专利名称：气钻的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气钻，更具体而言涉及一类称为"潜孔"钻的钻机。
背景技术：
这类钻机通常包括进行往复运动以冲击钻头的气动活塞。钻头的尺寸规格必须提供对于操作机构穿过钻凿岩石的通道来说足够大的孔。随后该操作机构可以定位于作业表面上并且对操作机构供以动力的压縮气体穿过钻杆从孔向下传送到操作机构。需要使该气体间歇作用以便驱动活塞并将活塞返回到动力冲程或冲击冲程的起始位置。还需要从机构排出气体。优选的是，特别当钻头从作业表面升起并且允许落至钻轧头中的挡圈时，该气体用于从作业表面清除已钻凿的岩石。
这些公知的且广泛使用的机构需要小型化并且封闭气体通道。当前的挑战是提高向这些钻机供给气体的效率，同时维持在潜孔作业条件下各部件的强度而免于故障和难以接受的耐磨率。
所涉及的此类具体的潜孔钻机在本申请人的南非专利
No.2005/03406的说明书中有所披露，并且该说明书以引用的方式并入本文。
上述说明书中所披露的钻机使用腔室分隔器以将气源从反向压头端引导至耐磨套筒的内壁的切口及围绕活塞的切口 。围绕活塞的切口形成在钻机的操作过程中曝露于气压下的至少一个台肩。这增加了平衡使活塞往复运动的气体压力的难度。更具体而言，除非从形成为提供活塞的回行冲程的腔室适当地排气，否则当从作业表面縮回钻头时，活塞将继续进行往复运动。下面将对此进行更详细的说明。气缸壁上的切口还需要使其全壁厚能够在最少材料厚度部分承受住操作应力。这将限制在设计成钻凿特定孔尺寸的钻机中可用的活塞的尺度。任何由相对于基本最小需求而具有过大强度特性的壁厚材料所占据的空间形成的用途均可以从整体上增加将达到的钻
机的效能。
发明内容
本发明的目的是解决所涉及的问题并且减轻对这种潜孔锤钻组件的整体效率的影响。
根据本发明，提供一种气动潜孔锤钻组件，包括反向压头(后
接头，backhead)，其包括进气阀；用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，
其安装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述反向压头的
往复运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上的切口与所述耐磨套筒的壁上的切口形成；以及纵向环形通道，其贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反向压头端延伸，用于供给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在一端具有与贯穿所述反向压头的气源通道连通的隔离口 ，并且在另一端具有与所述耐磨套筒的内部连通的隔离口。
本发明的另一特征在于所述环形通道在所述耐磨套筒的直径縮减部分的外表面与套管的内表面之间延伸，所述套管沿径向与所述直径縮减部分的外表面间隔并且紧固到所述耐磨套筒上；并且通过将所述反向压头安装到所述耐磨套筒的端部而使所述套管可拆卸地就位。
本发明的另一特征在于所述环形通道在所述耐磨套筒的直径增大部分的内表面与从所述反向压头下垂的裙部的外表面之间延伸，并且将所述裙部螺纹旋入位于所述耐磨套筒端部的螺纹中以便将所述反向压头安装到所述耐磨套筒上。
根据本发明的另一方面，提供一种气动潜孔锤钻组件，包括反向压头，其包括进气阀；用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，其安
装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述反向压头的往复运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上的切口与所述耐磨套筒的壁上的切口形成；以及纵向环形通道，其 贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反向压头端延伸，用于供 给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在所述耐磨套筒 的直径縮减部分的外表面与套管的内表面之间延伸，所述套管沿径 向与所述直径縮减部分的外表面间隔并且紧固到所述耐磨套筒上。 