一種牙輪掏穴鑽頭的製作方法

2023-07-03 00:30:36 1

本實用新型涉及擴穴鑽頭領域，特別是指一種牙輪掏穴鑽頭。

背景技術：

掏穴鑽頭(又名擴穴鑽探)，是煤礦瓦斯抽採和探放水時用於從鑽孔內部擴大鑽孔孔徑且不影響孔口段孔徑的一類鑽頭。現有的掏穴鑽頭主要以鑽井(鑽孔)衝洗液為動力，在鑽孔任意位置需要擴孔處，加壓使掏穴翼張開即可進行擴孔作業。鑽頭主體為合金鋼，掏穴部分為兩翼結構(或單翼結構)，兩掏穴翼根據地層條件的不同或使用時的磨損情況進行更換，掏穴翼主體為合金鋼，碎巖部分為聚晶複合片或硬質合金。

現有掏穴鑽頭，其上部為絲扣與鑽杆或鑽鋌連接，內部為傳力閥杆、回位彈簧和齒條，下部為鑽頭導正部分，導正部分可根據鑽孔的口徑設計加工。該鑽頭的掏穴原理是：鑽孔衝洗液通過鑽具內管推動鑽頭內的閥杆，閥杆向下運動時帶動齒條一起向下運動，齒條帶動端部有齒輪的掏穴翼，掏穴翼繞旋轉軸進行旋轉，進行擴孔作業，鑽頭靠鑽具的重力或動力頭施加壓力進行迴轉擴孔，與此同時鑽孔衝洗液起冷卻鑽頭和攜帶破碎巖屑排渣的作用；擴孔至設計要求後，提出鑽杆，掏穴翼在回位彈簧的作用下回縮，鑽頭主體尺寸小於上部未掏穴部分的鑽孔尺寸，逐漸將鑽頭提升至孔口。現有掏穴鑽頭在鑽進硬地層或軟硬交錯的硬夾層時，掏穴翼承壓面積大，易磨損，鑽頭切入困難，工作效率低。

技術實現要素：

本實用新型提出一種牙輪掏穴鑽頭，解決了現有鑽頭在鑽進硬地層或軟硬交錯的硬夾層時，掏穴翼易磨損，鑽頭切入難的問題。

本實用新型的技術方案是這樣實現的：

一種牙輪掏穴鑽頭，包括：用於同外部機構連接的連接件，其中間設有上下貫穿的通孔；連接件的下部開設有兩個滑槽，滑槽位於通孔的兩側，且與通孔連通；底部呈錐形的頂杆，設於通孔內，可沿通孔上下滑動；對稱設於頂杆兩側的兩根支腿，支腿的頂端設於滑槽內，與連接件鉸接；支腿隨著頂杆向下滑動沿滑槽向外側打開；固定塊，與支腿一一對應設於支腿的內側，支腿閉合時，固定塊之間相互接觸，頂杆的頂尖正對固定塊的接觸縫；牙輪，每根支腿的下端至少固定設置一個牙輪。

作為本實用新型的進一步改進，頂杆呈丁字形，其頂部設有限位塊。

作為本實用新型的進一步改進，連接件呈凸臺型。

作為本實用新型的進一步改進，支腿的下部呈凸臺型，其外徑逐漸減小。

本實用新型的有益效果為：

本實用新型的牙輪掏穴鑽頭，牙輪隨鑽頭公轉的同時，因牙輪與煤壁接觸，會產生產生了滾動、滑動、衝擊振動的複合碎巖作用這種複合作用可分為衝擊壓碎作用和切削剪切作用，起到快速破煤的目的：鑽頭工作時產生的衝擊載荷有利於破碎巖石；牙輪齒對巖石的剪切破碎作用，是由於牙輪齒相對孔底巖石滑動而產生的，產生滑動的主要因素是由於牙輪齒布置時的超頂、移軸和復錐而產生的。本實用新型的牙輪掏穴鑽頭，使用時掏穴翼承壓面積小，不易磨損，鑽頭切入容易，鑽進效率高。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實施例中牙輪掏穴鑽頭的結構示意圖；

