鑿孔裝置軸承布置的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開內(nèi)容提供一種回擴鉆頭牙輪，其配置成使得可以相對容易地移除和更換其中的軸承組件。還提供更換回擴鉆頭中的軸承組件的方法。
【專利說明】鑿孔裝置軸承布置
[0001]本申請是于2012年9月14日作為PCT國際專利申請遞交的，對于除了美國之外的所有國家以美國企業(yè)Vermeer Manufacturing Company的名義為 申請人:,而僅對于美國以美國公民JohnP.Maher and RandyR.Runquist為 申請人:,并且本申請要求2011年9月16日遞交的美國臨時專利申請系列號61 / 535，623的優(yōu)先權(quán)，其在此通過參考的方式全文并入。
【技術(shù)領域】
[0002]本發(fā)明公開內(nèi)容提供一種用于回擴鉆頭的牙輪以及相關方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已知的水平方向鉆孔的工藝被用來以不干擾表面的方式安裝多種地下應用裝置。在使用時，鉆床被用于鉆出從地表的進入孔(即開始點)延伸到地表以下的導向孔(即結(jié)束點)。通過旋轉(zhuǎn)和推動連接至鉆桿的端部的地面接合工具(例如鉆孔鉆頭)鉆出導向孔。通過將多個桿串接在一起形成鉆柱以延長導向孔的長度。鉆孔的方向可以通過多種技術(shù)或工藝控制(即，鉆柱可以“被導向”)以便控制導向孔的深度以及出口孔的位置。在完成導向孔之后，鉆柱的位置表示待安裝的應用裝置的想要的位置。
[0004]在鉆出導向孔之后，鉆孔鉆頭通常被移除，并且第二地面接合工具被安裝到鉆柱的端部。該工具通常是已知的回擴鉆頭或鑿孔裝置。其功能是將鉆出的孔擴展/鑿開至足以允許安裝應用裝置的直徑。為了提供擴展功能，回擴鉆頭通常在鉆柱被從導向孔收回時由鉆柱通過導向孔被拉回。通常，正在安裝的應用裝置連接位于回擴鉆頭的端部處的旋轉(zhuǎn)接頭或轉(zhuǎn)體，使得應用裝置緊跟在回擴鉆頭之后被拉入擴展的鉆孔中(見圖1)。以此方式，撤回鉆柱的動作將同時導致應用裝置的安裝。
[0005]被安裝的應用裝置的類型包括通信、電力、水、天然氣、液態(tài)氣體管道、可飲用水管以及污水管。由于這種大量種類的應用裝置，存在大量對最終擴展的地上鑿孔的尺寸要求，因而需要大范圍的回擴鉆頭尺寸。
[0006]回擴鉆孔可以是包括連接至工具主體的多個牙輪的類型。作為回擴鉆孔工具的示例，參見美國專利第7，243，737號，其通過參考的方式全文并入于此。需要改進的回擴鉆頭，其配置成耐受極端使用條件或狀況并且能夠容易地重新復原。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開內(nèi)容提供一種回擴鉆頭牙輪，其配置成使得其中的軸承組件可以被相對容易地移除和更換。還提供更換回擴鉆頭中的軸承組件的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的原理的一種水平方向鉆孔系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2是圖1的一部分的放大圖，示出連接至應用裝置的根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的原理的回擴鉆頭；
[0010]圖3是圖2的回擴鉆頭的正面透視圖；
[0011]圖4是圖2的回擴鉆頭的一部分的分解后的組件圖；
[0012]圖5是圖2的回擴鉆頭的牙輪的分解后的組件圖；
[0013]圖6是圖2的牙輪的軸的局部側(cè)視圖；
[0014]圖7是圖2的牙輪的軸的局部端視圖；
[0015]圖8是圖2的回擴鉆頭的牙輪的端視圖；
[0016]圖9是沿圖8的線9-9的截面視圖；
[0017]圖10是在分離工具插入到牙輪軸中的分離孔內(nèi)的情況下牙輪的截面圖；
[0018]圖11是在分離工具插入到牙輪軸的分離孔中并且軸部分地延伸到牙輪主體以外的情況下牙輪的截面視圖；
[0019]圖12是圖5的局部組裝圖；
[0020]圖13是圖5中的牙輪的組裝過程中一個步驟的截面視圖；
[0021]圖14是圖5中的牙輪的組裝過程中一個替換步驟的截面視圖。
[0022]圖15是在組裝結(jié)構(gòu)中圖10的牙輪的替換實施例的截面視圖；和
[0023]圖16是圖15的牙輪在牙輪軸脫離情況下的截面視圖。
【具體實施方式】
[0024]詳細描述在附圖中示出的示例實施例。無論在何種情況下，在附圖中相同的附圖標記將表示相同或類似的部件。
