專利名稱：一種混合鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的講涉及一種混合鉆頭。
背景技術(shù)：
鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具。目前鉆井工程中所使用的三牙輪鉆頭包括鋼齒鉆頭(又稱銑齒鉆頭)和硬質(zhì)合金齒鉆頭(又稱鑲齒鉆頭)。鋼齒鉆頭是在牙輪坯體上直接銑出切削齒，齒的強(qiáng)度較低、耐磨性較差，一般用于軟地層；鑲齒鉆頭在牙輪體預(yù)留的齒孔內(nèi)鑲固硬質(zhì)合金牙齒(以下簡稱硬質(zhì)合金齒或牙齒)，硬質(zhì)合金齒的硬度和耐磨性明顯優(yōu)于鋼齒，一般用于較硬地層。三牙輪鉆頭主要以沖擊壓碎的形式破巖，即牙齒通過對巖石的沖擊、擠壓和伴有少量的滑移刮切來破碎巖石，其缺點是能量利用率不高，破巖效率較低，且鉆頭工作過程中，軸承受到的沖擊大，動載系數(shù)大。在結(jié)構(gòu)形式上，為了滿足鑲齒牙輪鉆頭沖壓破碎破巖工作方式的需要，現(xiàn)有鉆頭采用了以下三個技術(shù)手段:其一，現(xiàn)有鑲齒牙輪鉆頭上的牙齒的下部鑲固部分均為圓柱型，上部出露部分由下部圓柱向牙齒軸線逐漸收縮過渡，多為楔形或錐形，牙齒的齒頂寬度均明顯小于下部鑲固部分的直徑，以形成較尖銳的沖擊頭部。由于牙齒受的動載大，且牙齒尺寸相對較小，所以容易發(fā)生牙齒的整體或局部斷裂。其二，現(xiàn)有大多數(shù)鑲齒三牙輪鉆頭牙輪上牙齒的齒頂無偏轉(zhuǎn)(即齒頂偏轉(zhuǎn)角為0° )，也有少量鉆頭的部分齒圈的牙齒(切削齒)齒頂有偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角一般在50°以內(nèi)。牙齒的偏轉(zhuǎn)是為了迎合牙齒沖擊壓入巖石后的滑移刮切方向，以增加牙齒對巖石的滑移刮切效果(量)。其三，多數(shù)三牙輪鉆頭的牙輪存在偏移，其目的在于，偏移使牙輪在井底巖石上滾動破巖時無法發(fā)生純滾動，使牙輪上的牙齒破巖時滑移增大，偏移值越大牙輪上的牙齒滑移刮切越明顯。一種以切削方式破巖的輪式鉆頭(中國專利號:ZL 201010229375.7)提供一種大偏移角轉(zhuǎn)輪(盤刀)削結(jié)構(gòu)的刮切型鉆頭，鉆頭工作時盤刀上的切削齒輪流交替刮切破巖。一種以切削方式破巖的復(fù)合式鉆頭(中國專利號:ZL 201010229371.9)提供一種刮切型的復(fù)合式鉆頭，鉆頭由大偏移角盤刀和固定切削結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，在盤刀切削齒和固定切削齒的共同作用下，鉆頭在井底形成網(wǎng)狀的交叉刮切，交叉刮切能提高鉆頭的破巖效率。上述兩種鉆頭均為刮切(切削)型鉆頭，鉆頭破巖鉆進(jìn)的前提仍是切削齒能有效地吃入地層巖石。當(dāng)巖石很硬切削齒難以吃入巖石，或切削齒有磨損后難以吃入巖石時，此兩種鉆頭破的巖效率將降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:提供一種混合鉆頭，該鉆頭提出一種新的牙輪結(jié)構(gòu)形式，并與大偏移角的盤刀切削結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成新型混合結(jié)構(gòu)鉆頭。該混合鉆頭具有更高的破巖效率；牙輪工作平穩(wěn)，鉆頭工作穩(wěn)定性好，還具有更長的鉆頭牙齒和軸承的壽命，從而具有更長的鉆頭使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種混合鉆頭，包括鉆頭體、至少一個牙輪和至少一個盤刀，所述牙輪和盤刀分別通過軸承結(jié)構(gòu)與所述鉆頭體形成轉(zhuǎn)動連接，所述盤刀的偏移角的范圍為[20°，90° ]或[-90°，-20° ]，所述盤刀上設(shè)置有盤刀切削齒，所述牙輪上設(shè)有橫鑲齒，且橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是70。( I α I彡90。。牙齒的結(jié)構(gòu)是影響牙輪鉆頭鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵因素之一。鑲齒牙輪鉆頭的牙齒與牙輪上的齒孔通常采用過盈配合(或鑲焊等)方式鑲固在牙輪上。牙齒的下部與牙輪齒孔形成過盈配合(該部分稱為牙齒的鑲固部分)，牙齒與齒孔形成過盈配合的表面一般為圓柱面；牙齒的上部位于牙輪殼體的表面之外，用于直接接觸、破碎巖石(該部分稱為牙齒的工作部分，也稱為牙齒的冠部或頭部)，通常情況下，牙齒冠部的徑向(垂直于牙齒軸線方向，平行牙齒下部圓柱的直徑方向)尺寸小于鑲固部分的圓柱直徑。牙齒鑲固部分的尺寸(直徑和高度)和過盈量是決定固齒強(qiáng)度的關(guān)鍵，而牙齒冠部的形狀和尺寸則是決定牙齒工作性能的關(guān)鍵。通常所謂的“齒型”或“齒形”就是指依據(jù)牙齒冠部形狀和尺寸的特征而對牙齒作的分類。常見的牙齒齒型(或齒形)包括球形齒、錐形齒、楔形齒、勺形齒、偏心勺形齒、邊楔齒等。依據(jù)牙齒冠部幾何形體主要特征的不同，可以將牙齒分為回轉(zhuǎn)體類牙齒和非回轉(zhuǎn)體類牙齒兩大類?；剞D(zhuǎn)體類牙齒的冠部表面為與牙齒中心線同軸的回轉(zhuǎn)曲面，如球形齒和錐形齒。