多段式冲击钻头组件的制作方法

专利名称：多段式冲击钻头组件的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及大直径气动冲击锤，尤其涉及具有钻头组件的可拆卸钻 头的大钻头组件。
背景技术：
由于在钻头组件工作端的腐蚀性的环境条件，任何钻头组件的钻头头部 通常比柄磨损得快是已知的。 一些钻头组件甚至在钻头组件的柄仍然可以使 用时就完全废弃了。这是由于钻头组件的钻头头部部分磨损的如此严重，使 得钻头头部不能复原回正常运转的状态的事实。
众所周知，过去钻头组件的钻头头部的定期更换，打磨位于钻头头部的 钻头组件切削元件，或更换整个钻头将极大地提高钻孔系统的总生产率。同 样众所周知的是，保养和更换整个钻头组件对于总的操作来说是非常昂贵 的。取决于用来执行该任务的设备，用于更换或重新修整磨损的大型钻孔机 的钻头头部的现有方法昂贵，劳动强度大，并且有时是危险的。打磨位于钻 头头部的切割元件的劳动强度非常大并且在一些场合不能完全在现场完成， 再一次增加了操作的总成本。
因此，采用了各种努力以平衡保持钻头必须有效地钻孔，且同时通过各 种努力保持钻头的使用时间尽可能长以减少操作成本。更换钻头头部的目的 是保持钻头组件的钻头头部在其操作过程中尽可能的有效，但是通过使得能 简单地，以最少的劳动时间来更换钻头组件的钻头头部，使得钻头组件的成 本最小化。
同样众所周知以下事实，由于需要特定的机器以制造这种大钻头组件并 且需要提供昂贵的大型钢锻件，大钻头组件更加昂贵。所有这些以及销售这
13些产品的市场范围有限，使得这些特定大型的钻头组件的成本较高、对于多 数这种尺寸的钻孔操作有时是承担不起，除非发现其它的在地层钻孔的装置 均不合适。
存在多种试图更换钻头组件的钻头头部的设计，但是主要集中在较小的 钻头组件，以及将钢铸件拖入到钻头组件后面的钻孔内的必要性上。
Ray R. Sanderson的美国专利US 1995043示出了在旋沖钻或冲击钻中使 用的切割元件的更换。当磨损的时候钻头组件的前工作部是可更换的。
Robert E. Conover的美国专利US 3152654和US3260319示出了具有可 更换部分的冲击类型钻头，该可更换部分通过牢固的止动销和滚销(roll pin) 保持在适当的位置。
Kenneth M. White的美国专利US4051912示出了具有螺紋连接且楔牢在 一起的可更换的前工作部分的钻头组件。
John F. Kita等人的美国专利US4083415示出了具有可更换的前工作部 分的钻头组件，该可更换的前工作部分依靠通过螺紋插头牢固的钢球固定。
Robert Lovell等人的美国专利US4085809示出了具有可更换的钻头头部 的钻头组件及其零件，其使用螺紋装置组装在一起。
Allen E. Bardwell的美国专利US4466498示出了具有可更换的钻头头部 的钻头组件，这些可更换的钻头头部使用螺栓或螺紋固定件固定。
JackH. Pascale的美国专利US4919221示出了具有可更换的钻头头部的 钻头组件，该可更换的钻头头部通过传动花键螺旋锁定工具连接和保持。
Yoshimi Ishihara等人的美国专利US5113594和Takeshi Hayashi等人的 美国专利US5139099示出了钻头组件，该钻头组件包括钻头组件的钻头头 部，该钻头头部可更换，但是以钻头头部能够在钻头组件内旋转的方式固定。
Jack H. Pascale的美国专利US6021856示出了具有可更换的钻头头部的 钻头组件，该可更换的钻头头部通过环形段保持在适当的位置。
Adris L. Holte的美国专利US5787999和US5975222示出了具有在下铰 孔系统中使用的可更换的收缩和伸展臂的钻头组件。
上面列出的或已知的现有技术专利没有一个考虑用一组凸耳旋转地驱 动钻头头部，并且通过保持在适当位置的坚固保持构件和滚销将钻头头部保 持在钻头组件上，以容易地拆卸和安装钻头头部。此外，几个上面提及的专 利企图将钻头组件的钻头头部刚性地固定在柄上以传递冲击力能量，这^d
14现肯定地限制了保持构件的平均寿命。此外，上面提及的专利没有一个提到或者企图将钻孔力分离到更适于该装置的更好地设计的力承载构件上。

发明内容
头组件的钻头头部可容易地更换而不需要废弃钻头组件的柄从而降低钻大直径地层孔的总成本的新的方法和产品，该柄很少需要更换或重磨。
本发明的另一个目的是通过允许不同大小和结构的钻头头部安装到柄上而^f吏得钻头组件能得到更有效地利用，由于减少了高代价的多种完整钻头的库存量而更有效地减少了整个系统的成本。
这里描述的发明的再一个目的是允许简单地并且安全地更换钻头组件的钻头头部而不需要从气动冲击装置上完全拆卸整个钻头组件。不需要昂贵的辅助设备以执行钻头组件的钻头头部的更换也是想要的。
本发明的另 一个目的是能在不减少钻孔的执行或效率的情况下沿顺时针旋转钻孔方向或逆时针钻孔方向操作这里描述的发明。
本发明的另一个目的是提供钻孔力的分离，或在连接的柄和钻头头部的零件上选择性地施加或避免施加扭转力，因此更好地设计了力承载构件使得它们更适合特定的力和应用。
本发明4是供一种将柄和钻头相连，以在相对于钻头头部旋转柄时在连接的柄和钻头头部的零件上选择地施加或者避免施加扭转力的方法。提供具有柄通道的柄，该柄通道具有柄通道区域。提供具有钻头头部通道区域的钻头头部。提供保持构件，该保持构件的保持构件区域小于柄通道区域和钻头头部通道区域。柄具有互补的凸耳和凹槽结构，其中柄具有凹槽或凸耳并且钻头头部具有互补的凸耳或凹槽，其中当钻头头部和柄旋转地接合在一起时凸耳和凹槽相接合。当正在操作时柄和钻头头部相接合并且互补的凸耳和凹槽结构相接合。当接合在一起时柄通道区域和钻头头部通道区相对准时，通过柄和钻头头部的相对准的通道插入保持构件。在接合在一起时相对于钻头头部旋转柄。当柄和钻头头部在旋转时，凸耳和凹槽结构接收所有施加的扭转力并且没有扭转力施加于保持构件。
本发明也提供将柄和钻头相连以形成钻头组件的方法，该钻头组件将钻孔力分别地施加到钻头组件的不同零件上。提供具有柄拔出负荷连接构件、柄扭转负荷构件和柄冲击力构件的柄。柄拔出负荷连接构件、柄扭转负荷构件和柄冲击构件都是彼此独立的构件并且是柄的组成部分。提供具有钻头头
部拔出负荷连接构件、钻头头部扭转负荷连接构件和钻头头部沖击力构件的钻头头部。钻头头部拔出负荷连接构件、钻头头部扭转负荷构件和钻头头部
合。柄与钻头头部接合，使得柄拔出负荷连接构件接合钻头头部拔出负荷连接构件，从而当拔出钻头组件时，拔出力作用在拔出负荷连接构件上并且不作用在扭转负荷构件或冲击力构件上。柄与钻头头部接合，使得柄扭转负荷构件与钻头头部扭转负荷构件相接合，从而当旋转钻头组件时旋转力作用在
