專利名稱：巖石鉆以及制造巖石鉆的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于沖擊鉆削的巖石鉆、最好是整體式鉆桿，包括一鉆柄；與該鉆柄一端連接的一肩；其一端與該肩連接而另一端表面上裝有巖石切削裝置的一桿部；一從該鉆柄的自由端向所述另一端伸展的中心沖洗通道。本發(fā)明還涉及巖石鉆的制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)市場上早就有整體式鉆桿出售，因此整體式鉆桿是極為成熟的產(chǎn)品?，F(xiàn)有整體式鉆桿模壓加工成手持式，其首要考慮的一點是操作員的安全?，F(xiàn)今，越來越多地使用自動鉆具，此時，操作員只須坐在控制室中。就自動鉆具引入的操作技術(shù)的改變來說，現(xiàn)有整體式鉆桿不太適應(yīng)這一改變?，F(xiàn)有整體式鉆桿的缺點尤其是，它們不能令人滿意地沖走鉆削下的鉆屑，它們的穿透率太低，它們變得太熱，內(nèi)部沖擊力不強。由于內(nèi)部沖擊力不強，沖洗通道中積起許多礫石，造成沖洗效果差，即整體式鉆桿的冷卻效果差，使得鉆桿過熱，過熱又導(dǎo)致疲勞破壞。
通常用預(yù)鉆有直徑一定的縱向中心孔的毛坯制造現(xiàn)有整體式鉆桿。毛坯然后退火，然后從鉆柄一端開始在一定縱向長度上擴大該中心孔的的直徑。擴孔的目的是使用作沖洗孔的中心鉆孔中可插入一從鉆機上伸出的沖洗管，該沖洗管的直徑無法插入毛坯在擴孔之前的原縱向中心孔中。擴孔完成即形成沖洗通道后對鉆柄/肩和鉆頭端進行鍛造、鉆孔和銑削操作。圖0為現(xiàn)有整體式鉆桿的鉆柄的局部剖視圖。
此外，US-A-3,295,613公開了一種復(fù)合鉆桿，其分開的各部分焊接在一起。
本發(fā)明的目的和特征本發(fā)明的目的是提供上述類型的鉆桿，其制造成本比現(xiàn)有整體式鉆桿低。本發(fā)明的另一個目的是改進現(xiàn)有整體式鉆桿的性能，即，本發(fā)明整體式鉆桿的穿透率比現(xiàn)有整體式鉆桿高。本發(fā)明整體式鉆桿的沖洗效果比現(xiàn)有整體式鉆桿好，從而穿透率提高。
上述目的由具有權(quán)利要求所述特征的巖石鉆實現(xiàn)。
附圖的簡要說明附圖中圖0為現(xiàn)有整體式鉆桿的鉆柄的局部剖視圖；

圖1為本發(fā)明巖石鉆的局部剖視圖；圖1A為圖1巖石鉆的鉆柄的局部剖視圖；圖2為本發(fā)明巖石鉆的一部分的正視圖，該巖石鉆有至少一個切削鑲?cè)?；圖3為圖2巖石鉆的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明巖石鉆上具有至少一個切削鑲?cè)械亩瞬康亩艘晥D；圖5為圖2巖石鉆的縱向剖面圖，其中切削鑲?cè)斜怀?；圖6為沿圖3中沿A-A線剖取的剖面圖；以及圖7為錐形巖石鉆桿的局部分解剖視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實施例詳述圖1所示本發(fā)明巖石鉆10包括一鉆柄12、一肩14、一桿部16和設(shè)置在該桿部16的自由端即巖石鉆10的巖石切削自由端面17上的至少一個切削鑲?cè)?8。鉆柄12、肩14和桿部16以一毛坯制成一體。鉆柄12的橫截面與鉆機中的一個鉆頭套筒(未示出)的內(nèi)部橫截面相配。鉆柄12的橫截面通常呈多邊形，在所示實施例中，鉆柄的橫截面呈六邊形。但是本發(fā)明鉆柄12的橫截面不僅僅限于多邊形。但是必須滿足的是，鉆柄12的橫截面應(yīng)與套筒相配，從而使鉆柄12即巖石鉆10隨著鉆頭套筒的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的桿部16的橫截面也呈六邊形。
