专利名称：具有闸板的钻孔设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及非挖沟钻孔设备。更具体地，本发明涉及能够保持精确斜坡和线路的钻孔设备。
背景技术：
现代安装技术提供社区基础设施所需的地下设施服务。污水、水、电、气体和远程 通信服务越来越多地被设置在地下以提高安全性并在视觉上建立更加令人愉悦的不会由于可见设施而杂乱的环境。用于安装地下设施的一种方法是挖掘明沟渠。然而，该过程是耗时的并且在支撑现有建筑的区域中是不切实际的。用于安装地下设施的其它方法涉及钻水平地下孔。然而，大多数地下钻孔操作相对不准确并不适于用于斜坡和直线。PCT国际公开出版物第WO 2007/143773号公开了一种能够以精确的坡度和线路对地下微型隧道进行钻孔和扩孔的微型隧道掘进系统和设备。虽然该系统相对于大多数现有技术的系统表现出了显著的提高，但是可以使用进一步的增强以获得更好的性能。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种钻孔设备，所述钻孔设备包括限定至少一个通孔的切削单元，所述至少一个通孔提供切削单元的远端侧与近端侧之间的流体连通。在使用中，由切削单元产生的泥土可以通过通孔由钻孔设备的真空装置抽吸。切削单元还包括流动控制闸板。在特定实施例中，闸板可在通孔被阻挡/闭合的第一位置与通孔被打开/未阻挡的第二位置之间移动。在其它实施例中，闸板可以用于仅部分地阻挡通孔。通过选择通孔被闸板阻挡的部分/百分比，可以通过定制通孔的开口横向横截面面积以与其中正在使用钻孔设备的地质物质类型相匹配来增强钻孔性能。本发明的另一个方面涉及一种适于在可流动条件(例如，在地下水位下方的钻孔环境)下使用的钻孔设备(即，隧道掘进设备)。在特定实施例中，钻孔设备包括具有近端和远端的钻柱。切削单元安装在钻柱的远端处。切削单元由钻柱的近端处的驱动机构提供动力。驱动机构适于提供用于使切削单元的切削部件旋转的转矩，并还适于将推力施加到钻柱以驱动钻柱和切削单元在远端进入到地面中。钻柱限定用于清除由切削部件在正在被钻进的孔中产生的泥土的真空通道。钻柱还限定用于在钻孔期间沿着钻孔向下提供空气以减少真空通道堵塞的可能性的空气通道。切削部件限定提供真空通道与切削部件的切削侧(即，远端侧)之间的流体连通的通孔。通孔还提供空气通道与切削部件的切削侧之间的流体连通。切削单元还包括用于选择性地打开和闭合通孔的闸板。在可流动条件下的正常钻孔操作期间，通孔打开，从而a)允许在切削部件的切削侧产生的泥土通过通孔被容易地抽吸并吸入到真空通道中；以及b)允许空气从空气通道流动到切削部件的切削侧。当钻孔操作停止时，闸板用于闭合(即，阻挡、覆盖等)通孔以防止切削部件的切削侧的可流动物质填充真空通道和/或空气通道。在随后的说明中阐述各种另外的方面。所述方面可以涉及单独特征和特征的组合。将要理解的是以上总体说明和以下详细说明仅是示例性和说明性的，并且不限制这里公开的实施例所基于的宽泛的发明构思。
图I是具有根据本发明的原理的特征的钻孔设备的示意图；图2是根据本发明的原理的钻头的侧视图；
图3是图2的钻头的立体图，其中显示了位于钻头的切削单元的远端处的旋转切削部件的切削侧(即，远端侧)；图4是显示位于图3的切削单元的近端的闸板的立体图，闸板和旋转切削部件被显示为处于使切削单元的远端与近端之间的流体连通打开的第一相对位置；图5是显示图3的切削单元的旋转切削部件和闸板处于使切削单元的远端与近端之间的流体连通打开的第二相对位置的立体图；图6是根据本发明的原理的另一个切削单元的前视分解立体图；图7是图6的切削单元的后视分解立体图；图8是图6的切削单元的组装形式的横截面图；图9是图6的切削单元在完全畅流方向上的前视图；图10是图6的切削单元处于完全打开结构的后视图；图11是图6的切削单元处于部分畅流结构的前视图；图12是图6的切削单元处于部分畅流结构的后视图；图13是根据本发明的原理的又一个切削单元的前视分解立体图；图14是图13的切削单元的后视分解立体图；以及图15是图13的切削单元的组装形式的横截面图。