若牙齒的冠部表面為非回轉(zhuǎn)曲面，或雖為回轉(zhuǎn)曲面但其回轉(zhuǎn)中心與牙齒中心不同軸，這樣的牙齒均為非回轉(zhuǎn)體類牙齒，如楔形齒、勺形齒、偏心勺形齒和邊楔齒等。表征牙齒冠部形狀和尺寸的主要參數(shù)為牙齒的出露高度h、牙齒的齒頂寬度W和牙齒的齒頂厚度T (見圖38)。出露高度h是指牙齒出露于牙輪殼體表面之外的高度，簡稱出露高度或齒高；牙齒的齒頂寬度W是指牙齒的齒頂區(qū)域在垂直于牙齒軸線的平面內(nèi)的最大橫向尺寸，簡稱齒頂寬度；牙齒的厚度T是指牙齒齒頂區(qū)域在垂直于牙齒寬度方向的最大橫向尺寸，簡稱齒頂厚度。齒頂寬度和齒頂厚度代表了牙齒頂部的橫向尺寸，橫向尺寸越小，牙齒越尖銳、越容易侵 入巖石，但同時也越容易發(fā)生強(qiáng)度失效。就對牙齒破巖效率的影響而言，牙齒的寬度具有比較特殊的意義，原因在于:盡管牙輪鉆頭主要以壓碎作用破碎巖石，但鉆頭牙齒在與巖石接觸時的相對滑移運動可使牙齒產(chǎn)生刮切破巖的效果，此時，牙齒的寬度越大，刮切時掃過的面積就越大，刮切破巖的效果也就越明顯。鑲齒牙輪鉆頭的牙齒一般多按照齒頂寬方向與牙輪母線平行的方向鑲固(如圖39中的齒5)。也可先分析預(yù)測牙齒刮切運動的方向，然后按照齒頂寬與刮切運動方向相垂直或接近垂直的方向鑲固牙齒(如圖39中的齒6)。然而，由于牙齒冠部形狀的特殊性，牙齒“齒頂區(qū)域”的概念具有一定的模糊性，因而需要加以具體的約定，以達(dá)到對各種形狀的牙齒都能按照統(tǒng)一的方法度量齒頂寬度和齒頂厚度的目的。為此，特作約定如下:N為一自然數(shù)，在縱向距牙齒冠部最高點h/N的位置做一個垂直于牙齒軸線的平面P (見圖38)，牙齒上由該平面至牙齒冠部最高點之間的區(qū)域為牙齒的N分齒頂區(qū)域。在牙齒的N分齒頂區(qū)域內(nèi)，垂直于牙齒軸線的最大橫向尺寸，為牙齒的N分齒頂寬度(也即:牙齒的N分齒頂區(qū)域在平面P上投影的最大寬度);最大橫向尺寸在P平面上所對應(yīng)的方向為齒頂齒寬方向；該齒頂區(qū)域在垂直于齒頂寬度方向上的最大橫向尺寸，為牙齒的N分齒頂厚度。在圖38中，標(biāo)明了楔形齒的4分齒頂區(qū)域(P平面至牙齒頂部最高點之間的區(qū)域)、4分齒頂寬度W、齒頂寬度方向以及4分齒頂厚度T。通常情況下，牙齒冠部的形狀都是由根部到頂部越來越尖銳，所以在平面P上的牙齒橫截面寬度/厚度，就等于牙齒的N分齒頂寬度/厚度。由定義可知，齒頂寬度和齒頂厚度的區(qū)別只對非回轉(zhuǎn)體類牙齒才有意義。牙齒的橫向長度，是指牙齒垂直于牙齒軸線的最大橫向尺寸，也即，牙齒在垂直于牙齒軸線平面上投影的最大長度；牙齒的橫向?qū)挾?，是指垂直于牙齒軸線且垂直于牙齒橫向長度方向的最大橫向尺寸。如圖15、18所示，橫鑲齒在垂直于橫鑲齒軸線平面上的投影的最大長度LI即為橫鑲齒的橫向長度,與最大長度LI方向垂直的最大橫向尺寸Wl即為橫鑲齒的橫向?qū)挾取，F(xiàn)有鑲齒牙輪鉆頭上的牙齒的上部出露部分，均為從下部齒柱開始逐漸向上收縮的尖頭部，牙齒的齒頂寬度均明顯小于下部齒柱的直徑。齒頂偏轉(zhuǎn)角是指齒頂線(平行于牙齒的齒頂寬度方向，通過齒頂最高點或最高區(qū)域的中心，且與牙齒軸線相垂直的直線段)與牙齒所在牙輪的輪錐母線(輪錐面上與牙齒軸線相交的母線)的夾角(如圖3、圖38所示的角α )，一般指齒頂線與輪錐母線所成的銳角或直角。本說明書中規(guī)定:從齒頂沿牙齒軸線方向向牙輪體看，齒頂線相對牙輪的輪錐母線逆時針偏轉(zhuǎn)時為正偏轉(zhuǎn)，反之則為負(fù)偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有大多數(shù)牙輪鉆頭牙輪上的切削齒的齒頂無偏轉(zhuǎn)(即齒頂偏轉(zhuǎn)角為0° )，或有少量鉆頭的部分齒圈的牙齒齒頂有偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角一般在50°以內(nèi)。本發(fā)明中的牙齒具有較大的齒頂偏轉(zhuǎn)角，且牙齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是70° ( I α I <90°，本說明書中規(guī)定，將此種齒頂偏轉(zhuǎn)角范圍的牙齒稱為橫鑲齒。牙輪的偏移是指:牙輪的極軸面(過牙輪軸線且平行于鉆頭軸線的平面)相對鉆頭中心線的偏移距離。如圖40所示，為沿鉆頭鉆進(jìn)方向(沿鉆頭軸線從鉆頭螺紋端向牙輪端)看時，鉆頭牙輪在垂直于鉆頭軸線的平面上的投影示意圖，圖中牙輪的軸線投影與鉆頭中心之間的距離S即為鉆頭偏移值。多數(shù)三牙輪鉆頭的牙輪存在偏移，其目的在于，偏移使牙輪在井底巖石上滾動破巖時無法發(fā)生純滾動，使牙輪上的牙齒破巖時滑移增大，偏移值越大牙輪上的牙齒滑移刮切越明顯?；旌香@頭上的牙輪的破巖方式與普通牙輪鉆頭有明顯區(qū)別?；旌香@頭的牙輪上采用橫鑲齒，橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍在70° 90°或-90° -70°之間。該技術(shù)特征使同齒圈上的相鄰橫鑲齒間的空當(dāng)間隔大大減小，減小了齒圈的不連續(xù)性，具有大齒頂偏轉(zhuǎn)角的橫鑲齒形成一個個接近完整圓形的齒盤，大大增強(qiáng)了牙輪牙齒交替破巖過程的平穩(wěn)性，使牙輪工作時滾動平穩(wěn)，縱向振動小。這樣，每個橫鑲齒接觸井底巖石的時間顯著增加，沖擊效應(yīng)顯著降低，實現(xiàn)牙輪上的橫鑲齒以接近靜壓的方式壓碾、劈裂破碎巖石(暫將此種牙輪稱為靜壓式牙輪)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
