專利名稱：用于沖擊式巖石鉆孔的插入部分、鉆頭和螺紋接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)隨后獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的用于沖擊式巖石鉆孔的插入部分、鉆頭和螺紋接頭。
背景技術(shù)：
在巖石中進(jìn)行沖擊式頂錘鉆孔中，鉆柱往往通過桿或管的一個(gè)端面緊固在鉆機(jī)中的鉆桿尾連接件中。桿或管的另一個(gè)端部螺紋連接在另一根桿或另一根管或鉆頭上以進(jìn)行沖擊鉆孔。該桿或管也可以通過螺紋套筒緊固在鉆桿尾連接件或另一個(gè)零件上。沖洗通道延伸穿過整個(gè)鉆柱以便將沖洗介質(zhì)引導(dǎo)給鉆頭以清洗鉆頭刀具。
在鉆孔時(shí)，鉆柱即鉆頭、桿、管、套筒和鉆桿尾連接件會(huì)受到機(jī)械和腐蝕侵蝕。在其中采用水作為沖洗介質(zhì)并且環(huán)境潮濕的地下鉆孔時(shí)尤為如此。侵蝕在受到最大應(yīng)力的部分處即在螺紋連接底部和其它尺寸減小部分即具有較小橫截面積的部分處尤為嚴(yán)重。在鉆頭到達(dá)在巖石中的空腔中的斜壁時(shí)該鉆具往往受到彎矩。隨著由沖擊波和彎曲應(yīng)力引起的脈動(dòng)應(yīng)變，出現(xiàn)疲勞或斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于明顯改善在用于沖擊巖石鉆孔的鉆孔元件中的抗疲勞性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于明顯改善在用于沖擊巖石鉆孔的鉆孔元件中的橫斷面積減小部分中的抗疲勞性。
本發(fā)明的再一個(gè)目的在于明顯改善在用于沖擊巖石鉆孔的鉆孔元件中的螺紋部分中的螺紋底部中的抗疲勞性。


這些和其它目的是通過用于沖擊巖石鉆孔的插入部分、鉆頭和螺紋接頭來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們具有根據(jù)隨后獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分參照附圖所述的特征。
圖1以側(cè)視圖顯示出傳統(tǒng)鉆桿的插入部分。
圖2以側(cè)視圖顯示出傳統(tǒng)鉆桿的另一個(gè)插入部分。
圖3A以側(cè)視圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的鉆桿的插入部分。
圖3B顯示出根據(jù)在圖3A中的B-B線剖開的剖視圖。
圖3C顯示出根據(jù)在圖3A中的C-C線剖開的剖視圖。
圖3D顯示出該插入部分的透視圖。
圖4顯示出根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的軸向剖視圖。
圖5以局部剖開的方式顯示出根據(jù)本發(fā)明的螺紋接頭。
具體實(shí)施例方式
在圖1和2中所示的用于沖擊鉆孔的每個(gè)鉆桿1、2在其一個(gè)端部處設(shè)有螺紋插入部分3，在另一個(gè)端部處設(shè)有呈內(nèi)螺紋套筒形部分的凹入部分(未示出)。插入部分3在該情況中優(yōu)選通過摩擦焊接與圓桿4連接。該插入部分的最弱橫斷面在橫斷面積最小的位置處，參見螺紋間隙5和最后的螺紋匝6。
在利用有限元方法(FEM)模擬彎曲試驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)可以明顯降低在插入部分的最弱橫斷面處的負(fù)載，由此延長(zhǎng)這些插入部分的壽命。
在圖3A-3D中所示的用于沖擊鉆孔的鉆桿10的端部形成有設(shè)有陽(yáng)螺紋或外螺紋12的根據(jù)本發(fā)明的套口接頭或插入部分11。該鉆桿還具有貫通的沖洗通道13，通過它引導(dǎo)通常為氣體或水的沖洗介質(zhì)。插入部分11的端面形成環(huán)形鄰接面14，它在與鉆頭連接時(shí)用來(lái)抵靠在位于鉆頭中的中央凹槽底部處的相應(yīng)環(huán)形鄰接面上。在插入部分11上的螺紋的整個(gè)輪廓的面積具有最小的第一橫截面積X，參見在圖3B中的虛線區(qū)域。該插入部分11包括最后螺紋匝15或螺紋出口，它具有相對(duì)于螺紋的全部輪廓區(qū)域增大的第二橫截面積，參見在圖3C中的虛線區(qū)域Y。插入部分的最小橫截面積設(shè)在該螺紋具有全部輪廓的區(qū)域中，并且第二橫截面積在離第一橫截面積1-5mm的間隔內(nèi)測(cè)量出。螺紋12設(shè)在位于插入部分的端部處的第一部分16處。