具体实施例方式A.示例性钻孔设备的概述图I显示了具有根据本发明的原理的特征的钻孔设备20。通常，设备20包括以端对端关系连结在一起以形成钻柱24的多个管部分22。管部分22中的每一个都包括可旋转地安装在外壳组件28中的驱动轴26。钻头30安装在钻柱24的远端(S卩，前端)，而驱动单元32位于钻柱24的近端(即，尾端或后端)。驱动单元32包括适于将转矩施加到钻柱24的转矩驱动器和用于将推力或回拉力施加到钻柱24的轴向驱动器。来自驱动单元32的推力或回拉力通过管部分22的外壳组件28在钻柱24的近端与远端之间传递。转矩通过管部分22的驱动轴26被从钻柱24的近端传递到钻柱24的远端，其中所述驱动轴26相对于外壳组件28旋转。通过驱动轴26传递通过设备20的来自驱动单元32的转矩最终用于使钻头30的切削单元34旋转。管部分22还可以被称为钻杆、钻柱或钻孔构件。管部分典型地用于形成地下孔，然后当产品(例如，管道)安装在所述孔中时被从地下孔中移除。钻进设备20的钻头30可以包括可旋转地安装在钻头30的主体38内的驱动杆46。主体38可以包括一件式主体，或者可以包括连结在一起的多个元件或模块。驱动杆46的远端被构造成将转矩传递给切削单元34。例如，驱动杆46的远端可以包括装配在切削单元34的转矩驱动器接收器51 (例如，切削单元34的六边形凹形管座(female socket))内的凸形转矩驱动器49 (例如，六边形驱动器)。驱动杆46的近端连结到最远端管部分22的驱动轴26，使得转矩从主动轴26被传递给驱动杆46。这样，驱动杆46用作用于将转矩从驱动单元32传递给切削单元34的最后的支腿。外壳组件28将推力和/或回拉力传递给钻头的主体38。钻头30优选地包括轴承(例如，轴向轴承/止推轴承和径向轴承)，所述轴承允许驱动杆46相对于主体38旋转且还允许推力或回拉力通过驱动杆46被从主体38传递到切削单元34。
在特定的实施例中，钻孔设备20用于以精确的坡度形成地下孔。例如，可以在以精确坡度安装的地下管的设施中使用钻孔设备20。在一些实施例中，钻孔设备20可以用于安装地下管或具有小于600mm或小于300mm的外径的的其它产品。优选的是钻孔设备20包括适于保持正在由钻孔设备20钻出的孔处于精确的坡度和线路的转向装置。例如，参照图1，钻头30包括安装在钻头30的主体38上的转向壳套36。通过在转向壳套36与主体38之间产生径向运动(例如，通过定位在转向壳套36与主体38之间的径向定向的活塞、一个或多个囊状物、机械联动装置、螺杆传动装置等)实现钻孔设备20的转向。2009年9月29日提出申请的美国临时专利申请第61/246，616号中提供了关于适当的转向系统的进一步细节，其中所述申请通过引用在此全文并入供参考。钻孔设备20的转向优选地与用于确保钻柱24沿着精确坡度和线路行进的导向系统结合被引导。例如，如图I所示，导向系统包括激光器40，所述激光器40引导激光束通过由管部分22的外壳组件28限定的连续轴向延伸的空气通道43到达邻近钻头30定位的目标。空气通道从钻柱24的近端延伸到远端并允许将空气提供给切削单元34。空气压力源45可以用于迫使空气在远端通过通道43。钻孔设备20还包括连接到用户界面52和监视器54的电子控制器50 (例如，计算机或其它处理装置)。用户界面52可以包括键盘、操纵杆、鼠标或其它接口装置。