CN101052779B - 用于钻孔工具的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于向下钻孔的工具中的设备，其包括导向钻头(10)、扩孔器(8)和导向本体(1)，所述导向本体(1)设置成在套管(2)的端部支承所述扩孔器(8)和所述导向钻头(10)，在一种情况中，所述扩孔器(8)处于关闭位置，在该位置，所述工具的各相应部件彼此相互偏心，并且可移动穿过所述套管(2)，并且在另一种情况中，所述所述扩孔器(8)处于打开位置，在该位置，所述扩孔器(8)的至少一部分沿径向位于所述套管(2)的外侧，所述导向本体(1)设有凸形部分(7)，其延伸穿过所述扩孔器(8)，并且与所述导向钻头(10)接合，以便将转动和冲击能量至少传递至所述导向钻头(10)。

Description

用于钻孔工具的设备
技术领域
本发明涉及用于钻孔工具的设备。
背景技术
根据现有技术，产生转动力从导向（pilot）本体经由扩孔器（reamer）传递到导向钻头，或反之亦然。这已证明是一种缺点，这是因为对于包含在动力传动系中的各部件的严重的磨损伤害以及因而显著降低的使用寿命。由于导向钻头和偏心扩孔器的重载组合导致在导向钻头的轴与导向本体之间的连接部上产生高扭矩阻力和断裂力，所以出现这种磨损伤害以及失效。另外，具有这样的严重风险，即现有技术工具结构的各部件上出现偏斜载荷，以及失效和减少使用寿命的可能性。
发明内容
本发明的基本任务在于实现与现有技术相比具有显著改进性能的设备。
根据本发明解决其任务在于，由引言所公开的设备具备有说明书的结构。
根据本发明提供了一种用于钻孔工具的设备，其包括：
导向钻头；
扩孔器，和；
导向本体，所述导向本体设置成在套管的端部支承所述扩孔器和所述导向钻头，
其中，所述扩孔器包括一关闭位置，在该位置，所述扩孔器沿径向位于所述套管的内侧并且可移动穿过所述套管；以及一打开位置，在该位置，所述扩孔器的至少一部分沿径向位于所述套管的外侧，并且
所述导向本体包括凸形部分，其延伸穿过所述扩孔器并***所述导向钻头中的凹部中，所述导向本体的所述凸形部分设有凸轮表面，以便将转动能量传递至所述扩孔器，并且使所述扩孔器在关闭位置与打开位置之间切换，并且
所述导向本体上的所述凸轮表面包括偏心部分，其与所述扩孔器中的偏心孔协作，以实现所述扩孔器的转动，以及所述扩孔器在关闭位置与打开位置之间的切换。
优选地，所述导向本体的所述凸形部分包括锥形部分；并且所述导向钻头中的所述凹部是锥形的。
优选地，还包括锁定装置，所述锁定装置设置在所述导向本体与所述导向钻头之间，用于阻碍它们的轴向移动。
优选地，所述凸形部分的端部包括椭圆形的形状，并且配合在所述导向钻头中的椭圆形孔中。
优选地，所述锁定装置包括处于滚珠滚道中的滚珠，并且所述滚珠通过插塞被封装在所述滚珠滚道中，所述插塞安置在所述导向钻头中的孔中。
优选地，所述设备还包括锁定装置，所述锁定装置设置在所述导向本体与所述导向钻头之间，用于阻碍它们的轴向移动，
所述锁定装置包括处于滚珠滚道中的滚珠，并且所述滚珠通过插塞被封装在所述滚珠滚道中，所述插塞安置在所述导向钻头中的孔中。
优选地，所述设备还包括用于将所述凸形部分的端部锁定在所述导向钻头中的凹部中的锁定装置。
优选地，所述锁定装置包括在所述导向钻头与所述导向本体的凸形部分之间形成的滑动销。
优选地，所述导向钻头和所述凸形部分中的凹部包括一凹槽，所述滑动销位于所述凹槽中。
优选地，所述凸形部分包括设有所述凸轮表面的外壁，所述扩孔器包括在所述凸形部分的外壁周围形成的内壁。
优选地，所述凸形部分包括第一区段，其包括设有所述凸轮表面的外壁，与所述扩孔器的内壁接触；以及第二区段，其***所述导向钻头中，所述第一区段的横截面直径大于所述第二区段的横截面直径。
优选地，所述凸形部分的第一区段包括椭圆形的形状，所述凸形部分包括冲洗通道，所述冲洗通道沿轴向被形成并且在所述凸形部分的所述第一区段中偏心地设置。
优选地，所述冲洗通道在所述凸形部分的所述第二区段中同心地设置。
本发明提供了一种设备，其与现有技术的设备相比在导向本体与导向钻头还有扩孔器之间具有显著有利的能量分配。在很大程度上，由于避免了过度以及偏斜的驱动和断裂力，这种设备的使用寿命将被显著延长。此外，导向本体与导向钻头之间的连接件仅仅承受来自从导向本体传递至导向钻头的冲击和转动能量的载荷，而在导向本体与导向钻头之间的连接件不受到影响的前提下，完成冲击和转动能量从导向本体传递至扩孔器。本发明还进一步可使所包含的各部件的重量减少，这使得钻孔工作的效率显著提高。
附图说明
在下面将参看附图更加详细地说明本发明。图1示出了根据本发明设备的一个实施例的局部剖切视图。图2示出了沿图1中的线A—A的剖视图。图3示出了根据本发明设备的另一个实施例的局部剖切视图。图4示出了沿图3中的线A—A的剖视图。图5示出了根据本发明设备的另一实施例的与图3相似的视图。图6示出了沿图5中的线A—A的剖视图。图7示出了沿图5中的线B—B的剖视图。图8示出了沿图5中的线C—C的剖视图。
