專利名稱：潛孔錘鉆的鉆頭組件的制作方法
技術領域：
錘鉆鉆潛孔是眾所周知的，并且得到廣泛運用，其通常是氣動的。
背景技術：
在大量不同設計的錘鉆中長期存在的難點就是在需要更換或維修時拆卸鉆頭很困難。這個難點也出現(xiàn)在大型集群鉆上，集群鉆就是多個錘鉆裝在ー個筒體內。目前實用的錘鉆通常會將ー個鉆頭或幾個鉆頭結合在一個安裝件內安裝使得安裝件在鉆頭松開前經常破壞的很嚴重。這樣增加了由此問題導致的停機的時間和成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是要提供ー種能在很大程度克服該問題的設計。根據本發(fā)明，提供一種潛孔鉆頭組件，其包括鉆頭，所述鉆頭具有花鍵和在鉆頭 的砧座端的螺紋；并且在殼體內的部件上具有配合花鍵和配合螺紋，所述組件設置成花鍵接合而螺紋脫離以驅動鉆頭，并且螺紋接合而花鍵脫離以允許鉆頭從組件上移除。本發(fā)明還提供了在鉆頭柄上或在鉆頭柄砧座端的孔內設置螺紋；在鉆頭殼體內設置花鍵成為殼體的一部分或成為可固定在殼體內的卡盤單元的一部分；以及設置位于卡盤內部的與鉆頭柄外部的螺紋配合的螺紋，或位于可軸向運動的控制單元上的與鉆頭柄內部的螺紋配合的螺紋。還提供ー種錘鉆鉆頭卡盤，包括位于其操作上端的襯套，所述襯套的下端設有內螺紋，在螺紋下方延伸的內花鍵的內徑大于螺紋內徑，卡盤的外表面具有用于耐磨套筒的座部，該座部的操作上方設置有外螺紋，所述外螺紋適于與耐磨套筒內的內螺紋接合。本發(fā)明的一方面提供ー錘鉆鉆頭，其具有適于操作接合在鉆頭卡盤的底部中的鉆頭頭部；從鉆頭頭部向后設置的、適于與卡盤內的內花鍵接合的外花鍵，卡盤具有內螺紋，所述內螺紋的內徑小于鉆頭上外花鍵的直徑，鉆頭柄的端部具有沿著鄰近鉆頭砧座的部分延伸的外螺紋，所述外螺紋接合并通過鉆頭卡盤內的互補螺紋。本發(fā)明還提供了卡盤的鉆頭組件，和限定在耐磨套筒的端部的鉆頭。本發(fā)明組件的進ー步特征為鉆頭上外花鍵和卡盤中內花鍵的底部每個都成形為螺旋凸輪的ー圈，所述螺旋凸輪的ー圈的螺距與卡盤內螺紋的螺距相同，能使鉆頭與卡盤在其端部接合面處旋轉。根據本發(fā)明的可選的特征，提供一種錘鉆鉆頭組件，其中鉆頭具有從砧座延伸的螺紋，其與鉆頭安裝件上的互補螺紋相接合，使得螺紋接合使鉆頭通過螺紋彼此通過的通道運動進入和脫離與安裝件的有限的滑動接合。本發(fā)明的進ー步的特征為當螺紋彼此通過時，鉆頭和鉆頭安裝件的配對花鍵接合，該安裝件為卡盤或控制桿，其中螺紋設置在桿外部以及鉆頭砧座端內的孔內。根據本發(fā)明的另ー實施例，錘鉆組件具有沿鉆頭柄的一組花鍵，和從鉆頭柄砧座端延伸的軸向孔中的螺紋，一組從組件耐磨套筒端部延伸的與鉆頭柄上花鍵配合的內花鍵，以及組件中的桿，所述桿具有能與鉆頭柄中的螺紋接合的螺紋和用來使所述桿相對于鉆頭滑動的裝置，以接合花鍵或使花鍵脫離。同樣，本發(fā)明還提供了用作分配控制桿的桿從組件的后頭部延伸，對于用作集群鉆的鉆頭組件，包括以上所述的組件，其中桿單獨地或共同地可運動和可旋轉。本發(fā)明一方面提供了ー種可脫離的螺紋，以使鉆頭繞桿運動動來調整鉆頭在組件中的位置，并且螺紋被接合以使鉆頭從組件上脫離。本發(fā)明的又一特征為配合螺紋由卡盤內的弾性固定環(huán)或者鉆孔殼體與鉆孔柄上的楔形件配合的鉆孔殼體所替代，，以在控制桿或其它部件向鉆頭施加彈性軸向カ時保持或釋放鉆頭。該實施例的另ー特征是花鍵的端部和開ロ環(huán)的內表面的上、下緣為錐形，并且控制桿的端部和鉆頭的上表面形狀對應，保證接觸時軸向對齊。本發(fā)明還提供了一固定環(huán)，其位于由鉆頭殼體支承的帶槽卡盤中。


