可開(kāi)閉式鉆頭的制作方法

本發(fā)明涉及鉆頭的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可開(kāi)閉式鉆頭，用于通過(guò)鉆桿中心不提鉆下套管或儀器等物品鉆進(jìn)工藝施工中，特別適用于松軟突出煤層瓦斯抽采鉆孔施工進(jìn)行鉆桿中心下篩管工藝。

背景技術(shù)：

本申請(qǐng)人早期申請(qǐng)的實(shí)用新型專(zhuān)利“鉆探用內(nèi)芯可脫式鉆頭”(ZL:200820028443.1)中解決了不提鉆通過(guò)鉆桿中心通孔下管的問(wèn)題。該鉆頭可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)成孔后，通過(guò)鉆桿內(nèi)孔下入篩管，以保持鉆孔瓦斯抽采的通道暢通，但是涉及鉆頭的內(nèi)芯是可脫式的，下管后會(huì)將內(nèi)芯遺留在孔內(nèi)，內(nèi)芯不能重復(fù)利用，造成材料浪費(fèi)。早期申請(qǐng)的實(shí)用新型專(zhuān)利“一種鉸接型內(nèi)心可開(kāi)閉式鉆頭”(ZL201220238740.5)中解決了中心翼片遺留在孔內(nèi)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了中心翼片的可重復(fù)利用，避免了材料浪費(fèi)。但其鉆頭體上的凹槽是一種通槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鉆頭體整體強(qiáng)度降低，可靠性降低，當(dāng)鉆遇巖石較硬時(shí)鉆頭體受力較大容易發(fā)生變形而卡緊中心翼片，進(jìn)而導(dǎo)致下篩管時(shí)中心翼片無(wú)法正常打開(kāi)，篩管無(wú)法順利下入孔底，制約了該鉆頭通過(guò)鉆桿內(nèi)孔下入篩管功能的實(shí)現(xiàn)。

鉆頭體容易變形問(wèn)題一直是困擾和阻礙工藝推廣的關(guān)鍵問(wèn)題，期間我們也多次嘗試更換不同的鉆頭體材料，同時(shí)鉆頭體材料進(jìn)行多種工藝的熱處理等，結(jié)果都不理想，其原因在于通槽式結(jié)構(gòu)破壞了鉆頭體的整體性能，使得鉆頭體無(wú)法滿(mǎn)足孔底碎巖過(guò)程中復(fù)雜的受力情況，部分能改善問(wèn)題的方案都伴隨著高昂的生產(chǎn)成本，不滿(mǎn)足產(chǎn)品的工業(yè)推廣。

為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過(guò)潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長(zhǎng)期多年從事相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種可開(kāi)閉式鉆頭，以克服上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可開(kāi)閉式鉆頭，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸便利，用以解決鉆桿內(nèi)下篩管鉆孔施工時(shí)，當(dāng)鉆遇巖石較硬時(shí)鉆頭體受力較大容易發(fā)生變形導(dǎo)致鉆頭中心翼片無(wú)法正常打開(kāi)的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種開(kāi)閉式鉆頭，包括空心鉆頭體以及與該空心鉆頭體鉸接的中心活動(dòng)翼片，所述空心鉆頭體設(shè)有三個(gè)及以上的刀翼，所述刀翼上至少設(shè)有一個(gè)切削齒，其特征在于：

所述中心活動(dòng)翼片設(shè)有至少一個(gè)切削齒且通過(guò)彈簧定位銷(xiāo)定位于空心鉆頭體，所述空心鉆頭體上有安裝中心活動(dòng)翼片的凹槽，中心活動(dòng)翼片的一端通過(guò)鉸接結(jié)構(gòu)連接在空心鉆頭體凹槽內(nèi)，另一端設(shè)有一定位槽，所述定位槽供彈簧定位銷(xiāo)在中心活動(dòng)翼片閉合時(shí)卡在其內(nèi)進(jìn)行定位，所述凹槽為半開(kāi)放式凹槽結(jié)構(gòu)，所述鉸接結(jié)構(gòu)處于凹槽開(kāi)放的一端，所述中心活動(dòng)翼片實(shí)現(xiàn)繞鉸接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)中心活動(dòng)翼片的開(kāi)閉。

