卸地连接的、带有冲淋孔和由硬质材料组成的刀刃的钻削头在一导向榫轴上具有一径向的旋转带动键，它插接式地旋转形锁合地嵌入钻杆末端的径向槽内。按DE 3941609 C1，钻头具有一通过锥体与钻杆可拆卸地连接的转接器，它在输出端通过一连接装置借助于锁紧装置与一驱动端的锥形缩小的带有冲淋孔和硬质材料刀刃的钻削头的导向榫轴旋转形锁合地、可拆卸地连接。在这类钻削头中，通过外部的环形接触区传递的冲击脉冲导致输出端的连接装置的端面径向扩张，从而限制其使用寿命。此外，在钻削头沿导向榫轴作有限的轴向运动时出现很强的摩擦，这使得导向榫磨损或抑制活动性。
按US 4515230，钻头具有一带有冲淋孔和硬质材料刀刃的罐形钻削头，它与一逐渐缩小的、传递冲击脉冲的钻杆端部通过一内六角、借助于一锁紧装置可拆卸地连接。按WO 85/02442，一通过内六角借助于锁紧装置与钻杆旋转形锁合地可拆卸地连接的带硬质材料刀刃的罐状钻削头具有端部的作为冲淋口的径向槽。钻削头上的这种内六角制造时工艺复杂。此外，在钻削头作允许的有限的轴向运动时沿钻杆的端部出现剧烈摩擦，这使钻杆端部磨损。
按US 4474488，旋转形锁合地嵌入罐状钻削头内的逐渐缩小的传递冲击脉冲的钻杆端部形成沿直径方向设置的径向突起的燕尾形旋转带动键，它旋转形锁合地嵌入相配的、带有冲淋口和硬质材料刀刃的罐状钻削头的燕尾形内槽内。钻削头上的这种内槽在制造时工艺复杂。此外，在钻削头作许可的有限轴向运动时沿旋转带动键出现剧烈摩擦，它使旋转带动键磨损。
发明内容
本发明的目的是实现一种凿岩钻头，带有可作有限轴向运动的可拆卸的钻削头，它提高钻杆的寿命以及可更有利地工艺简单地制造。
为此，本发明提出一种凿岩钻头，具有一至少部分承受旋转和冲击载荷的钻杆和一配备硬质材料的钻削头，所述钻杆和钻削头通过一连接装置旋转形锁合地相接合，而钻削头相对于钻杆可作有限的轴向运动，以及，所述钻杆和钻削头通过一锁紧装置可拆卸地相互连接，其特征为：在所述钻杆的端部上设有至少一个径向突起的旋转带动键，它嵌入罐状钻削头的旋转带动面上的至少一个沿刀具轴线延伸的旋转带动槽内。
主要是在一至少部分受旋转和冲击载荷的、带有一钻杆和一配备硬质材料的钻削头的凿岩钻头中，在钻杆的传递冲击脉冲的端部上至少设有一径向突起的旋转带动键，它嵌入罐状钻削头的旋转带动面上的至少一个沿刀具轴线分布的旋转带动槽内，其中所述钻杆和钻削头通过一连接装置旋转形锁合地作有限轴向运动以及通过一锁紧装置可拆卸地相互连接。
为了提高开采效率，可沿轴向作有限运动的罐状钻削头仅仅在位于径向内部的、环围罐底上通过钻杆的端面承受冲击载荷，由此在受到冲击脉冲时产生一局部的静压力，而不造成明显的形状变化，这提高钻削头和钻杆的使用寿命，同时通过罐状钻削头的旋转带动面与钻杆的旋转带动键的旋转形锁合连接只承受无冲击的旋转载荷，其中高的抗扭弯强度抑制罐状钻削头的塑性变形，从而形成一与钻杆旋转带动键的均匀的、大面积的旋转带动接触，由此提高钻削头和钻杆的使用寿命。在作为受力最大的构件的钻削头磨损后只需更换钻削头。此外，通过锯削或端铣输出端的旋转带动槽的制造工艺很简单。
连接装置有利地做得沿刀具轴线朝钻削头方向径向锥形缩小，其中相对于刀具轴线的锥角为0°至5°，优选为3°，由此在承受冲击载荷时、轴向可有限地运动0.5mm至5mm时两个连接件有足够的轴向导向的情况下径向面压力和相应地其径向磨损显著减小。其次驱动侧的连接件有利地做成朝钻削头方向径向锥形缩小的钻杆端部，输出侧的连接件做成具有相同锥角的朝钻杆方向内锥形径向扩展的端套筒。
至少一个沿刀具轴线布置的旋转带动槽朝钻杆方向相对于其圆周宽度锥形扩展，其中相对于刀具轴线的锥角为0°至5°，优选为3°。由此在承受冲击载荷、在轴向作有限的0.5mm至5mm的运动时在旋转带动键和旋转带动槽充分的旋转连接的情况下圆周表面压力和相应地其圆周磨损明显减小。至少一个旋转带动键更有利地做得朝钻削头方向圆周锥形缩小，并且至少一个朝钻杆方向圆周锥形扩展的旋转带动槽做得具有相同的锥角。