(O混合鉆頭能明顯提高鉆頭在較硬地層中的破巖效率。首先，靜壓式牙輪有利于盤刀破巖效率的提高。輪式(盤刀)鉆頭在較硬巖層鉆進(jìn)時遇到的難題之一是切削齒(一般是PDC齒)吃入巖石的難度高，特別是當(dāng)PDC齒發(fā)生磨損時，吃入巖石更加困難，因而鉆頭鉆速很低?；旌香@頭能很好地解決這一問題?；旌香@頭由靜壓式牙輪和刮切破巖型盤刀混合而成。靜壓式牙輪以近似靜壓的方式壓碾、劈裂破巖，其上的齒圈在井底巖石上碾壓出一圈圈的破碎坑、槽，使固井底刮切面變得凸凹不平，這樣，盤刀上的切削齒就不必完全依靠鉆壓強(qiáng)力吃入井底巖石，而是能夠自然而然地吃入巖石、刮切破巖。而牙輪以近似靜壓的方式壓碾、劈裂破巖，不僅會形成破碎坑、槽，還會在破碎槽的底部及周邊未破碎的巖石上碾壓出破損裂紋和擴(kuò)展裂紋。已形成的碾壓破碎坑、槽和裂紋，使盤刀上的盤刀切削齒更易于吃入井底巖石和刮切破巖。其次，盤刀也有利于牙輪破巖效率的提高。盤刀切削結(jié)構(gòu)在井底刮切出一條條螺旋形的刮痕，刮痕與刮痕之間形成凸起的螺旋形巖脊，凸起的巖脊極有利于牙輪的碾壓、劈裂破碎。如圖4所示，盤刀的螺旋刮切破巖與牙輪同心圓形的碾壓、劈裂破巖相結(jié)合，兩種破碎痕跡相交叉(圖4中的7為盤刀的螺旋刮痕，圖4中的6為牙輪的碾壓、劈裂破碎痕)，極有利于巖石的破碎，兩種破巖方式相互配合相互促進(jìn)，優(yōu)勢互補(bǔ)，既有利于盤刀破巖效率的提高，又有利于牙輪破巖效率的提高。因此，混合鉆頭兩種破巖方式的有機(jī)結(jié)合能明顯提高鉆頭的破巖效率，特別是有利于鉆頭在較硬地層中鉆進(jìn)效率的提高。(2)混合鉆頭能延長盤刀切削齒、牙輪牙齒及軸承的使用壽命,從而延長鉆頭使用壽命。常規(guī)鑲齒牙輪鉆頭的牙輪均以沖擊壓碎方式破巖，牙輪上的牙齒頭部尖而窄，牙輪工作過程中牙齒接觸井底巖石的時間很短，牙輪在牙齒交替工作過程中會產(chǎn)生較強(qiáng)的上下振動(縱向振動)，牙齒、牙輪及軸承所受的沖擊載荷及載荷波動均很大，牙輪上的牙齒斷裂、掉落及牙輪軸承的損壞是鉆頭失效的主要常見形式。牙齒、軸承的工作壽命對牙輪鉆頭的整體壽命形成了明顯的制約?；旌香@頭牙輪上的橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角較大，牙輪上的牙齒交替破巖平穩(wěn)，牙輪工作平穩(wěn)，縱向振動小，能明顯改善牙輪牙齒及軸承的工況，延長牙齒及軸承使用壽命。同時，本發(fā)明牙輪上的牙齒在井底碾壓、劈裂出破碎槽、坑和裂紋，盤刀上的切削齒以螺旋狀軌跡刮切破巖，螺旋狀刮切軌跡與同心圓形的碾壓、劈裂破碎痕交叉，將盤刀上的盤刀切削齒連續(xù)的刮切過程變?yōu)閿嗬m(xù)的切巖過程，有利于盤刀切削齒的冷卻和減少盤刀切削齒的溫升，提高盤刀切削齒的使用壽命。因此，混合鉆頭能延長盤刀切削齒、牙輪牙齒及軸承的使用壽命，從而延長鉆頭使用壽命。(3)本發(fā)明牙輪上的橫鑲齒的牙齒齒頂線垂直于或接近垂直于牙輪母線，從而能在實現(xiàn)碾壓、劈裂破碎巖石的同時，顯著降低牙齒相對于井底巖石的滑移。本發(fā)明牙齒與巖石的互作用方式及破巖機(jī)理與常規(guī)牙輪鉆頭相比發(fā)生了明顯的改變，其全新的布齒方式和破巖方式，減小了牙輪上的牙齒對巖石的沖擊和滑移刮切，能明顯改善牙齒的受力情況和磨損，提高牙齒的壽命，特別適宜于在研磨性強(qiáng)的硬地層鉆進(jìn)。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的4分齒頂寬度不小于橫鑲齒的橫向長度的80%。上述方案中，橫鑲齒的齒頂寬度越長，齒圈的連續(xù)性越好，橫鑲齒的4分齒頂寬度不小于其橫向長度的80%，使同齒圈上的相鄰鑲齒間的空當(dāng)間隔大大減小,減小了齒圈的不連續(xù)性，實現(xiàn)齒圈牙齒良好地以滾動碾壓、劈裂的方式破碎巖石，上述有益效果更好。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是80° ( I α | <90°。橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是80° ( I α | <90°，能使齒圈上相鄰齒間的空當(dāng)間隔更小，減小齒圈的不連續(xù)性，齒圈的齒頂輪廓更接近于圓形，上述有益效果更好。更優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α=90°。在鉆頭其他幾何參數(shù)不變，牙齒尺寸也不變時，齒頂偏轉(zhuǎn)角α=90°能使齒間空當(dāng)最小，齒圈的連續(xù)性最好，齒圈的齒頂輪廓最接近于圓形，上述有益效果最好。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的鑲固部分的橫斷面輪廓為非圓形。橫鑲齒的鑲固部分的橫斷面輪廓為非圓形，下部鑲固部分可沿齒頂寬度方向加長，以適應(yīng)齒頂寬度的增加，改善齒頂寬度增加后下部鑲固部分的受力，可提高牙齒與牙輪齒孔之間的鑲固可靠度，便于齒頂寬度的增加，有利于前述以接近靜壓的方式壓碾、劈裂破巖目的的實現(xiàn)。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于牙齒軸線的齒狀直紋條(簡稱條齒)，且橫鑲齒通過鑲固部分柱面上的條齒嵌入牙輪齒孔壁的方式，或條齒與牙輪齒孔形成多點接觸式的過盈配合方式鑲固于牙輪的齒孔內(nèi)。