參考附圖，下面僅以舉例方式對本發(fā)明的幾個實施例進行描述，以便可以更清晰地了解本發(fā)明的這些特征以及其它特征；其中圖I為通過鉆頭卡盤的縱向剖面圖；圖2為通過鉆頭組件的縱向剖面圖；圖3所示為鉆頭在未使用時的兩個相關位置；圖4和圖5為變型部件的示意圖；圖6為包括本發(fā)明的不同的錘鉆在鉆孔模式下剖面圖；圖7為沖洗模式下的錘鉆的剖面圖；圖8所示為在錘鉆組件中使控制桿相對于鉆頭滑動的方法；以及圖9所示為使用螺紋彼此旋擰的替代。
具體實施例方式參見圖1，卡盤I具有鉆頭接合端2，該鉆頭接合端設置用于圖2所示的鉆頭組件耐磨套筒10的端部的外環(huán)座3。在該外環(huán)座3上方具有外螺紋4，用來將卡盤I固定到耐磨套筒10的端部。設置有環(huán)形通槽5，其通過端ロ 6向卡盤I內部開ロ，用來在鉆頭組件上升離開其操作位置時使流體沖洗經過鉆頭或在鉆頭附近沖洗流體。大約4個螺距長度的內螺紋7從端ロ 6向上向著卡盤I的上端延伸。螺紋7的上面，卡盤I的內壁設有鉆頭導向件8。對于非管型的鉆頭組件，鉆頭導向件8還設有桿襯套。內鉆頭旋轉花鍵9從端ロ 6向下延伸到大約在耐磨套筒座3和卡盤I的下端之間中間的位置。現(xiàn)在參見圖2，卡盤I被示出為在鉆頭組件中。耐磨套筒10被示出為在工作鉆孔位置上與鉆頭11 一起旋擰在卡盤I上。該卡盤I支承在階梯狀鉆頭頭部12上。鉆頭柄13上設有標記為14的花鍵，該花鍵與卡盤I中的花鍵9接合。從鉆頭柄13的上端向后一段距離，桿具有與卡盤中的螺紋7互補的外螺紋15。所示桿包括用于通過鉆孔工作流體的排放管16。、
在如圖2所示的組件的鉆孔位置，螺紋7和15脫離，并縱向間隔開。圖3左側示出了將要與卡盤I接合的鉆頭11。鉆頭柄13已通過將螺紋部15滑動到花鍵9中而被插入到卡盤I中。為了達到卡盤I中的鉆頭11的接合位置，鉆頭螺紋15被旋擰通過卡盤螺紋7。從這個位置起鉆頭柄13可以沿鉆頭導向件8向上運動進入到耐磨套筒10中的工作位置，而在卡盤I和鉆頭11之間不需要任何的螺紋接合。在工作位置上鉆頭上的花鍵14接合在卡盤I上的花鍵9中。所述組件使鉆頭11在工作狀態(tài)和鉆頭沖洗狀態(tài)間運動，且鉆頭11不會滑出卡盤
I。這是通過螺紋15的底部接觸到螺紋7的頂部而被防止。然后通過旋擰螺紋15和7通過彼此來移除鉆頭以釋放鉆頭11。 該組件避免在使用中受螺紋的束縛，簡化了拆裝，因而節(jié)省了エ期和成本。另ー個實施例中，當鉆頭11下降進入停止模式時并且當錘鉆順時針旋轉時，花鍵不會彼此完全脫離，卡盤I中的花鍵9仍然驅動接合在鉆頭11上的花鍵14中。這樣的設置如圖4和圖5所示。鉆頭11上的花鍵14的上表面17以及卡盤I上的花鍵9的下表面18被加工成凸輪，該凸輪具有與桿上螺紋15的僅ー個螺距相同的螺距19。該凸輪在鉆頭柄13上同一位置相對地開始和停止，并且開始位置和停止位置相隔ー個螺距的距離。這種情況下，如上所述，帶螺紋的鉆頭柄13通過卡盤I中的花鍵9，直到鉆頭柄上的螺紋15向上抵靠卡盤I中的內螺紋7，在該階段，花鍵9和14還未彼此接合。鉆頭11被旋擰入，直到螺紋15與內螺紋7留下ー個螺距，在該位置，凸輪形狀的鉆頭花鍵14的極點20與凸輪形狀的卡盤花鍵9的極點21相對并非常接近于該極點21。再旋轉ー圈，鉆頭上的螺紋15通過卡盤I上的內螺紋7，由于螺紋和凸輪具有相同的螺距，這兩個匹配的凸輪形彼此配合，同時鉆頭上的極點花鍵向上抵靠卡盤的極點花鍵，并且鉆頭將由卡盤順時針驅動。