头部接合，使得柄冲击力构件与钻头头部冲击力构件接合，从而当钻头组件
扭转负荷构件上。 A '、
本发明也提供一种钻头组件。该钻头组件具有柄，该柄具有在柄裙座部分内的柄通道。裙座部分具有开口。柄通道具有柄通道区域。柄通道开始于柄裙座部分的外表面并且结束于位于柄裙座部分的开口处的柄裙座部分内表面。钻头组件具有钻头头部，钻头头部具有中心立柱。中心立柱具有一区域，使得当柄和钻头头部组装在一起时其能安装到柄裙座部分的开口内。中心立柱具有钻头头部通道，该钻头头部通道具有钻头头部通道区域。当柄和钻头头部组装在一起时钻头头部通道和柄通道相对准。具有保持构件，保持构件具有保持构件区域，该保持构件区域小于柄通道区域和钻头头部通道区域。当柄和钻头头部组装在一起时，保持构件插入到柄通道内并延伸到钻头头部通道内。保持构件是可拆卸的，从而当拆卸保持构件时能分离钻头头部和柄。柄可具有位于底部上的凸耳或位于底部上的凹槽。钻头头部具有位于底部上的凹槽或凸耳。
钻头头部通道可大于柄通道区域。也可使用相反的情况，也就是钻头头部通道区域可小于柄通道区域。
凸耳可具有垂直于冲击方向的凸耳表面。凹槽可具有垂直于冲击方向的凹槽表面。凸耳表面不接触凹槽表面。
凹槽可具有磨损垫。
凸耳可具有磨损垫。柄冲击力表面接触钻头头部冲击力表面。
中心立柱可具有磨损带。开口可具有磨损带。
保持构件可以是中空、圓柱形、内部带螺紋、长方形的或这些形状的任意组合。保持构件可以是挠性的。保持构件可包括用于支撑冲击能量隔离器的槽。


图1是完全组装后的钻头组件的立体图，示出了接合在一起的钻头头部和柄。
图2是该结构的竖直分解立体图，示出了将钻头头部保持在柄里的方法并示出了在操作期间用于旋转地驱动钻头头部的互补的凸耳和凹槽结构。图3是侧面分解立体图，示出了将钻头头部保持在柄中的方法并示出了
图4包括钻头组件的横截面图，其带有保持构件的放大图。图4a是通过柄和钻头头部的保持构件的沿着图4中的线A-A截取的截面图。
图4b是通过柄和钻头头部的保持构件的沿着图4中的线B-B截取的截面图。
图5是连接到柄的多件式(multi-piece)钻头头部的立体分解图。图5a是连接到柄的多件式钻头头部的横截面图。
图6是单个钻头头部的立体分解图，该单个钻头头部具有三个用于旋转地驱动和保持钻头头部的立柱。
图7是锥形的锁定外环结构-单个钻头头部的立体分解图。图7a是锥形的锁定外环结构-单个钻头头部的横截面图。图8是多部分锥形锁定工作钻头头部的立体分解图。图9是压入到柄中的凸耳的立体分解图。
图10是钻头组件的立体分解图，该钻头组件具有两个保持构件，该保持构件与钻头头部的中心立柱的外表面接合。
图10a是钻头组件的横截面图，该钻头组件具有两个与钻头头部的中心立柱的外表面接合的保持构件。
17图11是钻头组件的横截面图，其中该钻头组件仅使用一个保持构件，
该保持构件穿过钻头头部和柄通道。
图12是具有位于柄上的磨损带的钻头组件的立体分解图。
图13是具有位于钻头上的磨损带的钻头组件的立体图，其包括凹槽的
放大图。
图14是具有比柄通道区域小的钻头头部通道区域的钻头组件的横截面
图，其具有保持构件的放大图。
图15是具有磨损带的柄的立体图。
图15a是具有磨损带的柄的立体分解图。
图16是带螺紋的保持构件的立体图。
图17是具有位于柄上的凹槽和位于钻头头部上的凸耳的钻头组件的立体分解图。
图18是保持构件的侧平面图。
图18a是保持构件的立体图。
图19是钻头组件的另一个实施方式的分解立体图。
图20是保持构件的另一个实施方式的立体图。
图20a是图20所示的保持构件的立体图。
图21是带的立体图。
图22是钻头组件的另一个实施方式的剖视图。
图23是沿着图22所示的钻头组件的A-A截取的剖视图。
具体实施例方式
解释性的定义和例子钻头
a. 通过一种方法与冲击传递装置接合的可更换冲击接收附件，该方法通过沖击传递装置旋转钻头并且保持钻头以限定钻头相对于冲击传递装置的轴向移动。钻头被用来将能量从冲击传递装置传递到岩层中，用于破裂、切割和挖掘。
b. 用来将沖击能量或锤打能量传递到想要挖掘的地层中的冲击接纳机械装置。
钻头组件当组装在一起时形成一相似的可更换的冲击接纳附件的部件，其与冲击传递装置一起使用以挖掘岩层。该组件典型地将装置接合件和岩石接合件(工作部)分开。因此，允许在独立的间隔处更换这些件中的每一个。
柄
a. 钻头或钻头组件的部分，其接合冲击产生装置或是连接到冲击产生装置的连接零件。
b. 钻头/钻头组件的装置沖击接收部分。钻头头部
与用于挖掘的岩层接合的钻头/钻头组件的沖击能量传递部分。钻头头部能设计成多种形状和构造。它通常包括岩石切割或破裂元件，该岩石切割或破裂元件是较硬的或较耐磨的物质。将柄和钻头相连接
由于将钻头的柄部分和钻头的工作部分分成分离的本体，必须开发一种将这些本体连上或连接在一起的方法。连接意味着放置到一起或连接，使得相对独立的移动受限，在这种情形下使用机械零件。在连接的柄和钻头头部的零件上选择性地施加或者避免施加扭转力
通过机械设计，可实现在与冲击产生装置一起的钻头组件的操作期间产生的力的分离。由于在帮助挖掘地层的操作期间需要旋转钻头组件装置的性质，这种力中的一种是扭转力或旋转力。通道
路径、沟槽、槽、孔、缝或孔道， 一些东西可以通过它们、在它们之上、沿着它们或穿过它们。这种设计中的一个该种通道表现为用来5)导保持构件的开口。通道区域
是位于柄部分和钻头头部部分上的通道的横截面区域和横截面形状。它能是孔的直径或沟槽的宽度或槽的宽度。保持构件
将钻头头部和柄相连的部件。容纳在柄通道和钻头头部通道内的部件，
圆形横截面区域。其可具有矩形横截面区域以提供平面接触表面，作为对照，圓形横截面区域仅仅提供线接触表面。
19保持构件区域
保持构件的横截面区域和横截面形状的描述。如果保持构件是圓形的其将是保持构件的直径。保持构件区域能是长方形的参数。互补
相互关联或者匹配的部件的系统。它能是传递特定力例如旋转力的整体系统。
凸耳
延伸超过正常工作表面，用于接合互补的插口的突片、凸块或杆。
IB或凹部。
凸耳和凹槽结构；
凸耳和凹槽的组合系统。
凸耳和凹槽接合在一起
当凸耳可滑动地配合到凹槽中时。凸耳的所有表面不必接触凹槽的所有表面。
旋转地接合
当旋转力通过冲击产生装置施加于柄时，并且当由于钻头头部和岩层之
方向的位于凸耳上的表面接合平行于冲击方向的位于凹槽上的表面，并且系
统变成旋转地接合。
柄和钻头头部的接合
将柄和钻头头部移到彼此连接以进行操作的位置。 一个例子包括将钻头头部的立柱部分滑入到柄部分空穴中。互补凸耳和凹槽结构的接合