如圖26，橫鑲齒的下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有多個平行于牙齒軸線的條齒，分布在鑲固部分柱面上的條齒呈鋸齒狀，與直齒輪的輪齒相似。當(dāng)牙齒鑲固部分的柱面上設(shè)置有條齒時，鑲固部分的橫斷面輪廓是指由各條齒的頂點所形成的包絡(luò)線的輪廓。牙齒鑲固部分的橫斷面輪廓的形狀與牙輪齒孔形狀相似，但徑向尺寸大于牙輪齒孔的徑向尺寸。當(dāng)兩者徑向尺寸的偏差較大時(特別是當(dāng)條齒頂部較尖銳時)，在牙齒壓入牙輪齒孔的過程中，條齒會嵌入或侵入齒孔的孔壁，從而實現(xiàn)牙齒的鑲固；當(dāng)兩者徑向尺寸的偏差較小時(特別是當(dāng)條齒頂部較鈍時)，在牙齒壓入牙輪齒孔的過程中，各條齒的頂部與齒孔的孔壁形成多點接觸式的過盈配合，這樣也可實現(xiàn)牙齒的鑲固?，F(xiàn)有鑲齒牙輪鉆頭牙輪上的牙齒下部鑲固部分均為圓柱形，牙齒通過面接觸過盈配合方式鑲固于牙輪上，牙齒與牙輪齒孔間的過盈配合量要求非常高，過盈量決定牙齒鑲固的強(qiáng)度和可靠性。過盈量太大將引起牙輪齒孔變形過大，易引起牙輪齒孔開裂，影響固齒強(qiáng)度、固齒可靠性和牙輪殼體強(qiáng)度；過盈量太小，固齒強(qiáng)度不夠，牙齒鑲固不牢，可靠性低。因此，這種鑲固方式對齒孔與牙齒柱面的尺寸精度、公差要求和表面粗糙度等加工質(zhì)量要求均較高，為便于加工及保證鑲固質(zhì)量，一般過盈配合均采用圓柱形，牙齒均需進(jìn)行精磨加工。為便于增加齒頂寬度，本發(fā)明的橫鑲齒的下部鑲固部分的橫斷面輪廓為非圓形，為保證鑲嵌可靠度和鑲嵌質(zhì)量，牙齒的鑲固部分的柱面上設(shè)有條齒，采用嵌入或多點接觸過盈配合的方式鑲固于牙輪的齒孔內(nèi)。采用這種方式固齒，對牙齒與齒孔的徑向尺寸差(過盈量)、形位精度以及表面質(zhì)量的寬容度明顯增大，可大大降低牙齒及齒孔的加工尺寸(精度、公差)要求、表面粗糙度等加工質(zhì)量要求，易于實現(xiàn)牙齒非圓形柱狀制造成型，同時也能保證牙齒的鑲嵌可靠度和鑲嵌質(zhì)量。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的4分齒頂寬度等于橫鑲齒的橫向長度。根據(jù)前述的定義，牙齒的橫向長度是指牙齒垂直于牙齒軸線的最大橫向尺寸。橫鑲齒的4分齒頂寬度W等于橫鑲齒的橫向長度LI，即橫鑲齒的4分齒頂寬度W就為橫鑲齒的最大橫向尺寸LI。這分兩種情況，一是橫鑲齒的4分齒頂寬度W與4分齒頂區(qū)域以下部分的橫向最大尺寸相等，二是橫鑲齒的4分齒頂寬度W大于4分齒頂區(qū)域以下部分的橫向最大尺寸。當(dāng)齒頂寬度W等于橫向長度LI時，便于牙齒外表面的精加工，生產(chǎn)制造時易于對牙齒與牙輪齒孔之間過盈量的控制；便于控制牙齒的加工尺寸和牙齒的鑲固質(zhì)量。當(dāng)橫鑲齒的齒頂寬度W大于4分齒頂區(qū)域以下部分的橫向最大尺寸時，進(jìn)一步突破現(xiàn)有技術(shù)牙齒尖銳形式的慣性思維，形成一上大下小的類似蘑菇狀。較大的齒頂寬度能明顯減小齒圈相鄰齒的空當(dāng)間隔和齒圈的不連續(xù)性，齒圈的齒頂輪廓更接近于圓形，更便于牙輪上的牙齒以滾動碾壓、劈裂方式作用于巖石，易于達(dá)到以靜壓方式壓碾、劈裂破巖的效果。該結(jié)構(gòu)的橫鑲齒可在不增加鑲固部分尺寸、牙輪齒孔尺寸，及不減小牙輪齒孔間的間距的前提下達(dá)到增大齒頂寬度的目的，其在保證了牙齒鑲固可靠度的同時還保證了牙輪殼體的強(qiáng)度。該結(jié)構(gòu)的橫鑲齒有眾多的結(jié)構(gòu)形式，其中有較佳的結(jié)構(gòu):本發(fā)明該結(jié)構(gòu)橫鑲齒的一種，橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡。這種下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡過渡的橫鑲齒，其臺階面可坐壓在牙輪齒孔的孔口面上，使牙齒工作時的軸向壓力通過齒孔孔口面來承擔(dān)，不再由齒孔低的牙輪殼體來承擔(dān)。這樣，牙齒工作時作用于牙輪殼體的載荷將大大改善，能明顯提高牙輪體的載荷分布均勻度和殼體的可靠性及安全性；或，可減小牙輪齒孔孔底與牙輪內(nèi)軸承孔之間的厚度，從而增大牙輪內(nèi)軸承孔的尺寸，即增大牙輪內(nèi)軸承的尺寸，提高牙輪軸承的強(qiáng)度和使用壽命，進(jìn)而延長鉆頭使用壽命。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的4分齒頂厚度不大于橫鑲齒的橫向?qū)挾鹊?5%。橫鑲齒的4分齒頂厚度不大于橫鑲齒的橫向?qū)挾萕l的25%,即橫鑲齒的齒頂厚度較小，在該臨界值下，更有利于牙齒滾動碾壓時對巖石的擠壓劈裂作用，提高鉆頭牙輪的破巖效率，特別是對高硬度難鉆地層，破巖效果更好，從而提高混合鉆頭的破巖效率。作為優(yōu)選，所述鉆頭上的每個牙輪的偏移值不大于鉆頭直徑的1.5%。牙輪的偏移值越大，牙輪越不易發(fā)生純滾動，牙輪上的牙齒破巖時滑移刮切越明顯，牙齒磨損越大。牙輪的偏移值不大于鉆頭直徑的1.5%，該臨界值下的牙輪的偏移值，使齒圈及牙輪以純滾動或更接近純滾動的形式滾動工作，更有利于齒圈及牙輪以滾動碾壓、劈裂的方式破碎巖石；同時，還能減少牙輪上牙齒的滑移刮切，減少牙齒的磨損，延長牙齒使用壽命。牙輪上的橫鑲齒的齒頂線垂直于或接近垂直于牙輪母線，同時牙輪的偏移值很小，在實現(xiàn)碾壓、劈裂破碎巖石的同時，還能顯著降低牙齒相對于井底巖石的滑移。