其中：所述半開(kāi)放式凹槽為U形結(jié)構(gòu)，所述U形結(jié)構(gòu)兩側(cè)面的平面互相平行，所述半開(kāi)放式凹槽開(kāi)放的一端為通槽，所述半開(kāi)放式凹槽封閉的另一端為盲槽并帶有圓角。

其中：所述中心活動(dòng)翼片的一端設(shè)有與彈簧定位銷(xiāo)配合的定位槽，另一端設(shè)有供鉸接結(jié)構(gòu)貫穿的鉸接孔，且所述中心活動(dòng)翼片的一側(cè)上緣設(shè)有可供焊接切削齒的齒窩。

其中：所述U形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)面對(duì)應(yīng)設(shè)有半球形凹槽，所述中心活動(dòng)翼片的鉸接孔的中部設(shè)有上通孔，所述鉸接結(jié)構(gòu)包含位于兩側(cè)的球形銷(xiāo)以及位于中間的插銷(xiāo)，所述兩側(cè)的球形銷(xiāo)的端部為可伸入半球形凹槽內(nèi)以實(shí)現(xiàn)鉸接的半球形凸起，后部為可沿鉸接孔滑動(dòng)的柱體。

其中：所述銷(xiāo)軸能插入U(xiǎn)形結(jié)構(gòu)的凹孔中，并貫穿中心活動(dòng)翼片的鉸接孔。

其中：所述彈簧定位銷(xiāo)包括球形彈珠、圓柱狀套筒和彈簧，所述圓柱狀套筒的外緣設(shè)有外螺紋，以與安裝孔的內(nèi)螺紋嚙合，并實(shí)現(xiàn)相對(duì)安裝孔的移動(dòng)，所述球形彈珠與彈簧位于圓柱狀套筒內(nèi)，所述球形彈珠位于圓柱狀套筒收口一端，所述彈簧位于球形彈珠與圓柱狀套筒另一端端面之間。

其中：所述中心活動(dòng)翼片底部?jī)啥藥в袌A角或斜角。

通過(guò)上述內(nèi)容，本發(fā)明在滿(mǎn)足產(chǎn)品特殊設(shè)計(jì)需要的同時(shí)保持了鉆頭體的整體性，鉆頭體的整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞，在孔底碎巖過(guò)程中復(fù)雜的受力情況下，該結(jié)構(gòu)保持了較高的強(qiáng)度，從根本上解決了鉆頭體容易變形的技術(shù)問(wèn)題，保障了中心翼片的正常開(kāi)閉。

凹槽為半開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，凹槽封閉的一端兩側(cè)鉆頭體沒(méi)有被分割，在滿(mǎn)足產(chǎn)品特殊設(shè)計(jì)需要的同時(shí)保持了鉆頭體的整體性，鉆頭體的整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有被破壞，在孔底碎巖過(guò)程中復(fù)雜的受力情況下，該結(jié)構(gòu)保持了較高的強(qiáng)度，從根本上解決了鉆頭體容易變形的技術(shù)問(wèn)題，保障了中心翼片的正常開(kāi)閉。

鉸接結(jié)構(gòu)也可以為球頭鉸接，凹槽內(nèi)鉸接凹槽為球形，鉸接凹槽最大深度等于球形半徑，對(duì)應(yīng)鉸接銷(xiāo)與鉸接凹槽配合面也為球面，鉸接凹槽球形直徑大于等于鉸接銷(xiāo)球頭部位直徑。常規(guī)的銷(xiāo)軸鉸接方式，鉸接銷(xiāo)軸與軸孔為線(xiàn)性接觸，在中心翼片受到垂直于軸向的作用力時(shí)，由于結(jié)構(gòu)限制，銷(xiāo)軸偏細(xì)，在軸向力作用下很容易發(fā)生彎曲變形，進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭打開(kāi)機(jī)構(gòu)失效，為此前期我們也做了大量的工作，對(duì)銷(xiāo)軸材料進(jìn)行了優(yōu)選并結(jié)合不同的處理工藝逐一進(jìn)行了試用分析，但在孔底碎巖復(fù)雜的受力條件下，銷(xiāo)軸的受力難以控制，試用效果不佳，部分能提高試用效果的方案中，銷(xiāo)軸的材料及工藝方法加工成本高昂，不滿(mǎn)足產(chǎn)品的工業(yè)推廣。本發(fā)明涉及的球頭鉸接方式，解決了這一問(wèn)題，由于球頭鉸接結(jié)構(gòu)鉸接銷(xiāo)與凹槽開(kāi)放一端凹槽接觸為球面接觸，使得翼片受力更加分散，避免了單一方向受力過(guò)大導(dǎo)致的變形，球面接觸使得鉸接機(jī)構(gòu)更加靈活，同時(shí)減小了鉸接銷(xiāo)與鉆頭體的接觸面積，減小了受力面，解決了由于銷(xiāo)軸變形導(dǎo)致中心翼片無(wú)法打開(kāi)的情況，提高鉆頭的可靠性。