[0025]圖1示出一種示例水平鉆孔系統(tǒng)，其中可以使用根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的原理的擴孔鉆。水平鉆孔系統(tǒng)包括鉆床100，圖示為軌道型車輛。鉆床100包括用于將機器固定至地表102的錨裝置(例如螺旋鉆)。鉆床100還優(yōu)選包括推力機構(gòu)，該推力機構(gòu)用于將鉆柱108推入地表以形成導向孔，并用于從地面撤回鉆柱。水平鉆床100還優(yōu)選包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)用于在鉆柱被推力進入地面或被從地面移除時旋轉(zhuǎn)鉆柱108。應該認識到，水平鉆床100的推力機構(gòu)可以被取向成相對于地表102 —定角度以便于以想要的角度驅(qū)動鉆柱進入地面。
[0026]在使用時，水平鉆床100被用于驅(qū)動鉆柱108進入地面102，如圖1所示。鉆柱108的遠端通常配備有用于開鑿導向孔的開鑿工具。為了加長導向孔，之后將管件加到鉆柱，直到鉆柱108從鄰近鉆床100的入口點104延伸至出口點106。因此，通過連接在一起的多個鉆桿形成鉆柱108。通過旋轉(zhuǎn)鉆柱108同時施加推力至鉆柱，在鉆柱端部的開鑿工具開鑿導向孔。
[0027]在鉆柱108已經(jīng)被從入口點104推入到出口點106之后，從鉆柱的遠端移除開鑿工具并用回擴鉆頭119取代。應用裝置110(即，應用裝置管件)使用旋轉(zhuǎn)接頭或轉(zhuǎn)體112可以被連接至回擴鉆頭119使得鉆柱108可以獨立于應用裝置110旋轉(zhuǎn)。一旦回擴鉆頭119和應用裝置110已經(jīng)連接至鉆柱108，水平鉆床100被用于撤回鉆柱108。當鉆柱108被撤回時，鉆柱108旋轉(zhuǎn)，引起回擴鉆頭119擴大導向孔。因為鉆柱被撤回，應用裝置110同時被拉入回擴孔的孔中。如圖1所示，回擴鉆頭119已經(jīng)通過導向孔被拉回一半，并且應用裝置110沿孔路徑的大約一半已經(jīng)被安裝。[0028]參照圖2-14，詳細地描述回擴鉆頭119。在圖示的實施例中，回擴鉆頭119包括工具主體120，其包括配置成連接鉆柱108的第一端122和配置成連接應用裝置110的第二端124?；財U鉆頭包括多個牙輪126、128、130 (例如三個牙輪)，它們經(jīng)由牙輪軸132連接至工具主體120。在圖示的實施例中，牙輪126、128、130是可以互換的并且具有相同的特征。因此，下面將僅詳細描述這些牙輪中的一個。
[0029]圖示的牙輪128包括其上具有多個切齒136 (例如碳化物扣狀物)的外表面134。在使用期間，牙輪128圍繞軸132自由地旋轉(zhuǎn)。在圖示的實施例中，牙輪128包括大直徑端162和小直徑端164以及其間的中央腔172。在圖示的實施例中，牙輪軸132包括配置成鄰近牙輪128的大直徑端162布置的第一端152和配置成鄰近牙輪128的小直徑端164布置的第二端154。
[0030]軸132的第一端152包括環(huán)形肩部150，環(huán)形肩部150配置成蓋住并密封牙輪中的接收牙輪軸的孔。在圖示的實施例中，肩部150包括接合軸承組件160的前表面144和保持密封環(huán)146的環(huán)形槽148。
[0031]軸的第二端154包括鎖上組件138，鎖止組件138配置成將牙輪軸132保持在牙輪中。在圖示的實施例中，鎖止組件138配置成通過將鎖釋放工具140插入位于牙輪軸132的端部上的孔142被解鎖，其延伸到牙輪128的小直徑端164的外部。在圖示的實施例中，孔142在牙輪軸132中軸向地對準并居中并用作至牙輪128的中央腔172的潤滑脂管道。在圖示實施例中，鎖止組件138包括卡環(huán)166，卡環(huán)166接合牙輪軸132上的環(huán)形槽168。在圖示的實施例中，鎖止組件138包括多個銷170(例如，6個銷)，它們從環(huán)形槽168徑向地延伸進入牙輪軸并配置成在鎖釋放工具140插入孔142時擴張卡環(huán)166。應該認識到，多個其他的鎖止組件配置也是可以的，包括例如那些不包括銷或包括不同配置的銷(例如三個銷而不是六個銷)的多種實施方式。