有利地，至少一个旋转带动槽朝刀具尖方向圆弧形地终止，更有利的是，圆弧半径为槽宽的一半，由此对于旋转带动槽达到一种尽可能小的应力集中，这有利于提高钻削头的使用寿命。
有利地，至少一个旋转带动槽朝刀具尖方向终止于钻削头上的罐底之前，由此使得在钻削头的套筒状部分内有一材料薄弱部位，也就是可能出现裂缝的特征部位，由此使得这个部位设置在平面应力状态(ESZ)区域内，由此正好在承受强动态载荷时出现裂缝的危险较小。旋转带动槽到罐底的轴向距离大致相当于罐状钻削头的壁厚，由此正好充分鲜明地形成ESZ，以及形成一大面积的旋转带动面。
有利地，在罐状钻削头上存在两条旋转带动槽，它们有利地沿直径方向设置，由此减小旋转带动面的圆周表面压力，此外通过两条槽一起锯削或铣削使得加工工艺更简单。钻杆的两个旋转带动键与罐状钻削头的两条旋转带动槽几何相配。
有利地，存在四条直径方向的旋转带动槽，由此进一步减小表面压力。钻杆的四个旋转带动键与罐状钻削头的成对径向布置的四条旋转带动槽几何相配。
有利地，在钻削头和钻杆之间固定设置一可拆卸的中间连接件，它在输出一侧朝钻削头方向具有带旋转带动键的驱动侧连接部分，而在驱动一侧本身通过一可拆卸的牢固的带端面旋转带动结构的中间连接器或锥形连接器与钻杆连接，由此在旋转带动键磨损后不必更换整个钻杆，而只需更换中间连接件。
有利地，钻杆和钻削头以及在某些情况下中间连接件至少在局部具有沿刀具轴线分布的冲淋孔，以输送冲洗液，如水，它冷却钻削头，运动的连接件相互通过液体膜隔开，从而变得耐磨，并将切下的材料向前冲。
有利地，钻杆或中间连接件在旋转带动键区域内和/或钻削头在旋转带动槽区域内具有至少一个，最好是几个沿槽错开的槽和/或孔形状的润滑管道，它们把部分冲洗液引到运动的连接件的接触面上，并使冲洗液在那里尽可能均匀地分配。
有利地，在连接装置锁紧时围绕旋转带动键和旋转带动槽的轴向区域设有一薄的外部的磨损防护套，它使冲洗液在运动的连接件的接触面区域内积存起来，并防止它们受回流的冲洗介质内的被切除的材料的侵蚀性污染。磨损防护套套在径向略微突起的旋转带动键上或钻削头的旋转带动槽区域内，以避免运动接触，从而避免磨损。磨损防护套最好做成由硬质材料如弹簧钢组成的纵向倾斜开槽的弹性套筒，它可以弹性地通过刀具尖安装。
有利地，锁紧装置做成一弹性张开的环，它可以作为卡圈自动锁紧地装入钻削头的外部的、至少部分环形的径向环形槽内，钻削头在至少一个旋转带动键的径向内侧相应于允许的轴向运动区的长度嵌入一轴向凹槽内，由此实现两个连接零件方便的和在合理使用时不受冲击力的锁紧。
附图说明
参照优良的实施例对本发明作较详细说明，附图表示：
图1用对称剖面表示的岩石钻头
图2钻削头
图3用局部剖视图表示的连接装置
图4局部的横截面
具体实施方式
按图1连同图2受旋转和冲击载荷的钻头1具有一带插入端3的钻杆2和一可作长度x为5mm的有限轴向运动的、带有硬质材料刀具尖4的钻削头5。钻杆2和罐形钻削头5通过一带有驱动侧连接部分6a和输出侧连接部分6b的连接装置旋转形锁合并可作有限轴向运动地，以及通过锁紧装置7可拆卸地相互连接。在钻杆2的将冲击脉冲传递到钻削头5的罐底上的端部上设有四个径向突起的旋转带动键8，它们嵌入罐状钻削头5的旋转带动面的四条沿刀具轴线A分布的、成对地沿直径设置的旋转带动槽9内，这些槽沿刀具尖4方向终止于钻削头5的罐底之前距离为d处，此距离大致相当于罐状钻削头5的壁厚。钻杆2和钻削头5具有一沿刀具轴线A分布的冲淋孔10。沿刀具轴线A布置的旋转带动槽9沿朝向钻杆2的方向相对于其外围宽度锥形扩展，其中相对于刀具轴线A的锥角约为3°。旋转带动槽9朝刀具尖4的方向倒圆成一半个槽宽的圆角。