作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是85° ( | α | <90°，且鉆頭上牙輪的偏移值不大于鉆頭直徑的0.5%。理論上來說，鉆頭牙輪上橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角越接近90°、牙輪的偏移值越小，齒圈的連續(xù)性越好、齒圈的齒頂輪廓越接近于圓形。在該方案的各參數(shù)的組合臨界值之上，最有利于牙輪的平穩(wěn)工作，減少牙齒的沖擊載荷，降低牙輪工作時的載荷波動；同時最有利于牙輪齒圈以靜壓方式壓碾、劈裂破巖，破巖效率最高，并顯著提高軸承和牙齒的壽命，混合鉆頭破巖效率高。更優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α=90°，且鉆頭上牙輪不偏移(偏移值為O)。齒頂偏轉(zhuǎn)角α=90°、牙輪不偏移,是實現(xiàn)齒圈及牙輪以純滾動(或接近純滾動)碾壓、劈裂破碎巖石的極優(yōu)參數(shù)，鉆頭破巖效率高。作為優(yōu)選，所述鉆頭體上設(shè)置有包含固定切削齒的固定切削結(jié)構(gòu)。上述方案中，混合鉆頭由鑲有橫鑲齒的靜壓式牙輪、設(shè)置有盤刀切削齒的盤刀、以及固定切削結(jié)構(gòu)復(fù)合而成。增設(shè)的固定切削結(jié)構(gòu)以刮切形式破巖，在井底形成圓環(huán)形刮切痕跡，其配合盤刀的螺旋刮痕和靜壓式牙輪的圓環(huán)形破碎槽，三種破巖軌跡相互交叉促進(jìn)更有益于鉆頭破巖效率的提高。此外，增加的固定切削結(jié)構(gòu)的還能明顯提高鉆頭切削齒的布齒數(shù)量和密度，從而增強(qiáng)鉆頭的持久鉆進(jìn)能力和抗磨損能力，特別有利于鉆頭在硬地層及研磨性硬地層的應(yīng)用。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的下部鑲固部分的橫截面的輪廓由兩邊圓弧中間直線段連接而成，即為鍵形。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的下部鑲固部分的橫截面的輪廓為兩端圓弧中間由圓弧段連接而成。
上述兩方案中，這兩種輪廓的柱面較其他非圓形輪廓的柱面加工難度要低，加工時易于操作和實現(xiàn)，工藝性好。它們所對應(yīng)的齒孔也易于銑削加工，加工工藝性好。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂為沿齒的軸線方向向上凸起的弧形。橫鑲齒的齒頂采用弧形時，同一齒圈上的橫鑲齒的齒頂所組成的齒圈(輪廓)更接近圓形，有利于牙輪的平穩(wěn)滾動，減少牙齒的沖擊載荷，降低牙輪工作時的載荷波動，有利于牙輪齒圈以靜壓方式壓碾、劈裂破巖，有利于提高軸承和齒面的壽命。作為優(yōu)選，所述牙輪上不同齒圈的橫鑲齒全部或部分交錯布置。牙輪為旋轉(zhuǎn)錐形體，牙輪在井底滾動破巖時，各齒圈上的切削齒從一顆滾動輪換到另一顆，相鄰齒圈的橫鑲齒交錯布置，相鄰齒圈上的齒能相互彌補(bǔ)齒圈因同齒圈鑲齒間間隔空當(dāng)引起的齒圈不圓度，使牙輪滾動更平穩(wěn)，減少牙齒的沖擊載荷，降低牙輪工作時的載荷波動，有利于牙輪齒圈以靜壓方式壓碾、劈裂破巖，有利于提高軸承和齒面的壽命。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒的齒頂順著齒頂線方向的輪廓線沿齒的軸線方向的投影為圓弧形。由于牙輪齒圈上的牙齒軸線往往與牙輪軸線不垂直，特別是靠近牙輪尖部的齒圈牙齒的軸線與牙輪軸線夾角較小，當(dāng)齒圈周長較小，齒圈上齒數(shù)較少時，齒圈圓度較差。將橫鑲齒的齒頂順著齒頂線方向的輪廓線沿齒的軸線方向的投影設(shè)計為圓弧形，能改善齒圈的圓度，使齒圈(輪廓)更接近于圓形，有利于牙輪的平穩(wěn)滾動，減少牙齒的沖擊載荷，降低牙輪工作時的載荷波動，有利于牙輪齒圈以靜壓方式壓碾、劈裂破巖，有利于提高軸承和齒面的壽命。作為優(yōu)選，所示橫鑲齒的齒頂兩端(沿齒頂寬的兩端)設(shè)有倒圓角或倒角。上述方案中，橫鑲齒的齒頂兩端如不設(shè)倒圓角或倒角過渡過渡，齒頂兩端將為尖角，牙齒與巖石作用破巖時，尖角處易形成應(yīng)力集中，易使齒頂端部疲勞損壞或局部斷裂。齒頂兩端設(shè)倒圓角或倒角，能有效改善齒頂端部的應(yīng)力分配降低應(yīng)力集中，延長牙齒使用壽命。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒沿齒頂厚方向上的兩個側(cè)面為內(nèi)凹曲面。牙輪牙齒沿齒頂厚方向上的兩個側(cè)面為內(nèi)凹曲面，在縱向(沿牙齒軸線方向)上牙齒齒頂厚度較小，從齒頂往下齒厚的增加緩慢，其有利于牙齒碾壓、壓入巖石，并有利于牙齒壓入后對巖石的擠壓劈裂作用；且其有利于牙齒在磨損時減緩牙齒齒頂厚度的增大，使牙輪牙齒持續(xù)保持較小的齒頂厚，延長牙輪牙齒對巖石的壓入、擠壓、劈裂破碎效果。作為優(yōu)選，所述橫鑲齒可以為硬質(zhì)合金齒、金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒、孕鑲金剛石齒、或熱穩(wěn)定聚晶金剛石齒等。