當錘鉆抬升出孔，并且懸掛于豎直位置時，鉆頭上的螺紋將停靠于卡盤的內螺紋，凸輪形狀的頭部與卡盤內的螺紋接合，凸輪形狀運動彼此遠離，導致花鍵脫離，鉆頭可被手動旋松。上面的描述應用于優(yōu)選實施例，但其也可以是螺紋設在花鍵前，在該情形下鉆頭的外花鍵將小于卡盤的孔里的內螺紋，并且花鍵首先通過內螺紋，只有在桿被旋擰通過卡盤的內螺紋之后，外花鍵才與卡盤的內花鍵配合。螺紋也可以施加在花鍵的頂部(即螺紋和花鍵處于相同的空間位置)，這樣桿上(或卡盤內)的螺紋和花鍵可以達到相同的直徑。這種情況下，螺紋施加于卡盤的內花鍵(或鉆頭的外花鍵)上，并且桿具有外螺紋，其旋擰通過施加在花鍵上的內螺紋，并且一旦其通過，桿上的花鍵進入內花鍵并與卡盤內的內花鍵(具有螺紋)接合。上述描述示出了未考慮保留鉆芯的情況下鉆孔的鉆頭組件。對中空鉆頭而言，于本領域技術人員知道，本發(fā)明可以施加為布置在內部的配合部件。這樣在中空鉆頭用于該鉆頭組件的場合，本領域的技術人員可以理解，中空鉆頭具有內花鍵和螺紋，并且卡盤具有外花鍵和螺紋。現(xiàn)在參見圖6和7，圖示的潛孔錘鉆101包括控制桿102，該控制桿被布置為分配管道來供應加壓空氣以驅動鉆頭101?？刂茥U102由耐磨套筒104中的后頭部103支承。活塞錘105在耐磨套筒104內部在控制桿102上操作。
鉆頭106支承在耐磨套 筒104的下端中，并且圍繞鉆頭上端具有花鍵107，用來導引鉆頭沿耐磨套筒104內ー組配合花鍵108運動。鉆頭106具有盲孔109，其與多個開ロ于鉆頭表面111的沖洗通道110連通?？?09的上端具有向內延伸的螺紋112?？刂茥U102的自由端具有向外突出的螺紋113，其與螺紋112配合。通過將螺紋112旋擰入并通過控制桿102上的螺紋113，將鉆頭106引入耐磨套筒104的下端。鉆頭106因而沿著控制桿102的下端的軸向運動是受到限制的，不能在不重新將螺紋接合且將鉆頭106旋擰并通過控制桿102的端部的情況下從桿102和耐磨套筒104上移除。注意，在耐磨套筒104內的花鍵108足夠短，使得鉆頭能旋轉以便在螺紋112和113上沿著控制桿102運動。圖7所示為沖洗模式下的錘鉆101，其中鉆頭106部分地運動出耐磨套筒104，并且通過使相鄰定位的螺紋112和113的端部抵靠來限制鉆頭進一步的軸向運動。為了重啟錘鉆,使鉆頭106運動返回進入耐磨套筒,且螺紋分離,鉆頭106上和耐磨套筒104里的花鍵107和108各自重新接合使鉆頭正常工作。圖6和圖7示出錘鉆的結構和操作有兩點主要益處。首先不需要卡盤組件，第二，錘105直接沖擊鉆頭106的砧座，而不對保持螺紋112和113施加任何壓力。后者使得鉆頭的移除和替換或維修成為簡單手動操作。圖6和圖7的實施例利用鉆頭中和控制桿上的螺紋安裝和拆除鉆頭，同時允許其在鉆頭從工作到非工作狀態(tài)運動時在組件內作有限的滑動。在圖8中，螺紋211和212如此設置，使得它們可以運動進入彼此并通過彼此，而不需要將桿上的花鍵215從鉆頭組件耐磨套筒內的內花鍵214上松開。為了使后者能夠實現(xiàn)，控制桿207被安裝成在組件中可軸向滑動。這樣控制桿207能使花鍵運動脫離接合，而鉆頭210不會從組件中移除。然后使鉆頭210在控制桿207上旋轉以調整組件中的鉆扣(drill button) 213.使桿207反向軸向運動可以使組件重新エ作。這種對鉆扣213的調整的便利性在集群鉆組件中尤其有用，這樣，不拆卸組件就可以保持所鉆的孔的規(guī)格尺寸。