圖1A詳細示出巖石鉆10的鉆柄12，從該圖可清楚地看出，一中心沖洗通道22從鉆柄12的自由端向巖石鉆10的巖石切削自由端17伸展，這一點也可從圖1中看到。
圖2-4從不同的視圖詳細示出了巖石鉆10的巖石切削端部17，該端部上裝有切削鑲?cè)?8。如圖5所示，切削鑲?cè)?8在所示實施例中為一橫刃，其以通常方式安裝在一凹座20上，最好通過釬焊固定在所述凹座20中。
從圖5可清楚地看出，關(guān)于巖石鉆10的第一縱向中心線24旋轉(zhuǎn)對稱的一中心沖洗通道22沿縱向伸展并終止在距桿部16的端面21的一段距離處，而且離凹座20的底面也有一段距離。所述沖洗通道22從圖5所示沖洗通道22的一端部延伸，經(jīng)整個桿部16、進而肩14、再經(jīng)整個鉆柄12直至其開口在鉆柄12的自由端上，見圖1和1A。
如圖5所示，支道26在所示實施例中從中心沖洗通道22伸展并終止到桿部16的端面21中的一凹座30上。支道26關(guān)于第二縱向中心線28旋轉(zhuǎn)對稱。所述第二中心線28與第一中心線24之間的角度α的范圍為20-30°，優(yōu)選的α值約為25°。
如圖6所示，中心沖洗通道22在其整個長度上的直徑為d，而桿部16的最小直徑為D。按照本發(fā)明優(yōu)選實施例，最小外徑D為22mm的一鉆桿的中心沖洗通道的直徑d為9.0mm。這兩個尺寸之間的比值為d/D＝0.41，該值為所述比值的優(yōu)選值。在本發(fā)明范圍內(nèi)，這一比值可為0.35≤d/D≤0.43。
上述整體式鉆桿10的制造與上文在“現(xiàn)有技術(shù)”中簡述的現(xiàn)有整體式鉆桿的制造不同。本發(fā)明整體式鉆桿和現(xiàn)有整體式鉆桿都用其中有一預(yù)鉆的縱向中心孔的一毛坯制成。本發(fā)明整體式鉆桿的制造的不同之處是無需退火和沿鉆柄有限長度對毛坯中的預(yù)鉆縱向中心孔進行擴孔。而是預(yù)鉆中心孔的尺寸做成使一些鉆機中的沖洗管可直接被所述預(yù)鉆的縱向中心孔容納，即預(yù)鉆縱向中心孔與巖石鉆的外徑的比值(d/D)比現(xiàn)有整體式鉆桿大。由于無需退火和對預(yù)鉆縱向中心孔進行擴孔，因此本發(fā)明整體式鉆桿的制造可直接由鍛造鉆柄/肩開始，然后鍛造鉆頭端。在這里要指出，在鍛造鉆柄/肩時，在該中心沖洗通道22中放置一心軸(未示出)，所述心軸的直徑稍小于該沖洗通道22。在鍛造過程中該心軸確保中心沖洗通道22的直徑不減小過多，但確實稍有減小，見圖1和1A中標號23。權(quán)利要求1中的表述“...直徑(d)沿其整個長度大致保持不變”應(yīng)解釋成中心沖洗通道22中可有上述直徑減小部23。其后的制造步驟原則上與現(xiàn)有整體式鉆桿相同。
但是在這里要指出下述一點。按照現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明，支道26的直徑稍小于中心沖洗通道22的直徑。其理由是，在鉆支道26時即使支道的第二中心線28相對中心沖洗通道22的第一中心線24不嚴格對中，也能確保支道26在與中心沖洗通道22的連接處的圓周位于中心沖洗通道的圓周之內(nèi)。此外，如保持該直徑差，支道26的實際尺寸也可比對應(yīng)現(xiàn)有整體式鉆桿大，因為本發(fā)明整體式鉆桿的中心沖洗通道22比對應(yīng)的現(xiàn)有整體式鉆桿大。這如下文所述有利于壓力降。