控制器50还可以与用作转向系统的一部分的诸如摄像机的照相机60连接。例如，照相机60可以产生激光束撞击目标的位置的图像。要理解的是照相机60可以安装在钻头30内，或者可以安装在钻孔设备20的外部(例如，邻近激光器40)。如果照相机60安装在钻头30处，则数据电缆可以从照相机延伸通过从钻柱24的远端延伸到近端并由管部分22的外壳组件28限定的通道。在进一步其它实施例中，钻孔设备20可以包括允许控制器与井下照相机60远程通信的无线技术。在钻孔设备20的转向期间，操作者可以通过监视器54观察照相机产生的显示激光束在目标上的位置的图像。基于激光束撞击目标的位置，操作者可以确定设备在哪个方向上转向以保持由激光束建立的期望的线路和坡度。操作者通过使用用户界面使钻柱24进行转向以使壳套驱动器39改变钻头30的转向壳套36和主体38的相对径向位置。在一个实施例中，在与期望转动钻柱的径向方向相反的径向方向上将径向转向力/负载施加到转向壳套36。例如，如果期望使钻柱24向上转向，则可以将向下力施加到转向壳套36，由此迫使主体38和切削单元34向上，从而随着钻柱24在向前/远端方向上被轴向推动使钻柱向上转动。类似地，如果期望向下转向，则可以将向上力施加到转向壳套36，由此迫使主体38和切削单元34向下，从而随着钻柱24在向前/远端方向上被轴向推动使钻柱24向下转向。为了有助于钻孔，钻孔设备20还可以包括用于迫使钻孔流体从钻柱24的近端达到远端的流体泵。在特定实施例中 ，钻孔流体可以被泵送通过穿过驱动轴26限定的中心通道。穿过驱动轴26限定的中心通道可以与设置在切削单元34处的多个流体输送端口流体连通，使得易于在切削单元34的切削面处提供钻孔流体。流体可以通过位于驱动单元32处的流体旋转接头被提供给中心通道。在其它实施例中，钻孔流体线路可以通过由钻柱限定的单独的通道从钻柱的近端延伸到远端。钻孔设备20还可以包括用于从正在被钻的孔中移除泥土和钻孔流体的真空系统。例如，钻柱24可以包括从钻柱24的近端连续延伸到远端的真空通道47。真空通道的近端可以与真空装置65流体连通，而真空通道的远端通常邻近孔的底部在切削单元34的正后方。真空装置65将真空压力施加到真空通道47以从正在被钻的孔中移除泥土和钻孔流体。通过空气通道43被提供给钻柱24的远端的至少一些空气也通常被吸入到真空通道中以有助于防止真空通道堵塞。在特定实施例中，通过真空通道从孔中移除的液体和泥土可以被输送到贮槽67。B.示例性切削单元图2是图I的钻孔设备20的钻头30的远端部的侧视图。具体地，图2显示了钻头30的转向壳套36和切削单元34。切削单元34包括直接相邻于转向壳套36的远端定位的近端70 (即，尾端或后端)和在远端偏离转向壳套36的远端72 (即，前端)。参照图3，切削单元34包括旋转切削部件74，所述旋转切削部件74绕着切削单元34的中心纵向轴线75 (参见图4和图5)旋转以有助于通过钻孔设备20切削孔。轴线75可以与由管部分22的驱动轴26限定的中心纵向轴线共轴向地对准。具体地，旋转切削部件74通过由驱动轴26从驱动单元32传递的转矩绕着轴线75旋转。在钻孔操作期间，旋转切削部件74通常绕着轴线75相对于钻头30的转向壳套36、钻头30的主体38和管部分22的外壳组件28旋转。参照图3和图4，旋转切削部件74包括基本上从切削单元34的远端72延伸到近端70的外边缘76 (例如，圆柱外边缘)。旋转切削部件74还包括邻近切削单元34的远端72不可旋转地连接到外边缘76的前刀具安装板78 (例如，环形安装板)。术语“不可旋转地连接”表示所述连接不允许相互连接件之间相对旋转。例如，前刀具安装板78可以被焊接到外边缘76。可选地，前刀具安装板78可以与外边缘76整体铸造而成，作为外边缘76的一体部件被机械加工而成或通过紧固件连接到外边缘76。