定位裝置通過(guò)彈簧定位銷(xiāo)、中心活動(dòng)翼片及空心鉆頭體共同實(shí)現(xiàn)。彈簧定位珠安裝在空心鉆頭體凹槽封閉一端的定位孔內(nèi)，中心活動(dòng)翼片處于閉合狀態(tài)時(shí)，彈簧定位銷(xiāo)彈珠位置剛好伸入中心活動(dòng)翼片一端的定位坑或定位槽實(shí)現(xiàn)定位。位置位于空心鉆頭體凹槽內(nèi)的彈簧定位珠避免了翼片打開(kāi)時(shí)接觸孔壁或擰卸鉆桿回轉(zhuǎn)過(guò)程中接觸孔壁或孔內(nèi)巖粉，空心鉆頭體對(duì)彈簧定位珠形成了一種保護(hù)，使得定位珠減少了外力因素導(dǎo)致的磨損，定位珠壽命更長(zhǎng)更耐用。

本發(fā)明在淮南礦區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，累計(jì)試驗(yàn)鉆頭3只，鉆頭平均壽命達(dá)590米，鉆頭壽命提高40-50％，鉆進(jìn)時(shí)效提高30％以上，試驗(yàn)產(chǎn)品在使用過(guò)程中均未出現(xiàn)變形情況，直到鉆頭切削齒失效時(shí)鉆頭打開(kāi)機(jī)構(gòu)依舊穩(wěn)定可靠，本發(fā)明成功解決了鉆頭變形打不開(kāi)的問(wèn)題，充分驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性及先進(jìn)性。

本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過(guò)后述的說(shuō)明及所附圖而得到。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了本發(fā)明的可開(kāi)閉式鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示了本發(fā)明中空心鉆頭體的俯視圖；

圖3顯示了圖2的剖視圖；

圖4顯示了本發(fā)明的球頭鉸接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5顯示了本發(fā)明的軸孔鉸接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6顯示了本發(fā)明中心活動(dòng)翼片的示意圖；

圖7顯示了本發(fā)明彈簧定位銷(xiāo)的示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，顯示了本發(fā)明可開(kāi)閉式鉆頭的一個(gè)實(shí)施例。

該開(kāi)閉式鉆頭包括空心鉆頭體1以及與該空心鉆頭體1鉸接在一起的中心活動(dòng)翼片2，所述空心鉆頭體1設(shè)有三個(gè)及以上的刀翼，所述刀翼上至少設(shè)有一個(gè)切削齒5，所述中心活動(dòng)翼片2設(shè)有至少一個(gè)切削齒5且通過(guò)彈簧定位銷(xiāo)3定位于空心鉆頭體。

其中，所述空心鉆頭體1上加工有安裝中心活動(dòng)翼片2的凹槽4，中心活動(dòng)翼片2的一端通過(guò)鉸接結(jié)構(gòu)連接在空心鉆頭體凹槽4內(nèi)，另一端設(shè)有一定位槽17，所述定位槽供彈簧定位銷(xiāo)3在中心活動(dòng)翼片2閉合時(shí)卡在其內(nèi)進(jìn)行定位。優(yōu)選的是，所述凹槽4為半開(kāi)放式凹槽結(jié)構(gòu)，所述鉸接結(jié)構(gòu)處于凹槽4開(kāi)放的一端23，彈簧定位銷(xiāo)3處于在凹槽4封閉的另一端22，所述中心活動(dòng)翼片2可實(shí)現(xiàn)繞鉸接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)中心活動(dòng)翼片2的開(kāi)閉。