當需要更換鉆頭210時，如上所述，桿207在鉆頭中旋轉以從組件松開鉆頭。更詳細地參照圖8所示的錘鉆，其適合作為集群鉆組件之一來使用。如所示的，錘鉆連同其它鉆頭排列一起被安裝在鉆筒(未示出)中。錘鉆201的頂部具有肩部202，并且在形成活塞殼體205的一部分的卡盤204的底部具有另ー肩部203。這些肩部使錘鉆夾緊在鉆筒的蓋板和底板(未示出)之間。在這個特定的例子里，撞擊活塞206設置在控制桿207上。通過進ロ 208提供空氣迫使撞擊活塞206向下運動然后迫使控制桿207下降。在空氣壓カ被釋放后，彈簧組209用來使控制桿207回到原始位置。使用時，當鉆頭210被允許下降時，鉆頭210可仍然保持在花鍵中，止動螺紋211和212彼此相対。當控制桿207被相對于活塞殼體205向前推動時，鉆頭210下降通過花鍵，并且沒有被鎖定，以便在殼體205內做旋轉運動。在該方向上，鉆頭211可以被步進旋轉，以使得鉆扣213能繞著錘鉆外周調整或能被旋松移除。
控制桿的運動當然可以由其它運動實現(xiàn)，包括使集群鉆中所有的錘鉆共同運動(如果這是所期望的特征)。同樣錘鉆可用上述肩部外的其它方式在筒內定位及支承。使用殼體205來設置帶內花鍵214的鉆頭卡盤204是便利的結構，如果需要的話，當然還可以設置成與殼體205分開的卡盤?，F(xiàn)在參見附圖9，所示的錘鉆組件301適用于集群鉆。組件301包括鉆殼體302，卡盤303安裝在鉆殼體304的下端?？ūP303和殼體的頂封305都設有肩部306和307，以便于多個組件安裝在集群鉆筒(未示出)的端板間。組件包括控制桿308，其安裝在彈簧偏置活塞錘309上。鉆頭310具有花鍵311，其圍繞著桿312的自由端設置，且這些花鍵具有標記313所示錐形的端部。鉆頭310具有階梯狀頭部314，其使鉆頭能緊密地抵靠卡盤303的底部。鉆頭通過(split)弾性保持環(huán)315可滑動地保持在卡盤中。該環(huán)315由固有弾性鋼制成，并且環(huán)的頂部和底部的內緣316都是錐形的。這些錐形與錐形313配合，以便使鉆頭310能引入組件并從組件移除。鉆頭310具有軸向盲孔317，盲孔外端為錐形。該控制桿308的自由端也為錐形，以集中由桿308施加到鉆頭310軸端上的軸向力。如圖所示，控制桿308可以被向下推動以使鉆頭310運動，由此花鍵311可以使環(huán)315展開，以將鉆頭從卡盤303上松開。在松開鉆頭之前，鉆頭310下降到花鍵311至非エ
作位置。為了更換鉆頭310，鉆頭組件置于剛性支承鉆頭上，并且向下運動?；ㄦI311的錐形自由端使保持環(huán)展開，保持環(huán)從花鍵311后部收縮以使鉆頭準備好鉆探。上面描述的所有的實施例都能夠使得在沒有束縛鉆頭的情況下使用鉆頭組件，并且便利更換和維修。
權利要求
1.一種潛孔鉆頭組件，包括鉆頭，所述鉆頭具有花鍵和在鉆頭的砧座端的螺紋；并且在殼體內的部件上具有配合花鍵和配合螺紋，所述組件設置成花鍵接合而螺紋脫離以驅動鉆頭，并且螺紋接合而花鍵脫離以允許鉆頭從組件上移除。
2.如權利要求I所述的鉆頭組件，其中螺紋和花鍵位于鉆頭柄上。
3.如權利要求I所述的鉆頭組件，其中螺紋位于鉆頭柄砧座端的孔內。
4.如前述權利要求中的任何一個所述的鉆頭組件，其中花鍵是殼體的一體部分。
5.如權利要求I到3中任何一個所述的鉆頭組件，其中花鍵是固定在殼體中的卡盤構件的一體部分。
6.如權利要求5所述的鉆頭組件，其中配合螺紋位于卡盤內。