由于中心沖洗通道22和支道26的絕對尺寸都比對應(yīng)的現(xiàn)有整體式鉆桿大，因此所述兩通道中的沖擊力增強，特別是在所述兩通道的連接處，現(xiàn)有整體式鉆桿在此處常常積有礫石，從而干擾沖洗介質(zhì)的傳送。由于這兩個通道的尺寸加大，因此沖擊更有效，這是因為沖擊材料暢通無阻。應(yīng)該指出，沖擊的改善導(dǎo)致了沖洗介質(zhì)傳送的改善，從而鉆桿冷卻充分，疲勞破壞的可能性減小。本發(fā)明鉆桿的作用本發(fā)明整體式鉆桿10用于所謂的沖擊鉆孔，即一沖擊活塞沖擊鉆柄12的自由端，沖擊波經(jīng)鉆桿傳送到桿部16的自由端上，在該端上裝有切削鑲?cè)?8。沖擊波使切削鑲?cè)?8在進行切削的同時撞擊巖石表面。上述鉆頭套筒帶動整體式鉆桿10轉(zhuǎn)動。
當沖擊波在整個鉆桿10上傳播進行沖擊鉆進以及切削鑲?cè)?8切削巖石表面而產(chǎn)生鉆屑時產(chǎn)生熱量。從鉆柄12自由端在壓力下送入的沖洗介質(zhì)空氣或水在中心沖洗通道22中冷卻巖石鉆10并沖走鉆屑。沖洗介質(zhì)在中心沖洗通道22中朝桿部16的自由端流動，然后轉(zhuǎn)向流入支道26，從而從桿部16的自由端處的凹座30、確切說從切削鑲?cè)?8旁流出。沖洗介質(zhì)在中心沖洗通道22和支道26中的流動過程中將對巖石鉆10進行冷卻，而沖洗介質(zhì)從桿部16的自由端返回時傳送切屑。
由于本發(fā)明鉆桿10的d/D的比值比現(xiàn)有整體式鉆桿大，即尺寸D保持不變而尺寸d增加，因此沖洗介質(zhì)在中心沖洗通道中流動時壓力降減小，從而巖石鉆10的冷卻比現(xiàn)有技術(shù)更充分。沖洗介質(zhì)的壓力降的減小還造成更多的鉆屑被沖走。支道26的實際橫截面面積較之對應(yīng)現(xiàn)有整體式鉆桿的增大也有利于壓力降即壓力降減小。
由于角度α(約25°)的值較之現(xiàn)有鉆桿減小，沖洗流體在從中心沖洗通道22流到支道26時偏轉(zhuǎn)程度減小，這意味著，沖洗介質(zhì)流不會象偏轉(zhuǎn)程度高的現(xiàn)有整體式鉆桿那樣斷斷續(xù)續(xù)。這促使沖洗介質(zhì)在整體式鉆桿10中流動時壓力降減小。
總之，可以說，較之現(xiàn)有整體式鉆桿，盡管d/D的值的增大使得鉆桿的制作材料減少，即本發(fā)明鉆桿的剛性減小，但并未顯示出比方說疲勞破壞有增加的傾向。一種解釋是，從強度上說，本發(fā)明的鉆桿所帶來的沖洗/冷卻效果的改善補償了剛性的減小。本發(fā)明可能的修正以上結(jié)合所謂的整體式鉆桿說明了本發(fā)明。但本發(fā)明不限于這類鉆桿。圖7例示出一所謂的錐形沖擊巖石鉆10′，它同樣有一鉆柄12′、一肩14′、一有一錐形端17′的桿部16′。所述巖石鉆10′的特征在于，桿部16′與鉆頭18′(牙輪鉆頭cone bit)經(jīng)一錐形接頭連接，即錐形端面17′插入在鉆頭18′的錐形凹座19′中。這意味著，鉆頭18′發(fā)生磨損或需要再次研磨時可更換。本發(fā)明也可用于這種巖石鉆10′，即巖石鉆10′中的中心沖洗通道(未示出)沿其整個長度的直徑大致保持不變。就直徑在鍛造鉆柄/肩時可能減小而言，與上面結(jié)合整體式鉆桿所述同樣使用一心軸。
權(quán)利要求