按图3在钻削头5和钻杆2之间设有一可拆卸的中间连接件11，它在输出一侧朝钻削头5的方向具有带旋转带动键8的驱动一侧的连接部分6a，而在驱动一侧本身通过一可拆卸地固定的做成带端面旋转带动结构的锥形连接器的中间连接器12与钻杆2连接。连接装置6a、6b做得沿刀具轴线A朝钻削头5的方向径向锥形缩小，其中相对于刀具轴线A的夹角约为3°。在连接装置6a、6b锁紧时围绕旋转带动键8和旋转带动槽9的轴向区域设有一薄的弹簧钢组成的外部的磨损防护套13，它紧密贴合在径向略微突起的旋转带动键8上。中间连接件11在旋转带动键8区域内具有许多沿它错开排列的垂直于刀具轴线A的通向冲淋孔的孔形式的润滑管道14。做成弹性卡圈的锁紧装置7自动锁紧地装在钻削头5上一外部的径向环形槽15内，并在径向内侧嵌入旋转带动键8的一个轴向凹槽16内。
按图4中间连接件11的四个嵌入钻削头5的旋转带动槽内的旋转带动键8沿直径方向成对地、各自相互垂直地设置。
Claims (10)
1.一种凿岩钻头，具有一至少部分承受旋转和冲击载荷的钻杆(2)和一配备硬质材料的钻削头(5)，所述钻杆和钻削头通过一连接装置(6a，6b)旋转形锁合地相接合，而钻削头相对于钻杆可作有限的轴向运动，以及，所述钻杆和钻削头通过一锁紧装置(7)可拆卸地相互连接，其特征为：在所述钻杆(2)的端部上设有至少一个径向突起的旋转带动键(8)，它嵌入罐状钻削头(5)的旋转带动面上的至少一个沿刀具轴线(A)延伸的旋转带动槽(9)内。
2.按权利要求1的凿岩钻头，其特征为：所述钻杆(2)和所述钻削头(5)具有至少部分沿刀具轴线(A)延伸的用来输送冲洗液的冲淋孔(10)。
3.按权利要求1的凿岩钻头，其特征为：所述连接装置(6a，6b)做得沿刀具轴线(A)朝所述钻削头(5)方向径向锥形缩小。
4.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：所述至少一个沿刀具轴线(A)布置的旋转带动槽(9)沿朝钻杆(2)的方向相对于其外围宽度锥形扩展。
5.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：所述至少一个旋转带动槽(9)朝刀具尖(4)的方向倒圆。
6.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：所述至少一个旋转带动槽(9)朝刀具尖(4)方向终止于所述钻削头(5)上的罐底之前。
7.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：在所述罐状钻削头(5)上存在两条或四条旋转带动槽(9)。
8.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：在所述钻削头(5)和所述钻杆(2)之间固定设置一可拆卸的中间连接件(11)，它在输出一侧朝所述钻削头(5)方向具有带旋转带动键(8)的驱动侧连接部分(6a)，而在驱动一侧本身通过一固定的可拆卸中间连接器(12)与所述钻杆(2)连接。
9.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：在连接装置(6a，6b)锁紧时围绕旋转带动键(8)和旋转带动槽(9)的轴向区域设有一薄的外部的磨损防护套(13)。
10.按权利要求1至3之任一项的凿岩钻头，其特征为：所述锁紧装置(7)做成一弹性圈，它可自动锁紧地装入所述钻削头(5)上一外部的、至少部分环绕的径向槽(15)内，所述钻削头在至少一个旋转带动键(8)的径向内侧按照允许的轴向运动区的长度(x)嵌入一轴向凹槽(16)内。
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