所述鉸接結(jié)構(gòu)可采用銷(xiāo)軸鉸接結(jié)構(gòu)或球頭鉸接結(jié)構(gòu)。鉆頭使用時(shí)，鉆孔施工完不從鉆孔內(nèi)不拔出鉆桿鉆頭，從鉆孔孔口鉆桿的內(nèi)孔向鉆孔內(nèi)下入篩管，當(dāng)篩管到達(dá)鉆頭中心活動(dòng)翼片2處時(shí)，繼續(xù)下入捅開(kāi)中心活動(dòng)翼片2，使其處于張開(kāi)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)篩管順利進(jìn)入孔底，這時(shí)提出鉆桿鉆頭，將篩管留入孔內(nèi)。

通過(guò)圖2可知，本發(fā)明的可開(kāi)閉式鉆頭中，所述半開(kāi)放式凹槽4為U形結(jié)構(gòu)，所述U形結(jié)構(gòu)兩側(cè)面的平面24、25互相平行，所述半開(kāi)放式凹槽4開(kāi)放的一端23為通槽，所述半開(kāi)放式凹槽4封閉的另一端22為盲槽并帶有圓角26，以便于加工。

通過(guò)圖3可知，本發(fā)明可開(kāi)閉式鉆頭中，所述鉸接結(jié)構(gòu)位于空心鉆頭體1中附圖標(biāo)記10的位置，所述彈簧定位銷(xiāo)3安裝于空心鉆頭體1的安裝孔11的位置。

圖6顯示了本發(fā)明的中心活動(dòng)翼片2的結(jié)構(gòu)示意圖，所述中心活動(dòng)翼片2的一端設(shè)有與彈簧定位銷(xiāo)3配合的定位槽17，另一端設(shè)有供鉸接結(jié)構(gòu)貫穿的鉸接孔15，且所述中心活動(dòng)翼片2的一側(cè)上緣設(shè)有可供焊接切削齒5的齒窩9，為了提供開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)的避免干涉，所述中心活動(dòng)翼片2的兩端下緣均設(shè)有圓角27、28，以在中心活動(dòng)翼片2繞鉸接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)做開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)時(shí)與空心鉆頭體1之間更為靈活，也不會(huì)干涉。

圖4和圖5分別顯示出本發(fā)明可開(kāi)閉式鉆頭中優(yōu)選的兩種鉸接結(jié)構(gòu)，所述圖4顯示了球頭鉸接，所述U形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)面對(duì)應(yīng)設(shè)有半球形凹槽10，所述中心活動(dòng)翼片2的鉸接孔15的中部設(shè)有上通孔14，所述鉸接結(jié)構(gòu)包含位于兩側(cè)的球形銷(xiāo)12以及位于中間的插銷(xiāo)13，所述兩側(cè)的球形銷(xiāo)12的端部為可伸入半球形凹槽10內(nèi)以實(shí)現(xiàn)鉸接的半球形凸起，后部為可沿鉸接孔15滑動(dòng)的柱體，所述插銷(xiāo)13可插入兩球形銷(xiāo)12中間，以將球形銷(xiāo)12頂入半球形凹槽，而一旦拔出插銷(xiāo)13，則可方便的取消球形銷(xiāo)12，以拆除中心活動(dòng)翼片2。

所述圖5顯示了銷(xiāo)軸鉸接，所述銷(xiāo)軸12可插入U(xiǎn)形結(jié)構(gòu)的凹孔16中，并貫穿中心活動(dòng)翼片2的鉸接孔15，以同樣實(shí)現(xiàn)中心活動(dòng)翼片2鉸接于空心鉆頭體1上，使中心活動(dòng)翼片2可以繞鉸接結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)中心活動(dòng)翼片2的打開(kāi)及閉合。