如图3所示，前刀具安装板78的外周边部77不可旋转地连接到外边缘76。参照图4，旋转切削部件74还包括不可旋转地连接到前刀具安装板78的内部的内毂80。内毂80限定适于容纳设置在钻头30的驱动杆46的远端的凸形转矩驱动器49的转矩驱动器接收器51。因此，内毂80被构造成允许转矩容易地从钻头30的驱动杆46传递给切削单元34的旋转切削部件74。切削单元34的旋转切削部件74还包括安装在前刀具安装板78的切削侧82 (即远端侧)的多个切削元件。切削元件包括切削齿84和连接到前刀具安装板78的切削侧82的切削刀片86a。切削刀片86a相邻于在远端-近端方向上延伸通过前刀具安装板78的通孔88安装。切削刀片86a固定到安装架89，所述安装架89通过紧固件固定在由旋转切削部件74的前切削侧82限定的凹槽中。切削刀片86a和/或安装架89可以被构造成覆盖通孔88的至少部分。这样，通过使用不同的切削刀片86a或不同尺寸的安装架89，可以改变通孔88的开口部的最大可用尺寸以对切削单元34要钻进的材料类型定制切削单元34。通孔88允许由切削单元34的切削元件产生的泥土在远端-近端方向上通过切削单元34。一旦切屑通过通孔88，切屑会被吸入到真空通道47中并被从正在钻的孔中移除。在特定实施例中，通孔88还可以允许空气在近端-远端方向上通过切削单元34，在切削单元34中，空气与切屑混合，然后与切屑一起在远端-近端方向上通过通孔88被吸回到真空通道47。
当在可流动条件(例如，地下水位以下条件)下钻孔时，期望的是能够选择性地打开和闭合通孔88。当通孔88闭合时，切削单元34的远端72与近端70之间的流体连通被阻断，使得能够防止前刀具安装板78的远端侧的物质流动通过通孔88并填充真空通道47和/或空气通道43。参照图4和图5，切削单元34还包括用于选择性地打开和闭合通孔88的闸板90。图4和图5显示作为环形板安装在切削单元34的近端70的闸板90。闸板90包括在圆周方向上通过阻挡部92彼此分开的通孔91。闸板90还限定穿过阻挡部92限定的弧形槽93。槽93限定绕着沿着旋转轴线75延伸的中心线摆动的曲率半径。紧固件94 (例如，带肩螺栓或销)延伸通过槽93并用于将闸板90连接到前刀具安装板78的近端侧。闸板90安装在外边缘76的近端内侧。紧固件94和槽93允许闸板90和旋转切削部件74绕着轴线75相对于彼此在图4所示的第一相对位置与图5中所示的第二相对位置之间旋转。在图4的第一相对位置，闸板90的通孔91与旋转切削部件74的通孔88对准，使得切削单元34的近端70与远端72之间的流体连通打开。在图5的第二相对位置，闸板90的阻挡部92覆盖旋转切削部件74的通孔88，使得切削单元34的远端72与近端70之间的流体连通被阻断。切削单元34还包括保持组件23，所述保持组件23用于通过防止切削单元远离转矩驱动器49滑动而将切削单元34保持在驱动轴46上。保持组件23包括保持盖25、紧固件27和中心切削刀片86b。中心切削刀片86b连接到紧固件27的头部。紧固件27延伸通过保持盖25并连接到驱动轴46的端部。例如，紧固件27可以包括具有螺纹轴的螺栓，所述螺纹轴拧入到由驱动杆46的凸形转矩驱动器49限定的内螺纹轴向开口中。当紧固件27拧入到凸形转矩驱动器49的螺纹开口中时(参见图I)，紧固件27使保持盖25的后侧挤压/邻接旋转切削部件74的前侧，从而防止切削部件74轴向远离凸形转矩驱动器49滑动。在正常钻孔操作期间，切削单元34在第一旋转方向95上绕着旋转轴线75旋转。旋转切削部件74在第一旋转方向95上的旋转导致紧固件94在槽93内滑动到槽93的第一端96。在紧固件94位于槽93的第一端96的情况下，闸板90和旋转切削部件74处于在切削单元34的远端72与近端70之间提供流体连通的第一相对位置(参见图4)。