一种牙轮掏穴钻头的制作方法

本实用新型涉及扩穴钻头领域，特别是指一种牙轮掏穴钻头。

背景技术：

掏穴钻头(又名扩穴钻探)，是煤矿瓦斯抽采和探放水时用于从钻孔内部扩大钻孔孔径且不影响孔口段孔径的一类钻头。现有的掏穴钻头主要以钻井(钻孔)冲洗液为动力，在钻孔任意位置需要扩孔处，加压使掏穴翼张开即可进行扩孔作业。钻头主体为合金钢，掏穴部分为两翼结构(或单翼结构)，两掏穴翼根据地层条件的不同或使用时的磨损情况进行更换，掏穴翼主体为合金钢，碎岩部分为聚晶复合片或硬质合金。

现有掏穴钻头，其上部为丝扣与钻杆或钻铤连接，内部为传力阀杆、回位弹簧和齿条，下部为钻头导正部分，导正部分可根据钻孔的口径设计加工。该钻头的掏穴原理是：钻孔冲洗液通过钻具内管推动钻头内的阀杆，阀杆向下运动时带动齿条一起向下运动，齿条带动端部有齿轮的掏穴翼，掏穴翼绕旋转轴进行旋转，进行扩孔作业，钻头靠钻具的重力或动力头施加压力进行回转扩孔，与此同时钻孔冲洗液起冷却钻头和携带破碎岩屑排渣的作用；扩孔至设计要求后，提出钻杆，掏穴翼在回位弹簧的作用下回缩，钻头主体尺寸小于上部未掏穴部分的钻孔尺寸，逐渐将钻头提升至孔口。现有掏穴钻头在钻进硬地层或软硬交错的硬夹层时，掏穴翼承压面积大，易磨损，钻头切入困难，工作效率低。

技术实现要素：

本实用新型提出一种牙轮掏穴钻头，解决了现有钻头在钻进硬地层或软硬交错的硬夹层时，掏穴翼易磨损，钻头切入难的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种牙轮掏穴钻头，包括：用于同外部机构连接的连接件，其中间设有上下贯穿的通孔；连接件的下部开设有两个滑槽，滑槽位于通孔的两侧，且与通孔连通；底部呈锥形的顶杆，设于通孔内，可沿通孔上下滑动；对称设于顶杆两侧的两根支腿，支腿的顶端设于滑槽内，与连接件铰接；支腿随着顶杆向下滑动沿滑槽向外侧打开；固定块，与支腿一一对应设于支腿的内侧，支腿闭合时，固定块之间相互接触，顶杆的顶尖正对固定块的接触缝；牙轮，每根支腿的下端至少固定设置一个牙轮。

作为本实用新型的进一步改进，顶杆呈丁字形，其顶部设有限位块。

作为本实用新型的进一步改进，连接件呈凸台型。

作为本实用新型的进一步改进，支腿的下部呈凸台型，其外径逐渐减小。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的牙轮掏穴钻头，牙轮随钻头公转的同时，因牙轮与煤壁接触，会产生产生了滚动、滑动、冲击振动的复合碎岩作用这种复合作用可分为冲击压碎作用和切削剪切作用，起到快速破煤的目的：钻头工作时产生的冲击载荷有利于破碎岩石；牙轮齿对岩石的剪切破碎作用，是由于牙轮齿相对孔底岩石滑动而产生的，产生滑动的主要因素是由于牙轮齿布置时的超顶、移轴和复锥而产生的。本实用新型的牙轮掏穴钻头，使用时掏穴翼承压面积小，不易磨损，钻头切入容易，钻进效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例中牙轮掏穴钻头的结构示意图；

图2为实施例中牙轮掏穴钻头的使用状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为说明性实施例中牙轮掏穴钻头的结构示意图。

实施例中的牙轮掏穴钻头，包括：用于同外部机构连接的连接件1，底部呈锥形的顶杆2，对称设于顶杆两侧的两根支腿3，固定块4和牙轮5；其中，连接件1中间设有上下贯穿的通孔；连接件1的下部开设有两个滑槽，滑槽位于通孔的两侧，且与通孔连通；顶杆2设于通孔内，可沿通孔上下滑动；支腿3的顶端设于滑槽内，与连接件1铰接；支腿3随着顶杆2向下滑动沿滑槽向外侧打开；每根支腿3的下端至少固定设置一个牙轮5；固定块4与支腿3一一对应设于支腿3的内侧，支腿3闭合时，固定块4之间相互接触，顶杆2的顶尖正对固定块4的接触缝。

为了限制顶杆2向下滑动的限度，实施例中顶杆2呈丁字形，其顶部设有限位块21。

为了便于安装，实施例中连接件1呈凸台型。

为减小支腿3闭合时安装牙轮一端的宽度，实施例中支腿3的下部呈凸台型，其外径逐渐减小。

实施例中钻头工作时，利用打钻冷却水冲击限位块21，顶杆2向下移动，顶杆的顶尖先打开两块接触的固定块4，两条支腿3向外侧打开(如图2所示)。钻机开始运转，钻杆通过带动连接件1进而带动钻头在岩层段先慢速回转后，牙轮与煤壁接触，逐步破煤扩孔，直至两条支腿3与牙轮5在离心力的作用下张至最大程度，进而将钻孔扩至最大。该部位钻孔扩至最大后，逐步提钻杆进行下一部分钻孔扩孔。扩孔过程中尽量少推进钻杆(防止支腿3与牙轮5插入煤层，扭矩增大过快，损坏钻头)，必须缓慢外提钻杆，如此才能将钻孔扩至最佳程度。

实施例中的牙轮掏穴钻头，在一定的压力和回转力作用下，钻头上的牙轮产生了滚动、滑动、冲击振动的复合碎岩作用，这种复合作用可分为冲击压碎作用和切削剪切作用：钻头工作时产生的冲击载荷有利于破碎岩石；牙齿对岩石的剪切破碎作用，是由于牙齿相对孔底岩石滑动而产生的，产生滑动的主要因素是由于牙齿布置时的超顶、移轴和复锥而产生的。现有技术中，钻极软到中硬岩层的钻头，一般兼有移轴、超顶和复锥；一部分中硬或硬地层用的钻头，有超顶和复锥；极硬和研磨性很强的岩层所用的钻头是纯滚动而无滑动的钻头。实施例中的牙轮掏穴钻头，由移轴引起的轴向滑动，可以剪切掉齿圈之间的岩石，由超顶和复锥所引起的切线方向滑动，可以剪切掉同一齿圈相邻牙齿破碎坑之间的岩石。

实施例中的牙轮掏穴钻头，牙轮在孔底绕钻孔轴线和绕牙轮轴滚动时，对岩石起压入压碎剪切作用的同时，带有一定频率的冲击，从而提高了碎岩效果；牙轮破煤时，回转时转矩小，消耗的功率也小；轴心载荷均匀分布在碎岩牙轮上，在牙齿与岩石不大的接触面上，造成很高的比压，提高了碎岩效果；牙轮沿孔底滚动时，牙齿与岩石的接触传递载荷为瞬时的，因此接触时间短，这便减少了牙齿的磨损，延长牙齿的寿命，同时，瞬时接触造成的动载，亦强化了碎岩；牙齿与岩石的接触时间短，因接触摩擦而产生的热量少，此热量在牙轮回转一周中可由冲洗介质完全带走，因此不会因过热而降低牙齿的力学性能。本实用新型的牙轮掏穴钻头，使用时掏穴翼承压面积小，不易磨损，钻头切入容易，钻进效率高。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。