根据本发明的另一方面，提供一种气动潜孔锤钻组件，包括 反向压头，其包括进气阀；用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，其安 装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述反向压头的往复 运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上 的切口与所述耐磨套筒的壁上的切口形成；以及纵向环形通道，其 贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反向压头端延伸，用于供 给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在所述耐磨套筒 的直径增大部分的内表面与从所述反向压头下垂的裙部的外表面之 间延伸，并且将所述裙部螺纹旋入位于所述耐磨套筒端部的螺纹中 以便将所述反向压头安装到所述耐磨套筒上。
以下参考附图而对本发明实施例的说明将使本发明的上述及其 他特征显而易见，其中
图1示出了贯穿钻机组件的纵截面并且插图示出了变型例；
图2示出了贯穿钻机组件的选择性实施例的纵截面；
图3示出了图2的部分的放大视图；以及
图4示出了贯穿钻机组件的另 一 实施例的纵截面。
具体实施例方式
在图l所示的实施例中，通过反向压头3中的进气通道2将压 縮气体引导到钻机组件1中。该气体随后通过分配通道4而进入环 绕反向压头3外周的通道5。
耐磨套筒或气缸6在其操作上侧外端具有提供壁厚縮减的环形 槽。通过在耐磨套筒6的壁厚縮减部分上方的端部紧固套管8而形成沿纵向延伸的环形通道7。该紧固步骤将包括密封件9并且可以通
过焊接等方法来实现。在本实施例中，反向压头3与耐磨套筒6的 螺纹连接用于将套管8紧固就位。
反向压头包括公知的止回阀10与控制杆11的组件。
图l示出了耐磨套筒6的内壁上并且沿着活塞12的外壁的必要 切口的位置。这些切口为穿过组件的压縮气体提供必要的流动路径 以便使得冲击位于钻头13的操作上端的砧座的活塞12往复运动。
在所示的状态下，止回阀10关闭并且控制杆11从活塞12中縮 回。当施加压縮气体时，止回阀10克服其弹簧偏压力而打开，从而 允许气流穿过通道4进入反向压头3中的通道5随后穿过进气口 7A 经由耐磨套筒6中的环形通道7而流向出气口 7B。
通道7通过出气口 7B向耐磨套筒6的内部进而向活塞12与耐 磨套筒6的上部切口之间所形成的腔室14供给气体。针对如下所述 的动力冲程和回行冲程，该腔室14在止回阀IO打开的同时保持在 加压状态以及交替地向活塞12的两端提供压力。
在钻机1操作的同时，活塞12的头部或操作上端从不沿着耐磨 套筒6向下移动而越过出气口 7B。活塞12在腔室14的下侧区域具 有縮减的直径并且向外呈台阶状而形成台肩15。如图所示在增大的 台阶15中设置切口 16。台肩15连同切口 16的底部在活塞12上提 供台阶状表面区域，使用时台阶状表面区域将处于腔室14中加压气 体的作用下。将该表面区域称为台肩15。
贯穿活塞12设置轴向腔膛17，并且该活塞在其操作下侧自由 端具有直径縮减的钻杆18。钻杆18的自由端形成作用在钻头13的 砧座上的冲击面。
当钻头13的上端在钻机的操作过程中处于冲击区时，配合入耐 磨套筒6的活塞钻杆衬套20对于活塞12的钻杆18和钻头13的上 端起到引导件的作用。
活塞钻杆18縮减的直径在组件1中形成第二腔室21，并且常 见形式的带有挡圈23的钻轧头22位于耐磨套筒6的底部。这允许 当钻头13未与作业表面接触时可以限制钻头13的自由轴向移动。在图1所示的本发明的所述实施例中，示出了排气孔口 24和 25从围绕钻杆18的腔室21贯穿活塞钻杆衬套20。在所示的插图中 示出了活塞钻杆衬套20的选择性构造。在该选择性构造中，沿着活 塞钻杆18部分地设置槽缝形式的凹部27，以便当钻头13处于其伸 出位置时提供从第二腔室21开始的排气通道。
在操作时，通过环形通道7供给的压縮气体进入腔室14并且从 该处进入第二腔室21。
腔室21中的压力作用在活塞12的底面上进而向上推压活塞12。 在此行程中，活塞12上的点a越过耐磨套筒6的腔膛中的点b以防 止气体进入腔室21。活塞钻杆18从活塞钻杆衬套20中縮回，进而 腔室21中的气体通过钻头13中的腔膛28而排出到大气中。
活塞12的腔膛17中的点c越过控制杆11上的点d，由此封闭 围绕控制杆11形成的上腔室26以防止通过活塞12中的腔膛17排 气。随着活塞上的点e越过耐磨套筒6的腔膛中的点f，来自加压状 态下的腔室14的压縮气体进入上腔室26。来自该上腔室26的气体 压力作用于活塞12的上端并且与施加在活塞12上的台肩15上的压 力结合，以便对活塞提供推进力从而使活塞冲击钻头13的砧座。
此时，活塞12的腔膛中的点c向下移动而越过控制杆11上的 点d，进而腔室26可以通过活塞12中的腔膛和钻头13中的腔膛将 气体排出到大气中。