将凸耳和凹槽移到彼此连接以进行操作的位置。柄通道区i或和钻头头部通道区域相对准
可自由地将保持构件通过柄通道区域进入到钻头头部通道区域，或者反之亦然。 一个例子是当互补的凸耳和凹槽构件接合在一起时，在柄上的孔与在钻头头部上的孔相匹配，使得保持构件能穿过两个孔并将钻头头部和柄连接在一起。
当接合在一起时保持构件不接触钻头头部通道的内表面
20当旋转力通过冲击产生装置施加于柄部分时，并且当由于钻头头部和岩件不接触内表面。
钻头头部通道的内表面
帮助形成钻头头部通道的形状的任何表面，如果保持构件在移动中不被限制能接触到该表面。当接合在一起时相对于钻头头部旋转柄
围绕轴线移动柄并且因为柄与钻头头部连接在一起，所以又绕着轴线移
面(钻头头部接合岩石的部分)和岩石之间产生的阻力保持的时候，柄部分
旋转并使得凸耳和凹槽表面之间接触。
垂直于冲击方向的凸耳表面
在位于沖击产生装置上的钻头组件的旋转操作期间或冲击操作期间凸耳表面不接合凹槽结构。 一个例子是在凸耳顶部的水平表面。垂直于沖击方向的凹槽表面
在位于冲击产生装置上的钻头组件的旋转操作期间或冲击操作期间凹槽结构表面不接合任何凸耳表面。其一个例子是在凹槽顶部上的水平表面。垂直于冲击方向
定义为垂直于柄部分的中心轴线而形成的平面。作为一个例子，它可以是水平平面。磨损垫
由具有该应用所希望的性质的材料制成的承载负荷的可更换件。它可以是环。
柄冲击力表面
与钻头头部接触的并垂直于冲击方向的柄部分表面。该表面是在操作期间将能量从柄部分传递到钻头头部的平面。钻头头部冲击力表面
与柄部分接触并垂直于冲击方向的钻头头部表面。该表面是在操作期间将能量由柄部分传递到钻头头部的平面。钻头头部中心立柱
钻头头部的用来接合柄部分的部件。
21磨损带
由具有该装置希望的性质的材料制成的承载负荷的可更换件。它可以是环。
柄开口
在柄部分上的接纳钻头头部以互相连接的设计部件，其几何形状类似于 钻头头部立柱。
冲击能量隔离器
用来减少或消除从一个本体传递到另一个本体的冲击能量的物体。 分离钻孔力的施加
钻孔力包括在地层孔中旋转钻头组件需要的旋转力，使得钻头头部切入 到或者将冲击能量传递到需要挖掘的岩石的未加工部分。另一个需要的力是 沖击力，其由连接到钻头组件的工具产生。为了破碎岩层需要冲击力。该操 作需要的另一个力是拔出力。拔出力是为了从地层孔中移出钻孔工具和钻头 组件所需要的轴向力。分离这些力并将它们施加于组件的特定的部件上。这 允许为特定的分离力更精确地设计特定的部件。 柄拔出负荷连接构件
钻头组件的柄部分的部件，拔出力施加于该部件。 一个例子是柄通道。 柄扭转负荷构件
钻头组件的柄部分的部件，扭转力或旋转力施加于该部件。 一个例子是 凹槽或凸耳结构。 柄冲击力构件
钻头组件的柄部分的部件，沖击力施加于该部件以将冲击能量从柄部分 传递到钻头头部。 一个例子是柄冲击力表面。 独立的构件
每一个构件或部件独立于其它的构件或部件，使得特定的力施加于特定 的构件。构件能是整体件的组成部分但是彼此分离。例如，柄通道、柄凸耳 和柄冲击力构件都是柄的组成部分但是它们都是分离的构件。 钻头头部拔出负荷连接构件
钻头组件的钻头头部的部件，拔出力施加于该部件。 一个例子是钻头头 部通道。
钻头头部扭转负荷构件钻头組件的钻头头部的部件，扭转力或旋转力施加于该部件。 一个例子 是凸耳或凹槽。
钻头头部冲击构件
钻头组件的钻头头部的部件，冲击力施加于该部件。 一个例子是钻头头 部沖击力表面。 柄裙座部分
柄部分包括接合冲击发生装置的部分和为了组装而用于接纳钻头头部 支柱的部分。为了防止柄部向上移动以进入到冲击发生装置中太多，使用了 比柄的接合部分的直径大的直径。从由不同的直径形成的台肩到凸耳或凹槽 接合系统的部分被定义为裙座部分。裙座部分能有用于钻头头部立柱的接纳 开口。
柄裙座部分的外表面
在从位于柄部分的柄裙座部分的轴向中心线的径向上的最外表面。 柄裙座部分的内表面
在钻头头部立柱接合柄部分的区域有内表面。从外面的柄裙座部分径向 地向内的最内表面。
保持构件被插入到柄通道内并且延伸到钻头头部通道内
保持构件具有类似于但是小于钻头头部部分的通道和柄部分的通道的 几何形状，且可^^皮插入到位于柄裙座部分的柄部分中，并且继续插入直到它 进入钻头头部通道。保持构件足够长以保持在柄通道内并延伸到钻头头部通 道内。
钻头头部的接收部
钻头头部的接收部是柄部分与钻头头部部分接合的区域。它是凸耳和凹 槽结构的区域。 凸耳和凹槽传递旋转力
当凸耳和凹槽接合在一起并且旋转力施加于钻头组件的柄部分时，凸耳 和凹槽在柄部分和钻头头部部分之间传递旋转力。 保持构件包括凹槽
径向地形成在保持构件上的凹槽，其被用来保持O形环组。该O形环 组被用来帮助使得在沖击操作期间传递到保持构件的冲击能量的量最小。 保持构件是挠性的
23保持构件典型地考虑为刚性的，但是在从钻好的地层孔中拔出钻头组件 期间为了帮助吸收任何异常不均匀的轴向负荷，它可考虑为挠性的。 相对于钻头头部旋转柄
由于凸耳和凹槽结构之间的容差以及设计间隙，在钻头头部和柄之间能 发生一些相对的旋转移动。试图相对于钻头头部旋转柄将接合平行于冲击方 向的凸耳和凹槽表面。
拔出力
从地层的钻好的孔中移出钻头组件需要的轴向力。拔出力可以是在钻头 头部的外表面和钻好的孔之间作用的阻力组成的竖直力，或者其可以是水平 轴向力、该水平轴向力是在钻头头部的外表面和钻好的孔之间发生的纯阻 力。
接合柄拔出负荷连接构件和钻头头部拔出负荷构件；
通过轴向地将钻头头部连接至柄的保持构件完成接合。通过在柄上施加 轴向拔出力，保持构件与柄接触。拔出力然后通过保持构件传递到钻头头部 并且钻头头部被从钻好的孔中拔出。 接合柄扭转负荷构件和钻头头部扭转负荷构件
在钻孔操作期间，旋转力通过冲击发生装置施加于柄。那些旋转力通过 被认为是扭转负荷构件的凸耳和凹槽结构传递。柄扭转负荷构件的一个例子 可以是凸耳，并且钻头头部扭转负荷构件可以是凹槽。 接合柄冲击力构件和钻头头部冲击力构件
在钻头头部和柄之间接触的表面，其将冲击能量从柄传递到钻头头部。 通过将钻头头部和柄推在一起，在轴向移动之后，接触的表面是钻头头部和 柄的表示冲击的构件表面。 钻头组件;故冲击
当冲击发生装置被操作时，它产生被钻头组件接收的沖击-首先主要到 柄上并且然后能量^皮传递到钻头头部上。你能想象这与锤和凿子相似。凿子 被锤冲击。 在钻孔期间
向下旋转钻头组件以进入地中并挖掘地的时候。 一 个例子是钻头头部和
24描述