随着在紧固件94位于槽93的第一端96的同时旋转切削部件74继续在第一旋转方向95上旋转，转矩从旋转切削部件74通过紧固件94被传递给闸板90。这样，闸板90与旋转切削部件74 一致地旋转，使得通孔88保持打开。当钻孔操作停止时，期望的是关闭切削单元34的远端72与近端70之间的流体连通。为了实现该目的，旋转切削部件74在第二旋转方向97上绕着旋转轴线75旋转。当发生该旋转时，槽93和紧固件94允许旋转切削部件74相对于闸板90绕着轴线75从图4的第一相对位置旋转到图5的第二相对位置。在图5的第二相对位置，紧固件94接合槽93的第二端98，并且闸板90的阻挡部92覆盖旋转切削部件74的通孔88。为了重新打开通孔，旋转切削部件78仅在第一方向95上绕着旋转轴线75旋转，从而使旋转切削部件74移动返回到图4的位置。在可选的实施例中，除了用于打开和闭合通孔之外，根据本发明的原理的闸板还可以用于调节刀具通孔的尺寸(例如，开口横向横截面面积)以将通孔定制成适应在特定类型物质中的钻孔。例如，图6-12显示了包括旋转切削部件174和闸板190的切削单元134。旋转切削部件174具有被定位成与后侧183相对定位的前切削侧182。多个切削齿设·置在前切削侧182，并且多个通孔188从前切削侧182穿过旋转切削部件174延伸到后侧183。旋转切削部件174的后侧183包括毂180，所述毂180限定适于容纳设置在钻头30的驱动杆46的远端的凸形转矩驱动器49的转矩驱动器接收器151。毂180被构造成允许转矩被容易地从钻头30的驱动杆46传递到切削单元134的旋转切削部件174。在所述的实施例中，转矩驱动器接收器151被显示为包括多个平坦部的转矩传递管座。保持组件123紧固转矩驱动器49以防止切削单元134远离转矩驱动器49滑动。保持组件123包括保持盖125和紧固件127。紧固件127延伸通过保持盖125并适于连接到转矩驱动器49。当紧固件127被紧固时，保持盖125的后侧抵靠在旋转切削部件174的前侧上进行夹持。切削单元134的闸板190通过多个紧固件161被固定到旋转切削部件174的后侧183。如图6所示，紧固件161被示出为拧入到设置在旋转切削部件174的后侧183的螺纹开口中的螺栓。紧固件161延伸通过限定绕着沿着旋转轴线175延伸的中心线摆动的曲率半径的槽193。当紧固件161被松开时，槽193允许旋转切削部件174和闸板190相对于彼此绕着旋转轴线175旋转。相反，当紧固件161被紧固时，旋转切削部件174和闸板190相对于彼此被锁定在适当的位置，使得能够防止旋转切削部件174与闸板190之间绕着旋转轴线175的相对旋转运动。闸板190包括通孔191和阻挡部192。通过使旋转切削部件174和闸板190相对于彼此绕着旋转轴线175旋转，可以改变旋转切削部件174的通孔188与闸板190的通孔191之间的相对位置。这样，可以调节由通孔188提供的开口横向横截面面积的量。例如，旋转切削部件174和闸板190可以被锁定在第一相对旋转位置(S卩，完全闭合位置)(未示出)，在所述第一相对旋转位置，闸板190的阻挡部192完全阻挡通孔188，使得能够防止物质通过旋转切削部件174。旋转切削部件174和闸板190还可以被锁定在第二旋转位置(完全打开位置)(参见图9和图10)，在所述第二旋转位置，通孔188与通孔191完全对准使得通孔188没有任何部分被阻塞。在此位置，通过通孔188提供最大开口横向横截面面积以用于允许物质通过旋转切削部件174。