当钻机在钻孔中升起时，钻头13在钻轧头22中下落并且下降 而抵靠挡圈23。结果活塞12跟随钻头13并且活塞上的点g越过耐 磨套筒6中的点h以将腔室21与腔室14封隔。
与此同时，钻头13的向下移动打开贯穿活塞钻杆衬套20的排 气孔口 24和25以释放来自腔室21的压力并且允许通过钻头13中 的腔膛28排气。当钻机1处于此吹扫(flushing)状态时释放来自腔 室21的压力至关重要。否则，活塞12将弹回而继续进行往复运动。
此外活塞12上的点i越过耐磨套筒6的腔膛中的点j以使开口 7B通向腔室26，进而允许加压的气源通过活塞12和钻头13而流动 到大气中并且吹扫钻孔。仅当活塞12静止时才出现吹扫模式，进而开口 7B可以与腔膛17和28连通。
再次参照图1中的插图，可以理解的是，当钻头19升起而离开 钻孔底部的作业表面时钻头19的向下移动使得活塞12向下移动， 这将伴随着钻杆18上的槽缝27的位置横越过钻杆衬套20。这样， 也将获得腔室21的必要排气。
一旦再次将钻头13置于作业表面上并且使钻头13退縮到耐磨 套筒6中，活塞的往复运动将重新开始。
如上所述，在活塞12进行冲程的同时，腔室14持续处于加压 状态并且交替地向上腔室26和下腔室21提供压力。在回行冲程中 台肩15上的压縮气体连续地对活塞12的上升产生反作用。台肩15 的表面积越小，对回行冲程的反作用力将越小。为了达到这点，与 现有的钻机组件相比， 一种解决方案是使用上述套管。下面参照图2 和图3，示出了也可获得该效果的钻机组件31的选择性构造，并且 下面将对此进行说明。
钻机31在一端具有反向压头32，该反向压头32带有用于操作 气体的轴向进气口 33。反向压头32具有倾斜的沿径向延伸的分配通 道34和常见的弹簧偏压进气控制阀组件35。
控制杆36从反向压头32延伸至用于操作组件的耐磨套筒37 内。该操作组件由形成用于钻头39的钻锤的气动活塞38组成。钻 头39保持在公知的钻轧头组件40中，该钻轧头组件40安装在耐磨 套筒37的远离反向压头32的一端。
活塞钻杆衬套41安装在耐磨套筒37中并且位于钻头挡圈42的 上方。当钻头39从如图2所示的作业位置升起时，该挡圈42可以 限制钻头39的自由下落。钻杆衬套41具有环形排气通道43，该环 形排气通道43沿纵向延伸而与径向出气口 44相交。当钻头39从作 业表面升起并且以常见的方式从耐磨套筒37中向外移动而实现吹扫 时，操作气体将经由贯穿钻头39的轴向通道45而从组件31中排出。
可以理解的是，可以选择性地将环形排气通道43设置在直径缩 减的钻杆衬套41的上部外侧与耐磨套筒37之间，而不是如图所示 的贯穿钻杆衬套41延伸。
9耐磨套筒37和活塞38分别具有切口，这些切口提供流动通道 以用于活塞38对钻头39的气动操作。本实施例还具有腔室46，在 腔室46中加压气体对活塞38的台肩47连续作用。就图1所示的第 一实施例而言已说明了组件的操作。
本实施例中重要的是用于使加压气体进入操作组件而设置的流 动路径51。
反向压头32螺纹旋入耐磨套筒37的端部并与该套筒接合，为 了实现这点，外螺纹裙部49从反向压头32的主体延伸至耐磨套筒 37中。在耐磨套筒37的内表面与裙部49之间设置有环形通道51。 分配通道34在裙部49上端附近设置有通向环形通道51的进气口 51A。邻近于裙部49下端的出气口 51B从通道51通向耐磨套筒37 的内部以及位于活塞38上端的切口。可以在图3中更清晰地看到这 些部件。
为了维持耐磨套筒37的适当壁厚，使得操作上端足可以设置内 螺纹以便接收裙部4 9上的外螺纹。
在本实施例中，最初将裙部49的外径设置成大于与位于耐磨套 筒37顶端的内螺纹37A标准配合的外径。随后如图所示将裙部49 的外侧旋入耐磨套筒37的顶端并与该套筒接合。裙部49上的螺纹 用于增加到裙部49的壁的厚度。所示的实施例中的螺纹高度为 3mm。将该螺纹高度加到裙部49的壁厚上以使其更加坚固。这允许 在裙部49中设置更大的腔膛并且实现活塞38上较好的表面积比率。 同时，可实现台肩47上较小的表面积，这可提高活塞38的活塞上 移速度，以便在每分钟实现更多的冲击次数从而表现出更佳的性能。
图4示出了钻机61的另一实施例。从反向压头62进入耐磨套 筒64的气源可以与上述任一实施例所描述的相同。简要地，在耐磨 套筒64中设置有环形通道63。在本实施例中，钻机的构造与图2和 图3所示的钻机的构造相同。活塞65上的切口以及耐磨套筒64中 的切口所提供的气流通道也相同。然而，活塞65的操作下端66构 造为与底阀管67配合使用。在活塞65的冲击冲程结束时活塞65的 腔膛68与底阀管67卡合以便于排出来自活塞65上方的气体，并且在活塞的回行冲程结束时活塞65的腔膛68升起而离开底阀管67以 便于排出来自活塞65下方的气体。其他操作与以上所述的操作相同。