具体实施方式
在图1和图2中示出的根据本发明设备的实施例包括导向本体1，其位于套管2中，所述导向本体连接至钻杆，其中所述钻杆延伸进入所述套管2中，并且用于沿顺时针方向转动所述导向本体。导向本体1借助于向下钻孔的锤（down the hole drillhammer）以及顶侧锤（top hammer）获得冲击能量，其中这两个锤与钻杆一起本质上是传统类型的，并且在以下的说明中将不再更加详细地说明。根据本发明的设备还可用于不需要冲击的转动式钻孔中。
套管2在其口部设有冲击阻挡件3，其通过钎焊部4被钎焊至套管2。导向本体1设有径向腰部（radial waist）5，在导向本体1的其余部分配合在冲击阻挡件3时，所述径向腰部5配合在套管中。导向本体1上的腰部5用于引导导向本体1以及由此承载在套管2中的各工具部件，并且还用于将冲击能量传递至冲击阻挡件3。该冲击能量用于驱动套管2向下进入孔中。导向本体1还具有通道6，它们在周向表面中延伸，并用于冲洗液体或冲洗气体的通过，并且用于由工件产生的切屑。
导向本体1具有从套管2和冲击阻挡件3延伸出的凸形部分（male portion）7。凸形部分7延伸穿过扩孔器8。凸形部分7的端部延伸进入导向钻头10中的凹部9中。凸形部分7借助于适合的螺纹部11锚固在导向钻头10的凹部9中。此外，凸形部分7和导向钻头10借助于锁定装置12彼此相互锚固在一起。锁定装置12可以适当地包括处于凹槽中的滑动销13，其中所述凹槽位于导向钻头的凹部中并且同时也位于凸形部分上，如图1所示。螺纹部11用于将转动和冲击能量从导向本体1传递至导向钻头10。
冲洗通道14延伸穿过凸形部分7和导向钻头10，如图所示，通道14可以分成穿过导向钻头10的多个通道。导向钻头10以实质上公知的方式设有多个耐磨体15，例如硬质合金销，如实质上公知的方式那样。
在导向本体1与导向钻头10之间，扩孔器8被设置在凸形部分7上，并且其还设有耐磨体16，例如实质上公知类型的硬质合金销。与扩孔器8齐平，凸形部分7设有偏心部分17，并且扩孔器8设有相应的偏心凹部18。偏心部分17包括所述导向本体上的凸轮表面，其与所述扩孔器中的偏心孔协作，以实现所述扩孔器的转动以及所述扩孔器在关闭位置与打开位置之间的切换。在图1和图2中，扩孔器8示出处于打开位置，在该位置，扩孔器8比套管2从设备的中心轴线沿径向延伸出更远，从而实现了用于套管2在所钻孔中的空间。扩孔器8还承载销或跟部（heel）19，其沿轴向朝向导向本体1延伸。导向本体1朝向扩孔器8的端部设有凹部20，其用于跟部19和轴向驱动或接触表面21，其用于将转动能量传递至跟部19并因而传递至扩孔器8。导向本体1设有接触表面，其位于与接触表面21相关的相反侧上，从而用于与同接触表面21相关的跟部19的相反的表面接触，以便将扩孔器从图示的打开位置切换到关闭位置，在关闭位置，扩孔器8的径向长度小于导向钻头10的外径，并且在该关闭位置，导向本体1以及由此所承载的各部件因此可通过冲击阻挡件3移动进入套管2中。
凸形部分7设有附加的通道22和通道23，它们用于冲洗液体或冲洗气体。通道14、22和23，如上所述，用于传输冲洗液体或冲洗气体。
在根据本发明的设备的上述实施例中，冲击能量与转动能量这两者传递至导向钻头10是通过凸形部分7而完成，而所述转动能量与冲击能量仅经由导向本体1和凸形部分7传递至扩孔器8。在导向钻头10中的位于凸形部分7与钻头之间的连接件因而将不受到传递至扩孔器的能量影响。螺纹部11可以是任何适合类型的部件。
图3和图4示出根据本发明设备的另一个实施例。与上述实施例中相同的部件由相同附图标记表示。前述实施例与图3和4中的实施例之间的主要区别之处在于，位于导向本体1上的凸形部分7以及由此承载的各部件的结构。处于导向钻头10的凹部9中的凸形部分7的端部是锥形的，并且通过锁定装置12锁定在凹部9中，其中所述锁定装置12包含柔性滑动销13。与扩孔器8齐平，凸形部分7设有径向扩展部24，而扩孔器8设有配合凹部25。扩展部24用于沿顺时针方向将转动能量传递至扩孔器8。在图4中示出的位置，扩孔器8位于其外侧位置，在该位置，扩孔器的外径大于套管2的外径，如图3清晰所示。在凸形部分7以及导向本体1沿逆时针方向转动时，扩展部24将把扩孔器8从图中示出的位置切换至其内侧关闭位置，在该位置，扩孔器8的外径小于冲击阻挡件3的内径，因而导向本体1、扩孔器8和导向钻头10可以沿轴向移动穿过套管2。
同样在该实施例中，转动和冲击能量经由导向本体1的凸形部分7实现传递至导向钻头10和扩孔器8这两者。在该实施例中没有任何能量从导向钻头10传递至扩孔器8。
图5至图8还示出根据本发明设备的另一个实施例。与上述实施例中相同的部件由相同附图标记表示。主要的不同之处在于在导向本体1的凸形部分7与导向钻头10之间的连接件的结构。