图1示出了一钻头组件1，该钻头组件1具有柄5和钻头头部3，柄5 用来连接到流体驱动钻孔装置，且钻头头部3通过保持构件7而^C限制其相 对于柄5在轴向上的移动，通过凸耳67和凹槽16与柄5旋转接合。凸耳67 和凹槽16在图1中不可见。
图2、 3和4示出了钻头组件的一个实施方式。钻头组件1通过位于柄5 上的传动花键71依靠钻孔装置而旋转，并且在上部柄台肩69上保持在钻孔 装置中。用来操作钻孔装置的流体通过抽风管25进入钻头组件1并且通过 钻头头部3的排气端口 35流出钻头组件1。
冲击能量的冲击力从钻孔装置传递过来并由柄冲击表面24接收，并且 由柄5承载，冲击力然后在柄5处从柄冲击力表面47传递到钻头头部沖击 力表面15，柄沖击力表面47与钻头头部冲击力表面15彼此接触。冲击力然 后从钻头头部3通过切割元件73(在图1中示出)而传递到用于挖掘的地层。
钻头头部3由互补结构凸耳67a、 67b和67c以及凹槽16a、 16b和16c (三个凹槽都在图13中示出)旋转地驱动。柄5被旋转使得凸耳67a、 67b 和67c与凹槽16a、 16b和16c接触，这使得钻头头部3旋转。凸耳67a、 67b 和67c都有垂直于沖击方向的凸耳表面48,该凸耳表面48在轴向上不与凹 槽16a、 16b和16c的垂直于沖击方向的凹槽表面44接触。这在凸耳67a、 67b和67c以及凹槽16a、 16b和16c之间产生了缝隙77。在图4中只示出 了一个缝隙77，然而，应理解所有的凹槽和凸耳都存在缝隙。由于缝隙77， 在钻孔过程期间当施加冲击力时没有冲击力从凸耳67a、 67b和67c传递到 凹槽16a、 16b和16c。
钻头头部3具有凹槽16a、 16b、 16c和与位于柄5的柄裙座部分6中的 柄开口 57接合的中心立柱45。钻头头部通道39位于钻头头部3的中心立柱 45内，仅仅在从已挖掘的地层孔中轴向拔出钻头组件1期间该中心立柱45 接合保持构件7a和7b。这能通过具有柄通道19a和19b的区域小于钻头头 部39的区域而实现。保持构件7a和7b的端面横截面区域小于柄通道19a 和19b区域，并且小于钻头头部通道39区域。
位于钻头头部3的凹槽16a、 16b和16c被柄5的凸耳67a、 67b和67c 接合。凹槽16a、 16b和16c都有顺时针方向的钻头头部表面43和逆时针方 向的钻头头部表面18。凸耳67a、 67b和67c都有顺时针方向的柄表面13和逆时针方向的柄表面63。在顺时针方向的钻孔操作期间凹槽16a、 16b和16c 接合凸耳67a、 67b和67c并且顺时针方向的柄表面13与顺时针方向的钻头 头部表面43滑动地接触。在逆时针方向的钻孔操作期间凸耳67a、 67b和67c 接合凹槽16a、 16b和16c并且逆时针方向的柄表面63与逆时针方向的钻头 头部表面18滑动地接触。当保持构件7a和7b安装在钻头组件1中时柄5 的凸耳67a、 67b和67c从来不与钻头头部3的凹槽16a、 16b和16c脱离， 允许在钻孔操作或拔出操作期间允许旋转力从柄5传递到钻头头部3。
图4b中示出了保持构件7和钻头头部通道39的几何形状。钻头头部通 道39区域是长椭圆形的并且包括平部40,以确保在钻孔操作和从已挖掘的 地层孔中拔出钻头头部3期间旋转力不由保持构件7承载。可选地，钻头头 部通道39的几何形状能是圆形的。当钻头头部通道39是圆形的时，在钻孔 期间旋转力不由保持构件7承载。然而，采用圓形的钻头头部通道39，由于 公差当从孔中拔出钻头组件1时会有少量的旋转力施加在保持构件7上。
柄5具有带排气通道23的抽风管25，其允许流体进入钻头组件1。来 自柄5的流体流出孔52并且通过中心立柱孔53进入钻头头部3，并且通过 钻头头部3的内部排气端口 55流出钻头头部3的中心立柱孔53。
柄5包括用于在操作期间旋转地接合钻孔装置的传动花键71。
钻头组件1的组装由以下步骤组成将钻头头部3的带有平部40的钻 头头部通道39与柄5的柄通道19a和19b相对准，和将钻头头部3的凹槽 16a、 16b和16c与柄5的凸耳67a、 67b和67c相对准。当对准时，钻头头 部3的中心立柱45轴向地定位在柄5的柄开口 57内，直到钻头头部3的钻 头头部沖击力表面15与柄5的柄冲击力表面47相接触。
通过将等尺寸的O形环組9a和9b放置在位于保持构件7a和7b上的预 留槽26内而将等尺寸的O形环组9a和9b安装到保持构件7a和75b上。位 于保持构件7a和7b的槽26内的等尺寸的O形环组9a和9b被用来减少传 递到保持构件7a和7b上的沖击能量的量。沖击能量从柄5传递到保持构件 7a和7b上。钻头头部通道39的区域大于保持构件7a和7b的区域，因此在 钻孔期间或者当冲击能量置于柄5上时保持构件7a和7b不接触钻头头部通 道39。因为保持构件7a和7b不接触钻头头部通道39，没有冲击能量从保 持构件7a和7b传递到钻头头部3。特别指出，通道的结构可以是相反的。 钻头头部通道区域的通道区域可'、于柄通道区域，使得当插入保持构件时，
26当钻孔时或当冲击能量置于柄上时保持构件不接触柄通道区域。
等尺寸的O形环组9a和9b也提供密封，以限制通过由柄通道19a和 19b与保^持构件7a和7b的保持构件区域51(图18 )形成的环状空间的气流。 保持构件7a和7b都有保持构件槽17。具有安装在槽26内的等尺寸的O形 环组9a和9b的保持构件7a和7b被定位到柄5的柄通道19a和19b内，直 到位于保持构件7a和7b上的保持构件槽17与滚销进入孔37成一直线为止。 保持构件7a和7b应当伸入到钻头头部3的钻头头部通道39内。滚销lla 和lib被安装到位于柄5上的滚销进入孔37内，直到滚销lla和lib停留 在滚销孔台肩36上，该滚销孔台肩36形成在柄5的滚销进入孔37和滚销 拔出孔21之间。参见图4a, —沿着图4中的线A-A的视图，示出了安装后 的滚销lla和lib通过接合保持构件槽17而固定保持构件7a和7b。在正常 钻孔操作期间，在保持构件7a和7b和钻头头部3的钻头头部通道39之间 没有接触。 一旦保持构件7a和7b被安装到柄5内，钻头组件1可以被提升 和定位以进行钻孔。当钻头组件1被提升时，保持构件7a和7b通过钻头头 部通道39承载钻头头部3的重量。
钻头组件1通过柄5的柄台肩69轴向地保持在钻孔装置上并且可旋转 地接合到柄5的传动花键71上。来自钻孔装置的轴向力将钻头组件1向下 推到地层上，并且柄5的柄冲击力表面47接触钻头头部3的钻头头部冲击 力表面15。在任何其它位置处柄5和钻头头部3之间没有轴向的接触。在柄 5的柄开口表面49和钻头头部3的中心立柱表面41之间存在中心立柱缝隙 79。柄5的垂直于冲击方向的凸耳表面48不与钻头头部3的垂直于冲击方 向的凹槽表面44接触。在正常钻孔操作期间，在柄5的垂直于沖击方向的 凸耳表面48和钻头头部3的垂直于冲击方向的凹槽表面44之间形成缝隙 77。在正常钻孔搡作期间，柄5和钻头头部3之间接触以在柄5的柄冲击力 表面47和钻头头部3的钻头头部冲击力表面15之间发生冲击能量传递。