本发明的钻机组件提高了活塞38上的表面积比率，从而可以获 得可靠的回行冲程，并且当钻头39移动到非操作位置时可以确保活 塞38的移动停止下来。该构造还可以在仍旧维持上述小型化构造的 同时维持螺纹裙部49的令人满意的壁强度。
上述潜孔钻机缓解了所涉及的问题，并且可提供高效且易于制 造的产品。
权利要求
1.一种气动潜孔锤钻组件，包括反向压头，其包括进气阀；用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，其安装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述反向压头的往复运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上的切口与所述耐磨套筒的壁上的切口形成；以及纵向环形通道，其贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反向压头端延伸，用于供给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在一端具有与贯穿所述反向压头的气源通道连通的隔离口，并且在另一端具有与所述耐磨套筒的内部连通的隔离口。
2. 如权利要求1所述的气动潜孔锤钻组件，其中， 所述环形通道在具有直径縮减的所述耐磨套筒的部分的外表面与套管的内表面之间延伸，所述套管沿径向与所述直径縮减部分的 外表面间隔并且紧固到所述耐磨套筒上。
3. 如权利要求2所述的气动潜孔锤钻组件，其中， 通过将所述反向压头安装到所述耐磨套筒的端部而使所述套管可拆卸地就位。
4. 如权利要求1所述的气动潜孔锤钻组件，其中， 所述环形通道在所述耐磨套筒的直径增大部分的内表面与从所述反向压头下垂的裙部的外表面之间延伸，并且将所述裙部螺纹旋 入位于所述耐磨套筒端部的螺纹中以便将所述反向压头安装到所述 耐磨套筒上。
5. —种气动潜孔锤钻组件，包括 反向压头，其包括进气阀； 用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，其安装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述 反向压头的往复运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上的切口与所述耐磨套筒的壁上 的切口形成；以及纵向环形通道，其贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反 向压头端延伸，用于供给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在所述耐磨套筒的直径縮减部分的外表面 与套管的内表面之间延伸，所述套管沿径向与所述直径縮减部分的 外表面间隔并且紧固到所述耐磨套筒上。
6. —种气动潜孔锤钻组件，包括 反向压头，其包括进气阀； 用于冲击活塞的耐磨套筒；钻头，其安装在所述耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离所述 反向压头的往复运动，并且为所述活塞提供砧座；流体路径，其由所述活塞的壁上的切口与所述耐磨套筒的壁上 的切口形成；以及纵向环形通道，其贯穿所述耐磨套筒并且从所述组件的所述反 向压头端延伸，用于供给驱动所述活塞的加压流体，其中，所述环形通道在所述耐磨套筒的直径增大部分的内表面 与从所述反向压头下垂的裙部的外表面之间延伸，并且将所述裙部螺纹旋入位于所述耐磨套筒端部的螺纹中以便将所 述反向压头安装到所述耐磨套筒上。
全文摘要
本发明公开了一种气动潜孔锤钻组件。将反向压头紧固到用于冲击活塞的耐磨套筒上，并将钻头安装在耐磨套筒中的钻轧头中而被限制远离反向压头的往复运动并且为活塞提供砧座。该气动潜孔锤钻组件具有环形通道，该环形通道在一端具有与贯穿反向压头的气源通道连通的隔离口，并且在另一端具有与耐磨套筒的内部连通的隔离口。在一个实施例中，环形通道在耐磨套筒的直径缩减部分的外表面与套管的内表面之间延伸，该套管沿径向与直径缩减部分的外表面间隔并且紧固到耐磨套筒上。环形通道选择性地设置在耐磨套筒的直径增大部分的内表面与从反向压头下垂的裙部的外表面之间，其中将该裙部螺纹旋入位于耐磨套筒端部的螺纹中以便将反向压头安装到耐磨套筒上。
文档编号E21B7/18GK101676514SQ20091013991
公开日2010年3月24日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者伯纳德·莱昂内尔·吉安 申请人:伯纳德·莱昂内尔·吉安