1.一種用于沖擊鉆削的巖石鉆、最好是整體式鉆桿，包括一鉆柄(12；12′)；與該鉆柄(12；12′)的一端連接的一肩(14；14′)；一桿部(16；16′)，其一端與該肩(14；14′)連接，而另一端表面(17；17′)上裝有巖石切削裝置(18；18′)；一從該鉆柄(12；12′)的自由端向所述另一端(17；17′)伸展的中心沖洗通道(22)，所述鉆柄(12；12′)、肩(14；14′)和桿部(16；16′)制成一體，其特征在于，該中心沖洗通道(22)沿其整個長度的直徑(d)大致保持不變；中心沖洗通道(22)的直徑(d)與桿部(16；16′)的直徑(D)之比為0.35≤d/D≤0.43。
2.按權(quán)利要求1所述的巖石鉆，其特征在于，比值d/D的大小為0.4。
3.按權(quán)利要求1或2所述的巖石鉆，其特征在于，包括至少一個支道(26)，該支道從中心沖洗通道(22)伸展并終止在桿部(16)的自由端面(21)區(qū)域，其中，支道(26)的中心線(28)與中心沖洗通道(22)的中心線(24)形成一角度(α)，所述角度(α)的區(qū)間為20°≤α≤30°。
4.按權(quán)利要求3所述的巖石鉆，其特征在于，所述角度(α)的大小為25°。
5.按上述任一權(quán)利要求所述的巖石鉆，其特征在于，支道(26)終止在桿部(16)的自由端面(21)的區(qū)域中的一凹座(30)上。
6.一種制造用于沖擊鉆削的巖石鉆(10；10′)、最好為一整體式鉆桿的方法，所述制造開始于制作一有一預(yù)鉆縱向中心孔的毛坯，其特征在于，在制作該毛坯時該預(yù)鉆縱向中心孔的直徑(d)定為可獲得下列關(guān)系0.35≤d/D≤0.43，其中，D為巖石鉆(10；10′)的桿部(16；16′)的直徑，然后以公知方式對該毛坯進行鍛造、鉆孔、和銑削操作，以形成鉆柄/肩(12，14；12′，14′)和巖石鉆(10；10′)的鉆頭端或錐形端。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該預(yù)鉆縱向中心孔的直徑定為使得d/D的比值約為0.41。
8.按權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，在鉆支道(26)時，使其中心線(28)與由毛坯的預(yù)鉆縱向中心孔形成的中心沖洗通道(22)的中心線(24)形成一角度(α)，該角度的區(qū)間為20°≤α≤30°。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述角度(α)的值設(shè)定成約25°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于沖擊鉆削的巖石鉆(10)、最好是整體式鉆桿,包括一鉆柄(12);與該鉆柄(12)一端連接的一肩(14);一桿部(16),其一端與該肩(14)連接而另一端表面(17)上裝有巖石切削裝置(18),一從該鉆柄(12)的自由端向所述另一端(17)伸展的中心沖洗通道(22)。本發(fā)明還涉及巖石鉆(10)的制造方法。本發(fā)明巖石鉆(10)的特征在于,中心沖洗通道(22)沿其整個長度上的直徑(d)大致保持不變;中心沖洗通道(22)的直徑(d)與桿部(16)的直徑(D)之比為0.35≤d/D≤0.43。
文檔編號E21B17/00GK1269863SQ9880877
公開日2000年10月11日 申請日期1998年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月5日
發(fā)明者霍坎·恩斯特倫, 揚－貢納爾·赫德隆, 約蘭·帕爾姆貝里 申請人:桑德維克公司