[0032]在圖示的實施例中，軸承組件160包括軸承單元174，軸承單元174包括在內(nèi)軸承滾道環(huán)176和外軸承滾道環(huán)176之間的多個軸承。在圖示的實施例中，內(nèi)軸承滾道環(huán)176被壓配合至軸132的外表面?？ōh(huán)166配置成相對于軸承單元174保持軸132。在圖示的實施例中，第二卡環(huán)182接合牙輪128的大直徑端162處的中央腔172上的槽180。第二卡環(huán)182配置成將軸承單元174保持在牙輪128內(nèi)。
[0033]參照圖9-12，進一步詳細描述分解牙輪128以更換內(nèi)軸承單元174和密封的方法。在圖示的實施例中，該方法包括釋放鎖止組件138和從牙輪128偏壓(推或拉)出軸132的步驟。釋放鎖止組件的步驟包括移除位于牙輪軸132端部處的潤滑脂蓋184和將鎖釋放工具140的錐形遠端沿軸向插入孔142的步驟，由此驅(qū)使銷170徑向地向外移動并擴張卡環(huán)166使得其脫離槽168。在鎖釋放工具就位時，軸132可以被拉或推出牙輪128。一旦卡環(huán)166脫離用以從牙輪128偏壓(推或拉)出軸132所需的力小于克服軸承單元174的內(nèi)滾圈176之間摩擦接合所需的力或第二卡環(huán)182的保持力。換句話說，軸132將滑出軸承單元174或卡環(huán)182將失效并且軸承單元174將隨軸132離開牙輪。在任一情況下可以進入軸承單元174并修理或用新的或重新配置軸承單元更換。
[0034]參照圖13和14，示出組裝牙輪128的兩個替換方式。圖13示出一種方法，其中軸承單元174首先插入牙輪128。錐形卡環(huán)擴張工具186被插入到軸132之前的牙輪128。當軸132被壓入到牙輪128中的位置時錐形導入工具186擴張卡環(huán)166。一旦組裝完成(即，卡環(huán)166接合軸132上的槽168)，錐形導入工具186被驅(qū)使出牙輪的小直徑端164。圖14示出一種替換的組裝方法，其中軸承單元174首先連接至軸132。在圖示的實施例中，軸承單元174被壓配合到軸132并且卡環(huán)166被設置在槽168內(nèi)以將軸承單元174固定在軸內(nèi)。漏斗狀工具188被用于按壓位于軸132的肩部150附近的第二卡環(huán)182使得它可以移動至以與牙輪128的中央腔172內(nèi)環(huán)形槽180接合。
[0035]參照圖14和15，示出牙輪的一個替換實施例。牙輪200具有與牙輪128類似的結(jié)構(gòu)部件。牙輪實施例之間的主要差別在于軸配置。牙輪200的軸202包括第一部分206，該第一部分206與第二部分206是可分離的。在圖示的實施例中，第二部分204包括帶螺紋的圓形凸臺，其配置成被螺紋連接到第一部分206內(nèi)的帶螺紋的孔。除去帶螺紋的孔，第一部分206具有與軸132的第一端152類似的特征。
[0036]在圖示的實施例中，第二部分204包括肩部210，肩部210保持并接合軸承組件160和鄰近肩部210的擴大的直徑部分208，肩部210蓋住并密封牙輪200的小直徑端。在圖示的實施例中，第二部分的遠端具有與軸132的第二端154的直徑相同的直徑，使得牙輪200和128可以互換。
[0037]牙輪200不包括與上述相同的包括卡環(huán)166的鎖止組件138。牙輪200的鎖止組件是軸202的兩個部分之間的帶螺紋的布置。通過螺紋卸下軸202并將軸拉出牙輪主體暴露卡環(huán)182，可以分解牙輪。移除卡環(huán)182允許從牙輪主體移除軸承組件。
[0038]上述說明、示例和數(shù)據(jù)提供本發(fā)明組成的制造和使用的全面說明。因為可以在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下作出本發(fā)明的許多實施方式，所述本發(fā)明由下附的權(quán)利要求確定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于回擴鉆頭的牙輪，所述牙輪包括: 牙輪主體，包括其上具有多個切齒的外表面、小直徑端、大直徑端以及中央腔； 軸，延伸進入牙輪主體的中央腔，所述軸包括蓋住牙輪主體的大直徑端的環(huán)形肩部； 軸承組件，定位在牙輪主體的中央部分和軸之間，所述軸承組件配置成使得牙輪主體圍繞軸自由轉(zhuǎn)動；以及 鎖止組件，配置成將所述軸保持在牙輪主體的中央腔內(nèi)，所述鎖止組件包括接合軸內(nèi)的環(huán)形槽的卡環(huán)、從徑向地進入軸的環(huán)形槽延伸至釋放孔的至少三個銷，其中釋放孔配置成接收配置成徑向向外驅(qū)使銷由此將卡環(huán)從軸內(nèi)的環(huán)形槽分離的工具。
2.如權(quán)利要求1所述的牙輪，其中軸延伸通過牙輪主體的大直徑端和小直徑端。