旋转切削部件174和闸板190还可以被锁定在完全打开位置与完全闭合位置之间的中间位置。在中间位置，闸板190仅部分地阻挡通孔188，从而与完全打开位置相比提供物质可以流动通过的减小的横向横截面面积。在特定实施例中，闸板190当在所选择的中间相对旋转位置时阻挡通孔188的横向横截面面积的10-90%，或通孔188横向横截面面积的20-80%，或通孔188的横向横截面面积的20-60%。要理解的是可以通过操作者选择中间相对旋转位置，使得通孔188的横向横截面面积的开口部被选择成与钻孔设备想要钻进的物质类型相匹配，从而对想要钻进的物质定制钻头。紧固件161允许将旋转切削部件174和闸板190锁定在无穷数量的中间相对旋转位置处。一旦中间相对旋转位置已经被设定，紧固件在钻孔期间保持旋转切削部件174和闸板190处于所选择的中间相对旋转位置。图11和图12显示了被锁定在使通孔188被闸板190部分阻挡的示例性中间相对旋转位置的旋转切削部件174和闸板190。切削单元134被显示为包括用于在储存和运输期间将保持组件123固定到旋转切削部件174的螺母135。要理解的是当切削单元134被安装到钻头30时，螺母135被移除并丢弃。
图13-15显示了根据本发明的原理的另一个切削单元234。切削单元234包括旋转切削部件274和闸板290。旋转切削部件274包括被定位成与后侧283相对的前切削侧282。通孔288从切削侧282穿过旋转切削部件274延伸到后侧283。刀具安装凹槽285邻近于通孔288设置在旋转切削部件274的前侧282。刀具安装凹槽允许刀具安装架289邻近于通孔288容易地安装到旋转切削部件274。诸如细长刀片的刀具被固定到刀具安装架289。通过选择不同尺寸的刀具安装架和/或刀具，可以改变通孔288的最大可能开口面积。例如，当刀具安装架和连接到所述刀具安装架的刀具没有与通孔288重叠时，通孔288具有最大开口横向横截面面积。通过根据相对于通孔288的预定重叠量选择刀具安装架和/或刀具，可以调节由通孔288提供的最大开口横向横截面面积。切削单元234的闸板290包括毂235，所述毂235限定适于容纳设置在钻头30的驱动杆46的远端的凸形转矩驱动器49的转矩驱动器接收器251。转矩驱动器接收器251被构造成允许转矩被容易地从钻头30的驱动杆46传递到闸板290。在所述的实施例中，转矩驱动器接收器251包括管座结构，所述管座结构包括多个平坦部。保持组件223用于防止旋转切削部件274和闸板290远离转矩驱动器49滑动。保持组件223包括保持盖225、紧固件227和中心切削刀片286b。中心切削刀片286b连接到紧固件227的头部。紧固件227延伸通过保持盖225并连接到驱动轴46的端部。例如，紧固件227可以包括具有螺纹轴的螺栓，所述螺纹轴拧入到由驱动杆46的凸形转矩驱动器49限定的内螺纹轴向开口中。保持盖225被构造成在不需要相对于闸板290将旋转切削部件夹持在适当的位置的情况下将旋转切削部件274和闸板290保持在驱动轴46上。例如，保持盖225包括毂部221和从毂部221的前端径向向外突出的凸缘部219。毂部221的后端限定闸板夹持表面221a，当紧固件227被拧入到驱动轴46中以将闸板290保持在驱动轴46上时，所述闸板夹持表面221a接合闸板290的毂235的前表面。凸缘部219的后侧限定旋转切削部件保持表面219a，所述旋转切削部件保持表面219a与旋转切削部件274的前侧相对以防止旋转切削部件274与驱动轴46脱离。毂部221限定闸板夹持表面221a与旋转切削部件保持表面219a之间的偏移量217。偏移量217在前后方向上延伸并在表面221a、219a之间提供间隙，闸板290的内部290i容纳在所述间隙中。由偏移量217提供的间隙大于内部290i的厚度并防止当紧固件227被紧固时内部290i被保持盖225夹持。