在该实施例中，凸形部分7的端部是椭圆形的，从而筒体被分开，而各部件分离并通过直线彼此相连，如图7清晰所示。凸形部分7的该端部配合在导向钻头10中的同样椭圆形的孔中。各部件借助于锁定滚珠26彼此互连，其中所述锁定滚珠26位于导向钻头10中的滚珠滚道27A以及凸形部分7的端部中的滚珠滚道27B中。导向钻头10中的孔28通至滚珠滚道27A。孔28将用于橡胶或某些类似材料的插塞29，并且所述孔延伸在滚珠滚道27B中的各滚珠26之间。孔28的内侧有利地设有凹槽以便将插塞29保持在孔28中。该凹槽容易实现在于孔28设有螺纹。在这种情况中，容易通过合适尺寸的钻机破坏螺纹顶部。适合尺寸的O形环垫圈的一部分适于用作为插塞29。
在顶侧锤钻中，通常出现逆时针转动，然后扩孔器在打开位置与关闭位置之间的转换受到了以下因素的影响，即导向本体与向下钻孔的锤相关联沿相对于上述方向相反的方向的转动。在不脱离由权利要求书所限定的本发明内容的范围的前提下，自然可以进行多种改型。

Claims (13)

1.一种用于钻孔工具的设备，其包括：
导向钻头；
扩孔器，和；
导向本体，所述导向本体设置成在套管的端部支承所述扩孔器和所述导向钻头，
其中，所述扩孔器包括一关闭位置，在该位置，所述扩孔器沿径向位于所述套管的内侧并且可移动穿过所述套管；以及一打开位置，在该位置，所述扩孔器的至少一部分沿径向位于所述套管的外侧，并且
所述导向本体包括凸形部分，其延伸穿过所述扩孔器并***所述导向钻头中的凹部中，所述导向本体的所述凸形部分设有凸轮表面，以便将转动能量传递至所述扩孔器，并且使所述扩孔器在关闭位置与打开位置之间切换，并且
所述导向本体上的所述凸轮表面包括偏心部分，其与所述扩孔器中的偏心孔协作，以实现所述扩孔器的转动，以及所述扩孔器在关闭位置与打开位置之间的切换。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述导向本体的所述凸形部分包括锥形部分；并且所述导向钻头中的所述凹部是锥形的。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括锁定装置，所述锁定装置设置在所述导向本体与所述导向钻头之间，用于阻碍它们的轴向移动。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸形部分的端部包括椭圆形的形状，并且配合在所述导向钻头中的椭圆形孔中。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述锁定装置包括处于滚珠滚道中的滚珠，并且所述滚珠通过插塞被封装在所述滚珠滚道中，所述插塞安置在所述导向钻头中的孔中。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括锁定装置，所述锁定装置设置在所述导向本体与所述导向钻头之间，用于阻碍它们的轴向移动，
所述锁定装置包括处于滚珠滚道中的滚珠，并且所述滚珠通过插塞被封装在所述滚珠滚道中，所述插塞安置在所述导向钻头中的孔中。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于将所述凸形部分的端部锁定在所述导向钻头中的凹部中的锁定装置。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述锁定装置包括在所述导向钻头与所述导向本体的凸形部分之间形成的滑动销。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述导向钻头和所述凸形部分中的凹部包括一凹槽，所述滑动销位于所述凹槽中。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸形部分包括设有所述凸轮表面的外壁，所述扩孔器包括在所述凸形部分的外壁周围形成的内壁。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述凸形部分包括第一区段，其包括设有所述凸轮表面的外壁，与所述扩孔器的内壁接触；以及第二区段，其***所述导向钻头中，所述第一区段的横截面直径大于所述第二区段的横截面直径。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述凸形部分的第一区段包括椭圆形的形状，所述凸形部分包括冲洗通道，所述冲洗通道沿轴向被形成并且在所述凸形部分的所述第一区段中偏心地设置。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述冲洗通道在所述凸形部分的所述第二区段中同心地设置。
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