圖7示出本發(fā)明可開(kāi)閉式鉆頭用于實(shí)現(xiàn)中心活動(dòng)翼片2在閉合時(shí)與空心鉆頭體1之間定位用的彈簧定位銷(xiāo)3的結(jié)構(gòu)，所述彈簧定位銷(xiāo)3主要包括球形彈珠19、圓柱狀套筒20和彈簧21，所述圓柱狀套筒20的外緣可設(shè)有外螺紋，以與所述安裝孔11的內(nèi)螺紋嚙合，并實(shí)現(xiàn)相對(duì)安裝孔11的移動(dòng)，所述球形彈珠19與彈簧21位于圓柱狀套筒20內(nèi)，所述球形彈珠19位于圓柱狀套筒20收口一端，所述彈簧21位于球形彈珠19與圓柱狀套筒20另一端端面之間，工作時(shí)，彈簧21壓住球形彈珠19，由于球形彈珠19位于圓柱狀套筒20收口的一端，球形彈珠19并不會(huì)脫離圓柱狀套筒20，而是露出球形彈珠19的一部分，當(dāng)中心活動(dòng)翼片2閉合時(shí)，球形彈珠19露出的一部分在彈簧21的作用下會(huì)伸入中心活動(dòng)翼片2的定位槽17中實(shí)現(xiàn)定位，給予中心活動(dòng)翼片2一定的預(yù)緊力，使其在正常鉆進(jìn)是不會(huì)張開(kāi)。

可選的是，所述凹孔16為帶有圓柱面的孔，對(duì)應(yīng)鉸接的銷(xiāo)軸12與凹孔16的配合面也為圓柱面，這種設(shè)置有效提高了鉸接強(qiáng)度和耐磨效果。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，彈簧定位銷(xiāo)3可通過(guò)螺紋連接、緊配合連接或粘接連接方式安裝于空心鉆頭體1上，中心活動(dòng)翼片2上有與彈簧定位銷(xiāo)3對(duì)應(yīng)的定位槽17。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)鉆桿中心下入篩管或其他儀器設(shè)備、或通過(guò)鉆桿中心實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)滅火功能的可開(kāi)閉鉆頭。鉆頭包括帶有切削齒5的空心鉆頭體1以及與該空心鉆頭體1鉸接在一起的帶有切削齒5的中心活動(dòng)翼片2、定位中心活動(dòng)翼片2的彈簧定位銷(xiāo)3?？招你@頭體1上加工有安裝中心活動(dòng)翼片2的凹槽4，中心活動(dòng)翼片2一端通過(guò)鉸接方式連接在空心鉆頭體凹槽4內(nèi)，另一端通過(guò)彈簧定位銷(xiāo)3進(jìn)行定位。中心活動(dòng)翼片2通過(guò)鉸接銷(xiāo)12實(shí)現(xiàn)在空心鉆頭體1上的開(kāi)閉?？招你@頭體1上凹槽4為半開(kāi)放式凹槽結(jié)構(gòu)，鉸接結(jié)構(gòu)處于凹槽4開(kāi)放的一端23，定位裝置處于在凹槽4封閉的一端22。采用這樣結(jié)構(gòu)的鉆頭使得空心鉆頭體1的整體強(qiáng)度更好，相比開(kāi)放式凹槽結(jié)構(gòu)，空心鉆頭體1不容易變形而卡死中心活動(dòng)翼片2，從而提高了鉆頭中心活動(dòng)翼片打開(kāi)的成功率，提高了可開(kāi)閉鉆頭的可靠性。開(kāi)放式凹槽4整體為U形結(jié)構(gòu)，凹槽4兩側(cè)平面相互平行，凹槽4封閉一端22為圓角，便于加工。中心活動(dòng)翼片2底部?jī)啥藥в袌A角或斜角，能減少閉合運(yùn)動(dòng)時(shí)與空心鉆頭體1的干涉。

顯而易見(jiàn)的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實(shí)施例中描述過(guò)并且在附圖中描述了實(shí)施例，但本發(fā)明不限制由附圖示例和在實(shí)施例中描述的作為目前認(rèn)為的最佳模式以實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)的特定例子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求的任何實(shí)施例。