柄5的柄外表面59与钻头头部3的钻头头部外表面61具有相同的尺寸 以在两部分之间形成一致的外表面。
从钻过的地层孔中拔出钻头组件1包括从地层孔中拉出钻头组件1所需 要的轴向力。钻头组件1的钻头头部3的重量和位于地层孔中的钻头头部3 的阻力帮助保持构件7a和7b接合到钻头头部3的钻头头部通道表面54上。 在从钻过的地层孔中拔出钻头组件1期间旋转扭矩仍然通过凸耳67a、 67b
27和67c以及凹槽16a、 16b、 16c承载，对于顺时针方向的旋转，其通过凸耳 67a、 67b和67c的顺时针方向的柄表面13以及凹槽16a、 16b和16c的钻头 头部的顺时针方向的表面43实现接合，并且在逆时针方向的旋转期间，其 通过凸耳67a、 67b和67c的逆时针方向的柄表面63以及凹槽16a、 16b和 16c的逆时针方向的钻头头部表面18实现接合。没有旋转扭矩通过保持构件 7a和7b承载。
通过使用硬化钢沖头从滚销进入孔37中推出滚销lla和lib从而开始 拆卸钻头组件1，对滚销拔出孔21而言该淬火钢冲头具有适当的尺寸，该滚 销拔出孔21在直径上稍微比滚销进入孔37小。在保持构件7a和7b里存在 钻制的并且带有螺紋的锥形孔31以帮助从柄通道19a和19b中拔出保持构 件7a和7b。 一旦滚销lla和lib已经从滚销进入孔37中拆卸， 一根螺杆或 一预先制造的滑锤通过拧入到螺紋锥形孔31中而固定到保持构件7a和7b 中。拉动螺杆或操作滑锤将从柄通道19a和19b中拔出保持构件7a和7b。 在两个保持构件7a和7b都已经从柄5的柄通道19a和19b拆卸后，柄5能 从钻头头部提升，钻头头部3的中心立柱45与柄5的柄开口 57相脱离。
图5示出了可选的实施方式。同在第一个实施方式中描述的整体钻头头 部3相比，钻头组件101使用了三件式钻头头部103a、 103b和103c。传动 凸耳167a、 167b和167c以及保持构件107a、 107b和107c的设计与前面描 述的系统相似。
图5a示出了具有钻头头部103a具有保持构件107a的钻头组件101的
图6示出了可选的实施方式。具有钻头头部203的钻头组件201使用中 心立柱245a、 245b和245c以及传动凸耳267a、 267b和267c，以将》走旋转 力从柄205传递到钻头头部203。
图7示出了可选的实施方式。钻头组件301具有两件式钻头头部303a 和303b，其使用在钻头头部303a的中心立柱345和钻头头部303b的外环 381之间的锥形锁定系统而组装在一起。保持构件307以及传动凸耳367a、 367b、 367c和367d大体上与第一个实施方式中描述的相同地工作。
图7a示出了具有两件式钻头头部303a和303b以及保持构件307的钻 头组件301的截面图。
图8示出了一可选的实施方式。钻头组件401具有使用了三件式钻头头部403a、 403b和403c的图7和图7a所示的锥形锁定结构的组合。
图9示出了一可选的实施方式。除了使用压入式圓柱形传动凸耳567a、 567b、 567c之外，钻头组件501具有与在第一个实施方式中描述的相似的概 念。
图10示出了一可选的实施方式。除了保持构件607a和607b之外，钻 头组件601具有与在第一个实施方式中提及的相似的传动凸耳系统。与第一 个实施方式中保持构件7a和7b通过中心立柱与钻头头部接合相反，保持构 件607a和607b在中心立柱645的外直径上与钻头头部603接合。在乂人地层 孔中拔出钻头组件601期间，该结构产生了更大的承载拔出力的区域。
图10a示出了具有保持构件607a和607b的钻头组件601的横截面图。
图11示出了一可选的实施方式。钻头组件701在图2-4中的第一实施方 式中示出的保持构件7a和7b上有了变化。图11仅仅示出了一个能从任一 侧插入并能从任一侧拔出的保持构件707。保持构件707在中间部分783处 在直径上缩小以便于将通过钻头头部703的气流受到的限制减到最小。
图12示出了第一实施方式的钻头组件1。位于柄5上的传动凸耳67a、 67b和67c具有凸耳磨损带68a和68a，。磨损带68a位于顺时针方向的柄表 面13上。磨损带68a位于逆时针方向的柄表面63上。
钻头头部3的中心立柱45具有中心立柱磨损带46a和46b。
通过帮助减少无益的钢与钢的接触，凸耳磨损带68a和68a，以及中心立 柱磨损带46a和46b提高了产品的寿命。
图13示出了钻头头部3的第一个实施方式。凹槽16a、 16b、 16c具有 凹槽磨损带20a、 20a，、 20c和20c，，凹槽磨损带20a、 20b和20c位于顺时 针方向的钻头头部表面43上。凹槽磨损带20a，、 20b，、 20c，位于逆时针方向 的钻头头部表面18上。
图14示出了一可选的实施方式的横截面。钻头组件801具有钻头头部 803，该钻头头部803具有钻头头部通道839a和839b以接纳保持构件807a 和807b。柄805具有柄通道819a和819b以接纳保持构件807a和807b。钻 头头部通道839a和839b的圓周区域小于柄通道819a和819b的圓周区域。 在钻孔期间当柄805和钻头头部803接合并且旋转时保持构件807a和807b 不接触钻头头部通道表面854。可选地且未示出，能改变保持构件807a和 807b，使得在钻孔期间当柄和钻头头部803接合并旋转时保持构件807a和
29807b不4妄触柄通道表面855。
图15示出了具有磨损带4的柄5。图15a是具有磨损带4的柄5的分解图。
图16示出了保持构件7。保持构件7是圆柱形的并且是空心的。保持构 件7具有内螺紋85。
图17示出了一可选的实施方式。钻头组件901具有钻头头部903和柄 905。除了传动凸耳967a、 967b (未示出)和967c位于钻头头部903上，并 且凹槽916a、 916b和916c位于柄905上之外，这个可选的实施方式与第一 个实施方式类似。
图19-23示出了钻头组件的第一个实施方式的另一个实施方式。钻头组 件980的这个实施方式示出了钻头组件的第一个实施方式的变化。
钻头组件980示出了插在钻头头部983的立柱982的顶部之上的柄981 。 柄981具有柄通道984。立柱982具有凹槽或沟槽985。柄981具有凸耳986， 当柄981插入到钻头头部983的立柱982之上时凸耳986接合钻头头部凹槽 987。当柄981与钻头头部983接合时保持构件988被插入到位于钻头头部 983的立柱982中的沟槽985内。凹槽985的竖直宽度大于保持构件988的 厚度。