圖1為本發(fā)明混合鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明圖1所示結(jié)構(gòu)沿鉆頭軸線俯視(逆鉆頭鉆進(jìn)方向看)時的視圖，即俯視圖。圖3為本發(fā)明混合鉆頭的牙輪上橫鑲齒的齒頂線與牙輪的輪錐母線夾角(齒頂偏轉(zhuǎn)角)α的示意圖。圖4為本發(fā)明混合鉆頭的牙輪上的橫鑲齒與盤刀切削齒共同作用時在井底形成的交叉破碎痕示意圖。圖5為本發(fā)明混合鉆頭上增設(shè)固定切削結(jié)構(gòu)(固定翼)時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5所示結(jié)構(gòu)沿鉆頭的俯視圖。圖7為本發(fā)明圖5所示結(jié)構(gòu)鉆頭的牙輪沿牙輪軸線從牙輪尖部向牙輪底看時的示意圖。圖8為本發(fā)明混合鉆頭上設(shè)置三固定翼固定切削結(jié)構(gòu)和一牙輪、兩盤刀時的鉆頭俯視圖。圖9為本發(fā)明的橫鑲齒下部鑲固部分為圓柱形，橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后，沿牙齒下部鑲固部分的橫截面剖切時的局部剖視圖。圖10為本發(fā)明的橫鑲齒下部鑲固部分的橫截面的輪廓為鍵形，橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后，沿牙齒下部鑲固部分的橫截面剖切時的局部剖視圖。圖11為本發(fā)明的橫鑲齒下部鑲固部分的橫截面的輪廓為兩端圓弧中間由圓弧段連接而成，橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后，沿牙齒下部鑲固部分的橫截面剖切時的局部剖視圖。圖12為本發(fā)明的橫鑲齒4分齒頂寬度等于橫鑲齒橫向長度(下部鑲固部分的圓柱直徑)時橫鑲齒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為圖12所示橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖14為本發(fā)明的橫鑲齒4分齒頂寬度等于橫鑲齒橫向長度(橫鑲齒鑲固部分的橫截面的輪廓為非圓形)時的橫鑲齒結(jié)構(gòu)示意圖。圖15為圖14所示橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖16為圖12或圖14所示橫鑲齒鑲固于牙齒孔后,沿牙齒軸線剖切時的局部剖視圖。圖17為本發(fā)明蘑燕狀橫鑲齒的一種,橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為圓形時的橫鑲齒示意圖。圖18為圖17所示橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖19為本發(fā)明蘑燕狀橫鑲齒的一種,橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為鍵形時的橫鑲齒示意圖。圖20為圖19所示橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖21為本發(fā)明蘑燕狀橫鑲齒的一種，橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為鍵形，下部鑲固部分橫截面輪廓為鍵形時的橫鑲齒示意圖。圖22為圖21所示異型橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖23為本發(fā)明蘑燕狀橫鑲齒的一種,橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為圓形，下部鑲固部分橫截面輪廓為鍵形時的異型橫鑲齒示意圖。圖24為圖23所示橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖25為圖17、圖19、圖21或圖23所示蘑菇狀橫鑲齒鑲固于牙齒孔后,沿牙齒軸線剖切時的局部剖視圖。圖26為本發(fā)明橫鑲齒的下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于橫鑲齒的軸線的齒狀直條(簡稱條齒)，鑲固部分橫斷面及橫斷面輪廓(條齒凸頂輪廓)的示意圖。圖27為本發(fā)明橫鑲齒的下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于橫鑲齒的軸線的條齒，橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后，垂直牙齒軸線剖切時的局部剖視圖。
圖28為本發(fā)明橫鑲齒的下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于橫鑲齒的軸線的條齒，橫鑲齒齒頂長度等于齒的下部鑲固部分長度時的橫鑲齒結(jié)構(gòu)不意圖。圖29為圖28所示橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后，沿牙齒軸線剖切時的局部剖視圖。圖30為本發(fā)明蘑菇狀橫鑲齒的一種，下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于橫鑲齒的軸線的條齒，橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為鍵形時的橫鑲齒示意圖。圖31為本發(fā)明蘑菇狀橫鑲齒的一種，下部鑲固部分的柱面上設(shè)置有平行于橫鑲齒的軸線的條齒，橫鑲齒的下部鑲固部分與上部出露部分經(jīng)臺階過渡，臺階面輪廓為圓形時的橫鑲齒示意圖。