圖2為實施例中牙輪掏穴鑽頭的使用狀態示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

如圖1所示，為說明性實施例中牙輪掏穴鑽頭的結構示意圖。

實施例中的牙輪掏穴鑽頭，包括：用於同外部機構連接的連接件1，底部呈錐形的頂杆2，對稱設於頂杆兩側的兩根支腿3，固定塊4和牙輪5；其中，連接件1中間設有上下貫穿的通孔；連接件1的下部開設有兩個滑槽，滑槽位於通孔的兩側，且與通孔連通；頂杆2設於通孔內，可沿通孔上下滑動；支腿3的頂端設於滑槽內，與連接件1鉸接；支腿3隨著頂杆2向下滑動沿滑槽向外側打開；每根支腿3的下端至少固定設置一個牙輪5；固定塊4與支腿3一一對應設於支腿3的內側，支腿3閉合時，固定塊4之間相互接觸，頂杆2的頂尖正對固定塊4的接觸縫。

為了限制頂杆2向下滑動的限度，實施例中頂杆2呈丁字形，其頂部設有限位塊21。

為了便於安裝，實施例中連接件1呈凸臺型。

為減小支腿3閉合時安裝牙輪一端的寬度，實施例中支腿3的下部呈凸臺型，其外徑逐漸減小。

實施例中鑽頭工作時，利用打鑽冷卻水衝擊限位塊21，頂杆2向下移動，頂杆的頂尖先打開兩塊接觸的固定塊4，兩條支腿3向外側打開(如圖2所示)。鑽機開始運轉，鑽杆通過帶動連接件1進而帶動鑽頭在巖層段先慢速迴轉後，牙輪與煤壁接觸，逐步破煤擴孔，直至兩條支腿3與牙輪5在離心力的作用下張至最大程度，進而將鑽孔擴至最大。該部位鑽孔擴至最大後，逐步提鑽杆進行下一部分鑽孔擴孔。擴孔過程中儘量少推進鑽杆(防止支腿3與牙輪5插入煤層，扭矩增大過快，損壞鑽頭)，必須緩慢外提鑽杆，如此才能將鑽孔擴至最佳程度。

實施例中的牙輪掏穴鑽頭，在一定的壓力和迴轉力作用下，鑽頭上的牙輪產生了滾動、滑動、衝擊振動的複合碎巖作用，這種複合作用可分為衝擊壓碎作用和切削剪切作用：鑽頭工作時產生的衝擊載荷有利於破碎巖石；牙齒對巖石的剪切破碎作用，是由於牙齒相對孔底巖石滑動而產生的，產生滑動的主要因素是由於牙齒布置時的超頂、移軸和復錐而產生的。現有技術中，鑽極軟到中硬巖層的鑽頭，一般兼有移軸、超頂和復錐；一部分中硬或硬地層用的鑽頭，有超頂和復錐；極硬和研磨性很強的巖層所用的鑽頭是純滾動而無滑動的鑽頭。實施例中的牙輪掏穴鑽頭，由移軸引起的軸向滑動，可以剪切掉齒圈之間的巖石，由超頂和復錐所引起的切線方向滑動，可以剪切掉同一齒圈相鄰牙齒破碎坑之間的巖石。

實施例中的牙輪掏穴鑽頭，牙輪在孔底繞鑽孔軸線和繞牙輪軸滾動時，對巖石起壓入壓碎剪切作用的同時，帶有一定頻率的衝擊，從而提高了碎巖效果；牙輪破煤時，迴轉時轉矩小，消耗的功率也小；軸心載荷均勻分布在碎巖牙輪上，在牙齒與巖石不大的接觸面上，造成很高的比壓，提高了碎巖效果；牙輪沿孔底滾動時，牙齒與巖石的接觸傳遞載荷為瞬時的，因此接觸時間短，這便減少了牙齒的磨損，延長牙齒的壽命，同時，瞬時接觸造成的動載，亦強化了碎巖；牙齒與巖石的接觸時間短，因接觸摩擦而產生的熱量少，此熱量在牙輪迴轉一周中可由衝洗介質完全帶走，因此不會因過熱而降低牙齒的力學性能。本實用新型的牙輪掏穴鑽頭，使用時掏穴翼承壓面積小，不易磨損，鑽頭切入容易，鑽進效率高。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。