部分16的長(zhǎng)度L為距離假想筆直圓柱體C的沖擊面14的平面P的長(zhǎng)度，該假想圓柱體接觸著螺紋的外周或外徑Dy，參見圖3D。圓柱體C的外徑Dy優(yōu)選小于37mm。平面P垂直于中心線CL。由圓柱體的直徑Dy分開的長(zhǎng)度L位于1-2的間隔內(nèi)。該間隔優(yōu)選為1.2-1.9，最優(yōu)選為1.3-1.6。作為一個(gè)示例，可以提出，長(zhǎng)度L＝57mm并且Dy＝32.85mm的插入部分其大致配額1.7，并且長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝44.3mm并且Dy＝32.85的插入部分其大致配額為1.3。鄰接面14通過斜面與圓柱形或錐形套口接頭17連接。該套口接頭17沒有螺紋，并且在某些情況中在已經(jīng)安裝有連接部分時(shí)在鉆頭中的凹槽中轉(zhuǎn)動(dòng)。套口接頭17與螺紋12連接。
在圖4中所示的用于沖擊鉆孔的鉆頭20包括一鉆頭頭部21和一柄部或套筒22。鉆頭21和套筒22形成為一個(gè)部件。在這些附圖中畫出了用于鉆頭20和插入部分10的共同縱向中心線CL。該鉆頭20設(shè)有帶有內(nèi)部陰螺紋24的凹槽23，它將容納插入部分10的外部陽(yáng)螺紋12。根據(jù)本發(fā)明的鉆頭的鉆頭頭部21按照通常方式設(shè)有在所示實(shí)施方案中為硬質(zhì)合金嵌入件形狀的巖石切削部件，其中顯示出圓周定位的多個(gè)外圍嵌入件25和兩個(gè)前部按鈕26。多條沖洗通道27在鉆頭的凹槽23和鉆頭頭部21的前部之間軸向延伸。在所述凹槽的底部處設(shè)有用于插入部分10的鄰接面14的鄰接面30，即所謂的底部鄰接面。
螺紋24包括其橫截面積減小的螺紋間隙28。螺紋24設(shè)在凹槽23中的第二部分29處。部分29的長(zhǎng)度L′為距離沖擊面30的平面P′的長(zhǎng)度，在所述平面處假想的筆直圓柱體C′接觸著螺紋的內(nèi)圓周Di。圓柱體C′的內(nèi)徑Di優(yōu)選小于37mm，優(yōu)選小于36mm。該平面P′優(yōu)選與中心線CL垂直。由圓柱體的直徑Di分開的長(zhǎng)度L′位于間隔1-2的范圍內(nèi)。該間隔優(yōu)選為1.2-1.9，最優(yōu)選為1.3-1.6。鄰接面30通過臺(tái)肩與螺紋間隙28連接。該螺紋間隙與螺紋24連接。作為示例，可以提出，長(zhǎng)度L′＝39.7mm并且Di＝29.5的鉆頭其大致配額為1.4，并且長(zhǎng)度為L(zhǎng)′＝52.5mm并且Di＝29.5的插入部分其大致配額為1.8。
只要該螺紋具有全部輪廓，則從平面P、P′中計(jì)算出L、L′。可選的是，筆直圓柱體應(yīng)該能夠在插入部分10上進(jìn)入，或者以滑動(dòng)配合方式從平面P、P′進(jìn)入凹槽23一段距離或長(zhǎng)度L、L′，直到圓柱體沒有螺紋或抵靠在加厚的螺紋端部上。
在圖5中，顯示出根據(jù)本發(fā)明的螺紋接頭40，它包括插入部分10和鉆頭20。插入部分10已經(jīng)擰入到鉆頭20中直到?jīng)_擊面14和30相互抵觸。由于在插入部分10上的橫截面積減小的部分設(shè)在距離接頭40的自由端相對(duì)較短的位置處，所以彎曲應(yīng)力在那里將低于在柄部明顯更長(zhǎng)的普通接頭處。該插入部分和鉆頭包括軸向和徑向設(shè)置在螺紋外面的用來(lái)在安裝期間相互滑動(dòng)配合的圓柱形表面。
本發(fā)明其依據(jù)在于，螺紋越短，則所導(dǎo)致的彎曲應(yīng)力越低。在最后螺紋匝或螺紋間隙中的拉伸與已知接頭相比降低了至少30％。從圖3A、4和5中可以總結(jié)，在每個(gè)部分上通常僅有少許螺紋匝例如兩個(gè)螺紋匝與另一個(gè)部分接合。在傳統(tǒng)的螺紋接頭的情況下，正常的工具壽命大約為850m，而新的插入部分在認(rèn)為該接頭已經(jīng)磨壞之前達(dá)到大約2050m。
在本申請(qǐng)要求了其優(yōu)先權(quán)的瑞典專利申請(qǐng)No.0201989-1中的公開內(nèi)容在這里被結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于沖擊式巖石鉆孔的插入部分，它包括橫截面積減小的部分，用于進(jìn)行沖擊式巖石鉆孔的至少一個(gè)螺紋(12)，其設(shè)在位于插入部分的端部處的部分(16)處，該插入部分的所述端部包括用于傳遞沖擊波的鄰接面(14)，所述插入部分在該螺紋具有全部輪廓的區(qū)域處具有第一橫截面積，其特征在于，所述部分(16)的長(zhǎng)度(L)定義為圓柱體(C)距離沖擊面的平面(P)的長(zhǎng)度，圓柱體的直徑與螺紋的外徑(Dy)一致，其中由螺紋的外徑(Dy)劃分的所述長(zhǎng)度位于1-2的間隔內(nèi)，所述插入部分具有正好超出所述面積的第二橫截面積，所述第二橫截面積大于所述第一橫截面積。