当保持构件988通过柄通道984插入并且柄981置于钻头头部983上时 保持构件988不与沟槽985的上部989接触。这是因为(i)沟槽985的竖 直宽度大于保持构件988的厚度；(ii)柄通道984和沟槽985被设计成在竖 直对准时在保持构件988的顶表面990之间有一间隙。
这样的结果是当有向下的冲击轴向力施加于柄时，该力传递到钻头头部 上并且没有力施加于保持构件988。那意味着在钻孔时尽管使用向下的冲击 轴向力钻孔，没有剪切力施加于保持构件988。
当柄旋转时，凹槽987和凸耳986承担当其旋转时从柄981传递来的旋 转力并且因此将旋转力从柄981传递到钻头头部983。供保持构件988插入 到其中的沟槽985避免了任何剪切力在柄981的相对于钻头头部983的旋转 移动期间施加于保持构件988上。
当柄981竖直地或者向上地纟是升以^v井下(down hole)取回钻头组件 980时，顶表面990将接合沟槽985的上部989的表面。这使得当柄从井下 提升出时钻头头部983能与柄981 —起移出。在这时有剪切力施加于保持构件988的顶表面990上。
为了当钻头组件980从井下提升时分散施加于保持构件988的顶表面 990上的施加的剪切力，保持构件988的顶表面990是平表面而不是弓形的 或者圆形的表面。平表面提供在顶表面990和沟槽985的上部表面989之间 的平面接触。位于保持构件上的圓形表面或弓形表面将在剪切力施加于保持 构件的点处呈现线接触，并且将具有导致保持构件断裂的结果。保持构件将 破裂。
带991围绕插入到柄通道984中的保持构件988以将保持构件988保持 在通道内。
在不偏离如下的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，能对上面的 结构和方法进行多种改变。上文的说明书所包括的如同附图所示内容应解释 为是示例性的而不是限制性的。
权利要求
1. 一种将柄和钻头相连接，以在钻孔期间在相对于钻头头部旋转所述柄时在相连接的柄和钻头头部的多部分上选择性地施加或者避免施加扭转力的方法，包括a. 提供具有柄通道的柄，所述柄通道具有柄通道区域；b. 提供具有钻头头部通道的钻头头部，所述钻头头部通道具有钻头头部通道区域；c. 提供具有保持构件区域的保持构件，所述保持构件区域小于所述柄通道区域和所述钻头头部通道区域；d. 提供互补的凸耳和凹槽结构，其中所述柄具有凹槽或凸耳，且所述钻头头部具有互补的凸耳或凹槽，其中当所述钻头头部和所述柄相接合时凸耳和凹槽相接合；e. 将所述柄和所述钻头头部相接合并且将所述互补的凸耳和凹槽结构相接合，当所述互补的凸耳和凹槽结构相接合时，所述柄通道区域和所述钻头头部通道区域相对准；和f. 通过所述柄和钻头头部的相对准的通道插入所述保持构件，其中在相接合的同时，当相对于所述钻头头部旋转所述柄时，所述凸耳和凹槽结构接收施加的全部扭转力并且没有扭转力施加于所述保持构件上。
2. —种将所述柄和钻头相连接，以形成钻头组件的方法，该钻头组件将 力分开地施加于所述钻头组件的分开的部分上，所述方法包括a. 提供具有柄拔出负荷连接构件、柄扭转负荷构件和柄冲击力构件的 柄，所述柄拔出负荷连接构件、所述柄扭转负荷构件和所述柄沖击力构件都 是彼此独立的构件并且是柄的组成部分；b. 提供具有钻头头部拔出负荷连接构件、钻头头部扭转负荷构件和钻头 头部冲击力构件的钻头头部，所述钻头头部拔出负荷连接构件、所述钻头头钻头头部的组成部分；c. 将所述柄和所述钻头头部相接合；d. 将所述柄拔出负荷连接构件和所述钻头头部拔出负荷连接构件相接合，使得当所述钻头组件正被拔出时，拔出力作用在所述拔出负荷连接构件 上并且不作用在扭转负荷构件或冲击力构件上；e. 将所述柄扭转负荷构件和所述钻头头部扭转负荷构件相接合，使得当 所述钻头组件正被旋转时，旋转力作用在扭转负荷构件上并且不作用在拔出 负荷连接构件或沖击力构件上；和f. 将所述柄冲击力构件和所述钻头头部沖击力构件相接合， -使得当钻头 组件正被冲击时，冲击力作用在沖击力构件上并且不作用在拔出负荷连接构 件或扭转负荷构件上。
3. —种将柄和钻头相连接，以在钻孔期间当相对于钻头头部旋转所述柄 时在相连接的柄和钻头头部的多部分上选择性地施加或者避免施加扭转力 的方法，包括a. 提供具有柄通道的柄，所述柄通道具有柄通道区域；b. 提供具有钻头头部通道的钻头头部，所述钻头头部通道具有钻头头部 通道区域；c. 提供具有保持构件区域的保持构件，所述保持构件区域小于所述柄通 道区域和所述钻头头部通道区域；d. 提供互补的凸耳和凹槽结构，其中所述柄具有凹槽或凸耳并且所述钻头头部具有互补的凸耳或凹槽，其中当所述钻头头部和所述柄旋转地接合时 凸耳和凹槽相接合；e. 将所述柄和所述钻头头部相接合，并且将所述互补的凸耳和凹槽结构钻头头部通道区域相对准；f. 通过所述柄和钻头头部的相对准的通道插入所述^f呆持构件；和g. 在钻孔期间，在相接合时相对于所述钻头头部旋转所述柄，所述凸耳 和凹槽结构接收施加的全部扭转力并且没有扭转力施加于所述保持构件上。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述互补的凸耳和凹槽结构具有垂直 于冲击方向的凸耳表面和垂直于冲击方向的凹槽表面，所述凸耳表面不接触 所述凹槽表面。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述互补的凸耳和凹槽结构中的凹槽 具有磨损垫。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述互补的凸耳和凹槽结构中的凸耳 具有磨损垫。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述柄具有柄冲击力表面并且所述钻 头头部具有钻头头部冲击力表面，在钻孔期间当所述钻头头部和所述柄相接 合时所述柄沖击力表面接触所述钻头头部冲击力表面。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述钻头头部具有中心立柱，所述中心立柱具有磨损带。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述柄具有开口 ，该柄开口具有磨损带。
10. 如权利要求l所述的方法，其中所述保持构件为中空。