这样，保持组件223不会干扰旋转切削部件274相对于闸板290绕着旋转轴线275旋转的性能。切削单元234还包括滑动销294 (例如，合销)，所述滑动销294具有插入由旋转切削部件274的后侧283限定的开口内的前端(参见图15)。滑动销294的后端装配在由闸板290限定的相应的弧形槽293中。弧形槽293具有由绕着沿着旋转轴线275延伸的中心线摆动的半径限定的曲率。滑动销294具有两个主要功能。第一，当通过钻头30的驱动杆46将转矩施加到闸板290时，滑动销294允许转矩从闸板290被传递给旋转切削部件274。因此，在钻孔期间，用于使旋转切削部件274绕着旋转轴线275旋转的转矩由驱动杆46提供并通过滑动销294从闸板290被传递给旋转切削部件274。旋转切削部件274和闸板290在钻孔操作期间通过驱动轴46绕着旋转轴线275 —致地旋转。滑动销294和槽293还允许闸板290和旋转切削部件274相对于彼此绕着旋转轴线275旋转。这样，类似于这里所述的第一实施例，旋转切削部件274和闸板290可以移动到第一相对旋转位置，在所述第一相对旋转位置，闸板290的通孔291与旋转切削部件274的通孔288对准，使得通孔288打 开以允许物质在前后方向上通过切削单元234。滑动销294和槽293还允许旋转切削部件274和闸板290移动到第二相对旋转位置，在所述第二相对旋转位置，闸板290通过防止物质在前后作用下通过切削单元234而阻挡通孔288。切削单元234还包括安装在旋转切削部件274与闸板290之间的轴承构件211。轴承构件211包括径向轴承部211a，所述径向轴承部装配在闸板290的毂235上并提供闸板毂235的径向面向外的表面与旋转切削部件274的径向面向内的表面之间的径向支承。轴承构件211还包括形成闸板290的前侧与旋转切削部件274的后侧283之间的支承的轴向轴承结构/止推轴承结构211b。切削单元234被显示为包括用于在储存和运输期间将保持组件223固定到旋转切削部件274和闸板290的螺母213。要理解的是当切削单元234被安装到钻头30时，螺母213被移除并丢弃。在图13-15的实施例中，当切削单元234在旋转方向297上绕着旋转轴线275旋转时出现理想的钻孔。闸板290通过驱动轴46在旋转方向297上的旋转使滑动销294在槽293内滑动到槽293的端部298。在滑动销294位于槽293的端部298的情况下，闸板290和旋转切削部件274处于在切削单元234的前侧与后侧之间提供流体连通的打开位置。随着在滑动销294位于槽293的端部298的同时闸板290继续在旋转方向297上旋转，转矩通过滑动销294被从闸板290传递给旋转切削部件274。这样，旋转切削部件274与闸板290 —致地旋转，使得通孔288保持打开。当钻孔操作停止时，期望的是关闭切削单元234的前侧与后侧之间的流体连通。为了实现该目的，闸板290通过驱动轴46在旋转方向295上绕着旋转轴线275旋转。当此发生时，槽293和滑动销294允许闸板290相对于旋转切削部件274从打开位置旋转到闭合位置。在闭合位置，滑动销294接合槽293的端部296，并且闸板290的阻挡部覆盖旋转切削部件274的通孔288。为了重新打开通孔288，闸板290仅在方向297上绕着旋转轴线175旋转，从而使闸板290相对于旋转切削部件274移动返回到打开位置。这类切削单元的一个优点在于当想要或期望通过使闸板290在方向295上相对于旋转切削部件274旋转来关闭通孔时，旋转切削部件274的切削齿与地面之间的接触提供防止闸板290和旋转切削部件274彼此一致地旋转的阻力。从上述详细说明显而易见的是可以在不背离本发明的精神或保护范围的情况下对本发明的装置进行改进和变更。·
权利要求