2.如權(quán)利要求1所述的插入部分，其特征在于，所述插入部分的最小橫截面積設(shè)在螺紋具有全部輪廓的區(qū)域處，并且第二橫截面積在離第一橫截面積間隔1-5mm的范圍內(nèi)測(cè)量出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的插入部分，其特征在于，所述間隔為1.2-1.9，最優(yōu)選為1.3-1.6，并且圓柱體(C)的外徑(Dy)優(yōu)選小于37mm。
4.如權(quán)利要求1所述的插入部分，其特征在于，該插入部分與鋼桿或鋼管的端部牢固連接并且形成鉆桿，并且該鉆桿包括貫通的沖洗通道(13)。
5.一種用于沖擊式巖石鉆孔的鉆頭，它包括橫截面積減小的部分，所述鉆頭(20)設(shè)有包括內(nèi)部陰螺紋(24)的中央凹槽(23)，該內(nèi)部陰螺紋設(shè)在凹槽(23)中的部分(29)處并且用于進(jìn)行沖擊巖石鉆孔，所述凹槽包括一鄰接面(30)，其特征在于，該部分(29)的長(zhǎng)度(L′)定義為筆直圓柱體(C′)距離沖擊面(30)的平面(P′)的長(zhǎng)度，圓柱體的直徑與螺紋的內(nèi)徑(Di)一致，其中由螺紋的內(nèi)徑(Di)劃分的所述長(zhǎng)度(L′)位于1-2的間隔內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的鉆頭，其特征在于，該間隔為1.2-1.9，最優(yōu)選為1.3-1.6，并且圓柱體(C)的外徑(Dy)優(yōu)選小于36mm。
7.如權(quán)利要求5或6所述的插入部分，其特征在于，該插入部分與鋼桿或鋼管的端部牢固連接并且形成鉆桿(25)，并且該鉆桿包括貫通的沖洗通道(20)。
8.一種在插入部分和鉆頭之間用來(lái)進(jìn)行沖擊巖石鉆孔的螺紋接頭，所述插入部分包括橫截面積減小的部分，用于進(jìn)行沖擊式巖石鉆孔的至少一個(gè)螺紋(12)設(shè)在位于插入部分的端部處的第一部分(16)處，該插入部分的所述端部包括用于傳遞沖擊波的鄰接面(14)，所述插入部分在該螺紋具有全部輪廓的區(qū)域處具有第一橫截面積，所述鉆頭包括橫截面積減小的部分，所述鉆頭(20)設(shè)有中央凹槽(23)，它包括設(shè)在凹槽(23)的另一個(gè)部分(29)處的用于進(jìn)行沖擊巖石鉆孔的內(nèi)部陰螺紋(224)，所述凹槽包括一鄰接面(30)，其特征在于，所述第一部分(16)的長(zhǎng)度(L)定義為圓柱體(C)距離沖擊面的平面(P)的長(zhǎng)度，在那里圓柱體接觸著螺紋的外徑(Dy)，其中由螺紋的外徑(Dy)劃分的所述長(zhǎng)度位于1-2的間隔內(nèi)，并且第二部分(29)的長(zhǎng)度(L′)定義為距離筆直圓柱體(L′)的沖擊面(30)的平面(P′)的長(zhǎng)度，在那里圓柱體接觸著螺紋的內(nèi)徑(Di)，并且由螺紋的內(nèi)徑(Di)劃分的所述長(zhǎng)度(L′)位于1-2的間隔內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的插入部分，其特征在于，所述間隔為1.2-1.9，最優(yōu)選為1.3-1.6，并且圓柱體(C)的外徑(Dy)優(yōu)選小于37mm。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于沖擊式巖石鉆孔的插入部分(10)，它包括橫截面積減小的部分，用于進(jìn)行沖擊式巖石鉆孔的至少一個(gè)螺紋(12)，其設(shè)在位于插入部分的端部處的部分(16)處。該插入部分的所述端部包括用于傳遞沖擊波的鄰接面(14)。所述部分(16)的長(zhǎng)度(L)定義為圓柱體(C)距離沖擊面的平面(P)的長(zhǎng)度，圓柱體的直徑與螺紋的外徑(Dy)一致，其中由螺紋的外徑(Dy)劃分的所述長(zhǎng)度位于1－2的間隔內(nèi)。本發(fā)明還涉及鉆頭和螺紋接頭。
文檔編號(hào)E21B17/042GK1662726SQ03814806
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者博·卡爾斯特倫, 安德斯·布龍斯, 克里斯特·倫德貝里, 佩爾－奧洛夫·利耶布蘭德 申請(qǐng)人:山特維克公司