3.如權(quán)利要求1所述的牙輪，其中軸的環(huán)形肩部配置成密封牙輪主體的大直徑端。
4.如權(quán)利要求1所述的牙輪，還包括具有配置成被插入到釋放孔內(nèi)以徑向向外驅(qū)使銷的遠端的工具。
5.如權(quán)利要求1所述的牙輪，其中釋放孔提供用于輸送潤滑脂進入中央腔的管道。
6.如權(quán)利要求1所述的牙輪，其中卡環(huán)接合環(huán)形槽并且抵接軸承組件，由此將軸承組件保持在軸上。
7.如權(quán)利要求1所述的牙輪，還包括鄰近軸的環(huán)形肩部的第二卡環(huán)，所述第二卡環(huán)接合中央腔內(nèi)的環(huán)形槽并將軸承組件保持在中央腔內(nèi)。
8.一種回擴鉆頭，包括: 工具主體，包括配置成連接鉆柱的第一端和配置成連接應用裝置的第二端； 至少三個牙輪，經(jīng)由牙輪軸連接至工具主體，每個牙輪包括其上具有多個切齒的外表面；和 其中每個牙輪包括配置成將每個牙輪軸保持在牙輪中的鎖止組件，其中鎖止組件配置成通過將鎖釋放工具插入位于牙輪軸的端部上的孔而解鎖。
9.如權(quán)利要求8所述的回擴鉆頭，其中每個牙輪軸包括環(huán)形肩部，所述環(huán)形肩部配置成蓋住并密封牙輪內(nèi)接收牙輪軸的孔。
10.如權(quán)利要求8所述的回擴鉆頭，其中鎖止組件包括接合牙輪軸內(nèi)環(huán)形槽的卡環(huán)、從環(huán)形槽徑向地延伸進入牙輪軸并配置成在鎖釋放工具沿軸向方向插入位于牙輪軸端部的孔內(nèi)時使卡環(huán)擴張或擴大的至少三個銷。
11.如權(quán)利要求8所述的回擴鉆頭，還包括軸承組件，所述軸承組件包括被壓配合至軸的軸承滾道。
12.一種用于更換用于回擴鉆頭的開鑿裝置中的軸承的方法，所述方法包括下列步驟: 通過釋放鎖止組件從牙輪軸分離其上具有切齒的牙輪， 其中釋放鎖止組件的步驟包括將釋放工具插入牙輪軸的端部和將軸從牙輪偏壓出來。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中釋放鎖止組件的步驟包括移除位于牙輪軸的端部的潤滑脂蓋。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中釋放工具是具有錐形遠端的桿。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中將釋放工具插入牙輪的端部的步驟使配置成將牙輪軸保持在牙輪中的卡環(huán)擴張。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中牙輪軸包括第一端和第二端，其中第一端包括密封牙輪的端部的環(huán)形肩部，而第二端包括配置成接收釋放工具的孔。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在牙輪軸上壓配合新的軸承組件。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括通過使用漏斗狀件壓下鄰近軸的肩部的配置成接合牙輪內(nèi)環(huán)形槽的卡環(huán)，將具有新的軸承組件的牙輪軸滑入牙輪，以將新的軸承組件保持在牙輪內(nèi)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將新的軸承組件壓配合到牙輪內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用錐形導入端工具將牙輪軸推入容置在牙輪內(nèi)的新的軸承組件中，以使配置成接合牙輪軸上的環(huán)形槽的卡環(huán)擴張或擴大，以將牙輪軸保持至軸承組件。
21.一種用于回擴鉆頭的牙輪，所述牙輪包括: 牙輪主體，包括其上具有多個切齒的外表面、小直徑端、大直徑端以及中央腔； 軸，延伸進入牙輪主體的中央腔，所述軸包括蓋住牙輪主體的大直徑端的環(huán)形肩部，其中軸包括配置成連接第二端部分和從第二端部分分離的第一端部分； 軸承組件，定位在牙輪主體的中央部分和軸之間，所述軸承組件配置成使得牙輪主體圍繞軸自由轉(zhuǎn)動，其中軸承組件配置成當軸的第一端部分從軸的第二端部分分離時被從牙輪主體移除。`
【文檔編號】E21B10/573GK103857869SQ201280044659
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】約翰·P·馬赫, 蘭迪·R·朗魁斯特 申請人:維米爾制造公司