1.一种钻孔设备,包括 包括前切削侧和后侧的旋转切削部件，所述旋转切削部件限定穿过所述旋转切削结构从所述前切削侧延伸到所述后侧的多个通孔； 闸板，所述闸板邻近于所述旋转切削部件的后侧安装，所述闸板和所述旋转切削部件能够相对于彼此绕着轴线在所述闸板阻挡所述通孔的第一方位与所述通孔打开的第二方位之间旋转移动，所述闸板包括转矩传递界面，所述转矩传递界面与所述轴线对准以用于将转矩从驱动轴传递给所述闸板以使所述闸板绕着所述轴线旋转；和 连接装置，所述连接装置在所述闸板与所述旋转切削部件之间，用于将转矩从所述闸板传递到所述旋转切削部件以使所述旋转切削部件绕着所述轴线旋转，所述连接装置还允许所述旋转切削部件与所述闸板之间绕着所述轴线的一定范围的相对旋转运动，所述一定范围的相对旋转运动允许所述旋转切削部件和所述闸板在所述第一方位与所述第二方位之间移动。
2.根据权利要求I所述的钻孔设备，其中，所述连接装置包括滑动元件，所述滑动元件通过绕着所述轴线弯曲的弯曲槽延伸。
3.根据权利要求2所述的钻孔设备，其中，所述滑动元件包括固定到所述旋转切削部件的滑动销，并且其中所述弯曲槽由所述闸板限定。
4.根据权利要求3所述的钻孔设备，其中，所述弯曲槽没有完全通过所述闸板延伸。
5.根据权利要求I所述的钻孔设备，其中，所述闸板至少部分地凹入所述旋转切削部件的后侧内。
6.根据权利要求I所述的钻孔设备，其中，止推轴承安装在所述旋转切削部件与所述闸板之间。
7.根据权利要求I所述的钻孔设备，其中，刀具安装在所述旋转切削部件的前切削侧。
8.根据权利要求7所述的钻孔设备，其中，所述刀具能够通过安装架安装到所述旋转切削部件的前侧，其中所述刀具安装架邻近于所述通孔固定到所述旋转切削部件，以及其中不同尺寸的安装架能够用于改变所述通孔的最大开口尺寸。
9.一种钻孔设备,包括 包括前切削侧和后侧的旋转切削部件，所述旋转切削部件限定多个通孔，所述多个通孔穿过所述旋转切削结构从所述前切削侧延伸到所述后侧，所述旋转切削部件在钻孔期间绕着轴线旋转；和 阻挡部件，所述阻挡部件邻近于所述旋转切削部件的后侧安装以用于阻挡所述通孔的至少部分，所述阻挡部件能够在不同的旋转位置绕着所述轴线安装到所述旋转切削部件，其中所述阻挡部件在每一个旋转位置处提供不同的通孔阻挡百分比。
10.根据权利要求9所述的钻孔设备，其中，所述阻挡部件通过紧固件固定在所述旋转位置。
11.根据权利要求10所述的钻孔设备，其中，所述紧固件通过由所述阻挡部件限定的弯曲槽延伸。
12.根据权利要求11所述的钻孔设备，其中，所述弯曲槽具有以所述轴线为中心的曲率。
13.一种钻孔设备，包括切削单元，所述切削单元限定至少一个通孔，所述至少一个通孔提供所述切削单元的远端侧与近端侧之间的流体连通，所述切削单元包括在所述切削单元的远端侧的多个切削元件；和 闸板，所述闸板用于选择性地打开和阻挡所述切削单元的所述通孔。
14.一种钻孔设备,包括 切削单元，所述切削单元限定至少一个通孔，所述至少一个通孔提供所述切削单元的远端侧与近端侧之间的流体连通，所述切削单元包括在所述切削单元的远端侧的多个切削元件；和 闸板，所述闸板用于至少部分地覆盖所述通孔。
全文摘要
本发明涉及一种钻孔设备，所述钻孔设备包括限定至少一个通孔的切削单元，所述至少一个通孔提供切削单元的远端侧与近端侧之间的流体连通。切削单元包括在切削单元的远端侧的多个切削元件。切削单元还包括用于选择性地打开和阻挡切削单元的通孔的闸板。
文档编号E21D9/08GK102892975SQ201080066790
公开日2013年1月23日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者基思·艾伦·霍厅, 安第斯·萨林斯, 斯图亚特·哈里森 申请人:维米尔制造公司