11. 如权利要求l所述的方法，其中所述保持构件为圆柱形、中空且内 部带有螺紋。
12. 如权利要求l所述的方法，其中所述保持构件为挠性。
13. 如权利要求l所述的方法，其中所述保持构件包括用于支撑冲击能 量隔离器的槽。
14. 如权利要求l所述的方法，其中所述钻头头部通道区域小于柄通道 区域。
15. 如权利要求1所述的方法，其中所述柄通道区域小于所述钻头头部 通道区域。
16. 如权利要求l所述的方法，其中在钻孔期间当所述柄与所述钻头头 部相接合时所述保持构件不接触所述钻头头部通道的内表面。
17. 如权利要求l所述的方法，其中在钻孔期间当所述柄与所述钻头头 部相接合时所述保持构件不接触所述柄通道的内表面。
18. 如权利要求l所述的方法，包括提供围绕所述柄以将所述保持构件保持在所述柄通道中的带。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述保持构件具有顶部平表面。
20. —种将柄和钻头相连以形成钻头组件的方法，该钻头组件将力分开 地施加于所述钻头组件的分开的部分上，该方法包括a. 提供具有柄拔出负荷连接构件、柄扭转负荷构件和柄沖击力构件的 柄，所述柄拔出负荷连接构件、所述柄扭转负荷构件和所述柄沖击力构件都 是彼此独立的构件并且是所述柄的组成部分；b. 提供具有钻头头部拔出负荷连接构件、钻头头部扭转负荷构件和钻头 头部冲击力构件的钻头头部，所述钻头头部拔出负荷连接构件、所述钻头头 部扭转负荷构件和所述钻头头部冲击力构件是彼此独立的构件并且是所述 钻头头部的组成部分；c. 将所述柄和所述钻头头部相接合；d. 将所述柄拔出负荷连接构件和所述钻头头部拔出负荷连接构件相连不作用在扭转负荷构件或冲击力构件上；e. 将所述柄扭转负荷构件和所述钻头头部扭转负荷构件相接合，使得在作用在拔出负荷连接构件或冲击力构件上；和 接构件或扭转负荷构件上。
21. —种钻头组件，包括a. 具有柄通道的柄，所述柄通道具有柄通道区i或，所述柄通道在柄S君座 部分上，所述柄裙座部分具有开口，所述柄通道开始于所述柄裙座部分的外 表面，且结束于位于所述柄的开口中的所述柄裙座部分的内表面；b. 具有中心立柱的钻头头部，所述中心立柱具有一区域，使得当所述柄 和所述钻头头部组装在一起时所述中心立柱可配合到所述柄裙座部分的所 述开口中，所述中心立柱具有钻头头部通道，所述钻头头部通道具有钻头头 部通道区域，当所述柄和所述钻头头部组装在一起时，所述钻头头部通道和 所述柄通道相对准；c. 具有保持构件区域的保持构件，所述保持构件区域小于所述柄通道区 域和所述钻头头部通道区域，当所述柄和所述钻头头部組装在一起时所述保 持构件插入到所述柄通道中且延伸到所述钻头头部通道中，所述保持构件是 可拆卸的，从而当所述保持构件被拆下时所述钻头头部和所述柄可分开；d. 位于所述柄的底部上的凸耳；和e. 位于所述钻头头部的接收部上的与所述凸耳相接合的凹槽，所述凸耳 和所述凹槽的接合允许所述柄和钻头头部一起旋转，从而所述凸耳和所述凹 槽传递旋转力。
22. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述钻头头部通道区域小于所 述柄通道区域。
23. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述柄通道区域小于所述钻头 头部通道区域。
24. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述凸耳具有垂直于冲击方向 的凸耳表面，且所述凹槽具有垂直于冲击方向的凹槽表面，所述凸耳表面不 接触所述凹槽表面。
25. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述凹槽具有磨损垫。
26. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述凸耳具有磨损垫。
27. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述柄具有柄冲击力表面，且所述钻头头部具有钻头头部冲击力表面，在钻孔期间当所述钻头头部和所述 柄相接合时所述柄冲击力表面接触所述钻头头部冲击力表面。
28. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述中心立柱具有磨损带。
29. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述开口具有磨损带。
30. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述保持构件为中空。
31. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述保持构件为圆柱形、中空 且内部带有螺紋。
32. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述保持构件为挠性。
33. 如权利要求21所述的钻头组件，其中所述保持构件包括用于支撑冲 击能量隔离器的槽。
34. 如权利要求21所述的钻头组件，包括带，所述带在所述保持构件被 插入到所述柄通道中处围绕所述柄，以将所述保持构件保持在所述柄通道 内。
35. 如权利要求34所述的钻头组件，其中所述保持构件具有顶部平表面。
36. —种钻头组件，包括a.具有柄通道的柄，所述柄通道具有柄通道区域，所述柄通道在柄裙座 部分中，所述柄裙座部分具有开口，所述柄通道开始于所述柄裙座部分的外 表面，且结束于位于所述柄的开口中的所述柄裙座部分的内表面；b. 具有中心立柱的钻头头部，所述中心立柱具有一区域，使得当所述柄 和所述钻头头部组装在一起时所述中心立柱可配合到所述柄的所述开口中， 所述中心立柱具有钻头头部通道，所述钻头头部通道具有钻头头部通道区 域，当所述柄和所述钻头头部组装在一起时所述钻头头部通道和所述柄通道相对准；c. 具有保持构件区域的保持构件，所述保持构件区域小于所述柄通道区域和所述钻头头部通道区域，当所述柄和所述钻头头部组装在一起时所述保 持构件插入到所述柄通道中并且延伸到所述钻头头部通道中，所述保持构件是可拆卸的，从而当所述保持构件被拆下时所述钻头头部和所述柄可分开；d. 位于所述柄的底部上的凹槽；和和所述凹槽的接合，允许所述柄和钻头头部一起旋转，从而所述凸耳和所述 凹槽传递旋转力。
37. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述钻头头部通道区域小于所 述柄通道区i或。
38. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述柄通道区域小于所述钻头 头鲁卩通道区fe戈。
39. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述凸耳具有垂直于冲击方向 的凸耳表面，且所述凹槽具有垂直于冲击方向的凹槽表面，所述凸耳表面不 接触所述凹槽表面。
40. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述凹槽具有磨损垫。
41. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述凸耳具有磨损垫。
42. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述柄具有柄冲击力表面并且 所述钻头头部具有钻头头部冲击力表面，在钻孔期间当所述钻头头部和所述 柄相接合时，所述柄冲击力表面接触所述钻头头部沖击力表面。
43. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述中心立柱具有磨损带。
44. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述开口具有磨损带。
45. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述保持构件为中空。
46. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述保持构件为圆柱形、中空 且内部带有螺纹。
47. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述保持构件为挠性。
48. 如权利要求36所述的钻头组件，其中所述保持构件包括用于支撑冲 击能量隔离器的槽。
49. 如权利要求36所述的钻头组件，包括带，所述带在所述保持构件被 插入到所述柄通道中处围绕所述柄，以将所述保持构件保持在所述柄通道 中。
50. 如权利要求49所述的钻头组件，其中所述保持构件具有顶部平表面。
51. —种将柄和钻头相连接，以在钻孔期间在相对于钻头头部旋转所述 柄，将向下的沖击轴向力施加于所述柄，和将拔出力施加于所述柄以向上提 升与所述钻头头部相连的所述柄时，在相连接的所述柄和所述钻头头部的保 持构件上选择性地施加或者避免施加剪切力的方法，包括a. 提供具有柄通道的柄；b. 提供具有钻头头部通道的钻头头部；c. 提供保持构件；d. 提供互补的凸耳和凹槽结构，其中所述柄具有凹槽或凸耳且所述钻头 头部具有互补的凸耳或凹槽，其中当所述钻头头部和所述柄相接合时所述凸耳和所述凹槽相接合；e. 将所述柄和所述钻头头部相接合并且将互补的凸耳和凹槽结构相接合；和f. 通过所述柄和所述钻头头部的相对准的通道插入所述保持构件，其中 所述钻头头部通道、柄通道、保持构件、柄和钻头头部配置成和组合成在钻 孔时当向下的冲击轴向力施加于所述柄并且传递到所述钻头头部时没有剪 切力施加于所述保持构件，并且当相对于所述钻头头部旋转所述柄时没有剪 切力施加于所述保持构件，并且当向上提升与所述柄相连的所述钻头头部时 有剪切力施加于所述保持构件。
52. 如权利要求51所述的方法，其中所述保持构件具有长方形的横截面 区域并且所述柄通道具有长方形的4黄截面区域。
53. 如权利要求51所述的方法，其中所述保持构件具有顶部平表面。
54. 如权利要求51所述的方法，包括提供围绕所述柄以将所述保持构件 保持在所述柄通道内的带。
55. 如权利要求51所述的方法，其中所述钻头头部通道是沟槽的形式。
56. —种钻头组件，包括a. 具有柄通道的柄，所述柄通道具有柄通道区域，所述柄通道在柄裙座 部分上，所述柄裙座部分具有开口，所述柄通道开始于所述柄裙座部分的外 表面并结束于位于所述柄的所述开口中的所述柄裙座部分的所述内表面；b. 具有中心立柱的钻头头部，所述中心立柱具有一区域，使得当所述柄 和所述钻头头部组装在 一起时所述中心立柱可配合到所述柄裙座部分的开 口中，所述中心立柱具有钻头头部通道，所述钻头头部通道具有沟槽形式的 钻头头部通道区域，当所述柄和所述钻头头部组装在一起时所述钻头头部通 道和所述柄通道相对准；c. 具有顶部平表面的保持构件，当所述柄和所述钻头头部组装在一起时 所述保持构件在所述柄通道内并且延伸到所述钻头头部通道内，所述保持构件是可拆卸的，从而当所述保持构件被拆下时所述钻头头部和所述柄可分开；d. 位于所述柄的底部上的凸耳；和e. 位于所述钻头头部的接收部上的与所述凸耳相接合的凹槽，所述凸耳和所述凹槽的接合允许所述柄和所述钻头头部一起旋转，从而所述凸耳和所 述凹槽传递旋转力。
57.如权利要求56所述的钻头组件，包括位于所述柄上的带，该带围绕收
58. —种在将柄和钻头相连接以形成钻头组件中使用的钻头，包括a. 钻头头部；b. 形成在所述钻头头部上用于接收来自所述柄的冲击能量的钻头头部 冲击力表面；c. 从所述钻头头部延伸的用于插入到所述柄中的中心立柱，所述中心立 柱具有用于接纳保持构件的钻头头部通道；和d. 位于所述钻头头部上用于接纳位于所述柄上的凸耳的凹槽。
59. 如权利要求58所述的钻头，其中所述凹槽具有垂直于冲击方向的凹
60. 如权利要求58所述的钻头，其中所述凹槽具有磨损垫。
61. 如权利要求58所述的钻头，其中所述中心立柱具有磨损带。
62. —种在将柄和钻头相连接以形成钻头组件中使用的钻头，包括a. 钻头头部；b. 形成在所述钻头头部上用于接收来自柄的冲击能量的钻头头部沖击 力表面；c. 从所述钻头头部延伸的用于插入到所述柄中的中心立柱，所述中心立 柱具有用于接纳保持构件的钻头头部通道；和
63. 如权利要求62所述的钻头，其中所述凹槽具有垂直于冲击方向的凹 槽表面。
64. 如权利要求62所述的钻头，其中所述凹槽具有磨损垫。
65. 如权利要求62所述的钻头，其中所述中心立柱具有磨损带。
全文摘要
主要与气动冲击装置一起使用的用于在地层中钻孔的多段式冲击钻头组件。钻头组件包括易于拆卸的钻头头部，该钻头头部通过凸耳和凹槽结构被旋转驱动并且通过保持构件被轴向限制移动。
文档编号E21B10/36GK101460695SQ200680054864
公开日2009年6月17日 申请日期2006年10月11日 优先权日2006年6月7日
发明者托马斯·A·沃克, 斯蒂芬·R·米恩斯, 理查德·史密斯 申请人:基斯通气钻供应公司