圖32為圖30或圖31所示橫鑲齒鑲固于牙輪齒孔后,沿牙齒軸線剖切時的局部剖視圖。圖33為橫鑲齒以條齒嵌入牙輪齒孔壁的方式鑲固于牙輪齒孔內(nèi)的示意圖。圖34為橫鑲齒以條齒與牙輪齒孔形成多點接觸式的過盈配合方式鑲固于牙輪齒孔內(nèi)的不意圖。圖35為本發(fā)明牙輪上采用橫鑲齒上部出露部分的輪廓為鍵形時的牙輪示意圖。圖36為本發(fā)明橫鑲齒的齒頂順著齒頂線方向的輪廓線沿齒的軸線方向的投影為圓弧形，橫鑲齒沿牙齒軸線從牙齒頂部向齒底看時的示意圖。圖37為本發(fā)明的橫鑲齒沿齒頂厚方向上的兩個側(cè)面為內(nèi)凹曲面,沿牙齒齒頂寬度方向看時的牙齒示意圖。圖38為牙齒4分齒頂寬度W及厚度T (以楔形齒為例)示意圖。圖39為現(xiàn)有普通牙輪鉆頭上的鑲齒的齒頂無偏轉(zhuǎn)鑲固或齒頂有較小偏轉(zhuǎn)角(I α I < 50。)鑲固時的示意圖。圖40為鉆頭上的牙輪偏移時的示意圖。
具體實施例方式如圖1至圖40所示，下列非限制性實施例用于說明本發(fā)明。本發(fā)明方案的每一橫鑲齒均可實現(xiàn)其作用，為了便于示例，每一牙輪的各齒圈均為橫鑲齒，其并不代表與基本例以及其他優(yōu)選例的沖突，僅為直觀示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不
存在理解障礙。實施例1:如圖1至4所示，一種混合鉆頭，包括鉆頭體1、至少一個牙輪2和至少一個盤刀5，牙輪2和盤刀5分別通過軸承結(jié)構(gòu)與鉆頭體I形成轉(zhuǎn)動連接,盤刀5的偏移角的范圍為[20° ,90° ]或[-90°，-20° ]，盤刀5上設(shè)置有盤刀切削齒51，牙輪2上設(shè)有橫鑲齒3,且橫鑲齒3的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是70° < I α I <90°。作為優(yōu)選,橫鑲齒3可以為硬質(zhì)合金齒、金剛石做表面加強(qiáng)的硬質(zhì)合金齒、孕鑲金剛石齒、或熱穩(wěn)定聚晶金剛石齒等。如圖1、2所示，圖中，混合鉆頭上設(shè)置一牙輪和兩盤刀。實施例2:如圖5至8所示，本實施例與實施例1基本相同，其區(qū)別在于:鉆頭體I上還設(shè)置有包含固定切削齒41的固定切削結(jié)構(gòu)4。如圖5至7所示，圖中，混合鉆頭上設(shè)置兩固定翼固定切削結(jié)構(gòu)和一牙輪、一盤刀，兩固定翼與牙輪、盤刀相間布置。如圖8所示，混合鉆頭上設(shè)置三固定翼固定切削結(jié)構(gòu)和一牙輪、兩盤刀，三固定翼和牙輪、盤刀相間布置。
實施例3:本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的4分齒頂寬度不小于橫鑲齒3的橫向長度LI的80%。更優(yōu)選,橫鑲齒3的4分齒頂寬度等于橫鑲齒3的橫向長度，如圖14至25所不。即，橫鑲齒的4分齒頂寬度W與4分齒頂區(qū)域以下部分的橫向最大尺寸相等，或，橫鑲齒的4分齒頂寬度W大于4分齒頂區(qū)域以下部分的橫向最大尺寸，此時形成一上大下小的類似蘑菇狀。圖17、18、23、24所示為本發(fā)明蘑菇狀橫鑲齒3的一種，橫鑲齒3的下部鑲固部分31與上部出露部分經(jīng)臺階過度，臺階面邊緣輪廓為圓形。圖19至22所不為本發(fā)明蘑燕狀橫鑲齒3的一種,橫鑲齒3的下部鑲固部分31與上部出露部分經(jīng)臺階過度，臺階面邊緣輪廓為鍵形。實施例4:本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的4分齒頂厚度不大于橫鑲齒3的橫向?qū)挾鹊?5%。實施例5:如圖40所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:鉆頭體I上的每個牙輪2的偏移值不大于鉆頭直徑的1.5%。實施例6:本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:牙輪2上不同齒圈的橫鑲齒3全部或部分交錯布置。如圖7所示，內(nèi)外齒圈橫鑲齒全部交錯布置。實施例7:本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的鑲固部分31的橫斷面輪廓為非圓形。作為優(yōu)選，橫鑲齒3的下部鑲固部分31的橫截面的輪廓由兩邊圓弧中間直線段連接而成，即為鍵形，如圖10所示。或者，橫鑲齒3的下部鑲固部分31的橫截面的輪廓為兩端圓弧中間由圓弧段連接而成，如圖11所示。實施例8:如圖26至32所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的鑲固部分31的柱面上設(shè)置有平行于牙齒的軸線的齒狀直條(簡稱條齒)(如圖29、30、31)，且橫鑲齒3通過鑲固部分31柱面上的條齒嵌入牙輪齒孔壁的方式(如圖27、33)，或條齒與牙輪齒孔形成多點接觸式的過盈配合的方式鑲固于牙輪2的齒孔內(nèi)(如圖，34)。此時，鑲固部分的長度或?qū)挾劝凑掌錂M截面的條齒凸頂輪廓進(jìn)行計算，如圖26所示，鑲固部分的長度或?qū)挾葹闂l齒凸頂輪廓311 (所圍成區(qū)域)的長度或?qū)挾取嵤├?:如圖16、17、19、21、25、29、30、32、35所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的齒頂為沿齒的軸線方向向上凸起的弧形。