7.如權利要求3所述的鉆頭組件，其中配合螺紋位于固定、旋轉或可軸向運動的控制構件上。
8.用于如權利要求I所述的鉆頭組件的卡盤，包括位于其操作上端的襯套，所述襯套的下端設有內螺紋，在螺紋下方延伸的內花鍵的內徑大于螺紋內徑，卡盤的外表面具有用于耐磨套筒的座部，該座部的操作上方設置有外螺紋，所述外螺紋適于與耐磨套筒內的內螺紋接合。
9.ー種鉆頭組件，其具有適于操作接合在鉆頭卡盤的底部中的鉆頭頭部；從鉆頭頭部向后設置的、適于與卡盤內的內花鍵接合的外花鍵，卡盤具有內螺紋，所述內螺紋的內徑小于鉆頭上外花鍵的直徑，鉆頭柄的端部具有沿著鄰近鉆頭砧座的部分延伸的外螺紋，所述外螺紋接合并通過鉆頭卡盤內的互補螺紋。
10.如權利要求9所述的鉆頭組件，其中鉆頭上外花鍵和卡盤中內花鍵的底部每個都成形為螺旋凸輪的ー圈，所述螺旋凸輪的ー圈的螺距與卡盤內螺紋的螺距相同，能使鉆頭與卡盤旋轉。
11.如權利要求I所述的鉆頭組件，其中鉆頭具有從砧座延伸的螺紋，所述從砧座延伸的螺紋能與鉆頭安裝件上的互補螺紋相接合，以便螺紋接合使鉆頭通過螺紋彼此通過的通道運動進入和脫離與安裝件的有限的滑動接合。
12.如權利要求11所述的鉆頭組件，其中當螺紋彼此通過時，鉆頭和鉆頭安裝件的配對花鍵接合。
13.如權利要求13所述的鉆頭組件，其中安裝件為卡盤或控制桿，其中螺紋設置在控制桿外部和設置在鉆頭的砧座端的孔中。
14.如權利要求I所述的鉆頭組件，其中鉆頭具有沿鉆頭柄的一組花鍵，和從鉆頭柄砧座端延伸的軸向孔中的螺紋，一組從組件耐磨套筒端部延伸的與鉆頭柄上花鍵配合的內花鍵，以及組件中的桿，所述桿具有能與鉆頭柄中的螺紋接合的螺紋和用來使所述桿相對于鉆頭滑動的裝置，以接合花鍵或使花鍵脫離。
15.如權利要求15所述的鉆頭組件，其中用作分配控制桿的桿從組件的后頭部延伸，對于用作集群鉆的鉆頭組件，包括以上所述的組件，其中桿單獨地或共同地可運動和可旋轉。
16.如權利要求16所述的鉆頭組件，其中螺紋是可脫離的，以使鉆頭繞桿運動動來調整鉆頭在組件中的位置，并且螺紋被接合以使鉆頭從組件上脫離。
17.一種潛孔鉆頭組件，包括殼體，所述殼體在其工作端支承彈性開ロ保持環(huán)；和鉆頭柄，所述鉆頭柄圍繞其砧座端具有花鍵，用于滑動接合在殼體中的配合花鍵中，以打開開ロ環(huán)用于鉆頭柄花鍵進出殼體的通道。
18.如權利要求19所述的潛孔鉆頭組件，其中鉆頭柄上花鍵的端部和開ロ環(huán)內表面的上、下緣為錐形。
19.如權利要求18或19所述的潛孔鉆頭組件，其中殼體的操作端由卡盤提供。
20.如權利要求18到20中的任何ー個所述潛孔鉆頭組件，其中包括具有自由端的可滑動控制桿，所述自由端能與鉆頭站座自由端接合，以使鉆頭柄運動通過保持環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種潛孔鉆頭(11)組件，包括鉆頭(11)，在其砧座端具有螺紋(7)，鉆頭柄(13)上的外花鍵和殼體中的接合花鍵(9)，以及由殼體中的部件支承的接合螺紋(7)。該組件的螺紋(7)接合脫離花鍵(9)接合，以驅動鉆頭，而螺紋(7)接合連接花鍵(9)脫離，以使鉆頭從組件上移除。
文檔編號E21B4/14GK102648327SQ201080044748
公開日2012年8月22日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權日2009年8月5日
發(fā)明者伯納德·萊昂內爾·吉安 申請人:伯納德·萊昂內爾·吉安