實施例10:如圖36所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的齒頂順著齒頂線方向的輪廓線沿齒的軸線方向的投影為圓弧形。實施例11:如圖16、25、29、32所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3的齒頂兩端(沿齒頂寬的兩端)設(shè)有倒圓角或倒角。實施例12:如圖37所示，本實施例與實施例1或2基本相同，其區(qū)別在于:橫鑲齒3沿齒頂厚方向上的兩個側(cè)面為內(nèi)凹曲面。需要特別聲明的是，以上各實施例既為本發(fā)明的若干實施例，同時也是各種可選實施手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，上述各種可選實施手段可以進(jìn)行各種可行的自由組合，由此可以產(chǎn)生更多的實施例，其均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，并用以支持權(quán)利要求的保護(hù)匕如，實施例1與實施例2至12之間的一個或多個的任意組合，乃至實施例2至12之間的任意組合即可成為若干實施例。在此不作更多的窮盡舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知其他的更多組合方式。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、組合、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合鉆頭，包括鉆頭體(I)、至少一個牙輪(2)和至少一個盤刀(5)，所述牙輪(2)和盤刀(5)分別通過軸承結(jié)構(gòu)與所述鉆頭體(I)形成轉(zhuǎn)動連接，所述盤刀(5)的偏移角的范圍為[20° ,90° ]或[-90°，-20° ]，所述盤刀(5)上設(shè)置有盤刀切削齒(51)，其特征在于:所述牙輪(2)上設(shè)有橫鑲齒(3)，且橫鑲齒(3)的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是70。彡 I α I 彡 90。。
2.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒(3)的4分齒頂寬度不小于橫鑲齒(3)的橫向長度的80%。
3.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒(3)的4分齒頂寬度等于橫鑲齒(3)的橫向長度。
4.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒(3)的4分齒頂厚度不大于橫鑲齒(3)的橫向?qū)挾鹊?5%。
5.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述鉆頭體(I)上的每個牙輪(2)的偏移值不大于鉆頭直徑的1.5%。
6.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述牙輪(2)上不同齒圈的橫鑲齒全部或部分交錯布置。
7.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒的齒頂順著齒頂線方向的輪廓線沿齒的軸線方向的投影 為圓弧形。
8.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒(3)的鑲固部分(31)的橫斷面輪廓為非圓形。
9.按權(quán)利要求1所述的混合鉆頭，其特征在于:所述橫鑲齒(3)的鑲固部分(31)的柱面上設(shè)置有平行于牙齒軸線的齒狀直條，且橫鑲齒(3)通過鑲固部分(31)柱面上的齒狀直條嵌入牙輪(2)齒孔壁的方式，或齒狀直條與牙輪(2)齒孔形成多點接觸式的過盈配合方式鑲固于牙輪(2)的齒孔內(nèi)。
10.按權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求中所述的混合鉆頭，其特征在于:所述鉆頭體(I)上設(shè)置有包含固定切削齒(41)的固定切削結(jié)構(gòu)(4 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合鉆頭，屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括鉆頭體、至少一個牙輪和至少一個盤刀，牙輪和盤刀分別通過軸承結(jié)構(gòu)與鉆頭體形成轉(zhuǎn)動連接，盤刀的偏移角的范圍為[20°，90°]或[-90°，-20°]，盤刀上設(shè)置有盤刀切削齒，牙輪上設(shè)有橫鑲齒，且橫鑲齒的齒頂偏轉(zhuǎn)角α的取值范圍是70°≤|α|≤90°。本發(fā)明的鉆頭提出一種新的牙輪結(jié)構(gòu)形式，并與大偏移角的盤刀切削結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成新型混合結(jié)構(gòu)鉆頭。該混合鉆頭具有更高的破巖效率；牙輪工作平穩(wěn)，鉆頭工作穩(wěn)定性好，還具有更長的鉆頭牙齒和軸承的壽命，從而具有更長的鉆頭使用壽命。
文檔編號E21B10/43GK103089154SQ20131006363
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者楊迎新, 陳煉, 林敏 , 張春亮, 任海濤, 包澤軍, 石擎天, 董博 申請人:西南石油大學(xué)