专利名称：缓冲冲击的组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及深孔钻机的缓冲冲击和减振的装置，更具体的说，涉及采用潜孔锤击式钻机在工作时用来吸收轴向力和扭力的缓冲冲击的组件。
在各种类型的钻孔工作过程中，钻头都是一面旋转一面在压力下被迫向下运动，以便贯穿地层。这种钻孔工作要求对钻头施加相当大的向下的力，和相当大的扭矩。
例子之一是通常的旋转式深孔钻机，它包括一台巨大的钻机机架，上面装有旋转驱动机构。通常，上述钻机的旋转驱动装置能够沿着要钻的地层正上方的基本垂直的轴线升降。此外，在旋转驱动装置上连接着一段或者一组钻杆，沿着基本上垂直的方向从驱动装置向下延伸。在钻杆的下端固定着一个钻头。钻机的旋转驱动头驱动钻杆和钻头以所要求的速度旋转。然后，旋转驱动装置与钻杆和钻头一起向下降，使钻头与要钻进的地层表面接触。然后继续向旋转的钻杆和钻头施加向下的压力，迫使钻头向下切入地层。在钻孔工作进行的过程中，强迫空气通过驱动头的内部，通过钻杆和钻头，把切屑吹出钻孔，保持清洁的工作表面，以便于钻头在上面工作。
当钻孔的深度足够容纳第一段钻杆时，就把钻机的旋转驱动装置从钻杆上卸开，并提升到原来的高度。然后把第二段钻杆连接在旋转驱动装置和第一段钻杆之间。然后再开动旋转驱动装置，继续钻孔工作。如此重复上述程序，直到钻孔达到所需要的深度。
为了消除钻孔设备受到的振动和冲击，采取了各种各样的装置来抑制和缓冲旋转钻机在工作过程中的振动和冲击。这种装置通常包括一个连接在钻机的旋转驱动头和钻杆之间的缓冲冲击的装置。在有些例子中，这种缓冲冲击的装置具有用来吸收振动和缓冲冲击的弹性材料，以便消耗掉伴随着钻孔工作产生的不希望有的能量。
在美国专利文献US3，746，330和US3，947，009中，公开了一种装设在旋转式钻机的一组管状钻杆的驱动轴和从动轴之间的弹性联轴节。在一组轴向隔开距离的，围绕着驱动轴和从动轴的驱动板、从动板和压力板之间，夹着一组弹性盘。由从动板上伸出来的凸销伸进弹性盘内，而在驱动板和压力板之间有紧固装置，用来把弹性盘夹紧在一起，并且和凸销与夹紧装置成为一个整体。
美国专利文献US4，109，488中公开了一种用在旋转式深孔钻机上的缓冲冲击的旋转驱动联轴节。这种联轴节有两块平行的水平板。其中的一块板与旋转驱动装置连接，而另一块从动板则与钻杆连接。这种联轴节还有一块粘结在这两块板中间的弹性构件。通过整套联轴节的中心有一个孔，以便通过钻杆用压力把空气和液体供应给钻头。
在有些现有技术的装置中，用迫使驱动板和从动板更紧地靠在一起来吸收轴向振动。例如，老式的“德立尔科”(DRILCO)缓冲器的特征是靠一个内部活塞的作用。1986年2月18日公布的美国专利文献US4，571，215也是迫使驱动板和从动板更紧地靠在一起的。在这一类设计中，在两块板之间的弹性垫板被压缩，使得垫板把振动的能量变成热能消耗掉。另外一些现有技术中的装置完全不能吸收扭转振动，即旋转振动，因为事实上它们受到刚性构件的限制。当受到扭转振动时，弹性垫板就受到了剪切力。经过一段时间，或者由于大的扭转应力，弹性垫板常常损坏。结果，这种装置在很短的时间内就磨损了，因而必须经常修理或者更换。这些因素大大增加了钻孔工作的成本。
本发明的一个方面是利用一个张紧和拉长了的弹性体作为弹性构件的效果，来吸收和缓冲各种力量。在1990年9月24-26日于德克萨斯州的休斯顿，在由能源橡胶集团召开的弹性体设计研讨会上发表的，题目为“受动力载荷的工程用弹性体构件热量的积聚”这篇文章中提到“弹性体构件受到拉伸或压缩时(不受剪切)的视在模量是弹性体固有的动力性能的函数，而各种不同的几何形状的设计……”。这篇文章完全没有提到张拉比压缩有什么优点。在第二篇由马来西亚橡胶制造者研究协会发表的，题目为“天然橡胶的工程设计”(1978)的文章中是这样说的“橡胶在拉伸和压缩时的载荷下降曲线大致呈线形。”这篇文章还说到了“拉伸和压缩时的杨氏模量的值大致相等。”这就等于提出，橡胶在受到拉伸时缓冲冲击的性能并不比受压缩时好。但，本发明人等发现，与现有的观点相反，压缩弹性材料会使材料变硬。因此，受压缩的弹性材料只传递一部分纵向冲击力和扭力，使它在受压缩时的作用较小。同样，受压缩的弹性材料也使得它的吸收冲击和扭力的作用较差;在把它们作为缓冲冲击和吸收振动的材料使用时也受到了一些限制(本说明书中所谓的缓冲冲击也包括吸收振动)。下面将要说明，一种用来缓冲冲击的弹性材料，通过拉伸这种材料，在本发明中的效果要比压缩这种弹性材料的效果好得多。
本发明的目的是提供一种钻机用的缓冲冲击和吸收振动用的组件，这种组件结构简单制造经济，并且能够有效地缓冲潜孔锤击式钻机在钻孔工作中受到的旋转扭矩的和轴向的振动。本发明的另一个目的是提供这样一种缓冲冲击的组件，这种组件的弹性构件几乎不可能破裂。
本发明的又一个目的是提供一种缓冲冲击和吸收振动的组件，它能够传递锤击式钻头在向下钻入被钻的地层时所需要的向下的压力，同时能够传递转动钻头所需要的扭转力，同时还能够缓冲气动锤在潜孔锤击式钻孔工作中产生的冲击和振动。
在本发明的一个最佳实施例中，本发明的缓冲冲击的组件用在一台钻机上，它以可传动的方式把钻机的驱动轴与轴线和它对准的钻杆或一组钻杆连接，在钻杆上带有钻入地层用的气动锤和钻头。上述组件包括一个在一端带有螺纹连接件或销轴端部的驱动件，以便与钻机的管状驱动轴配合连接，把驱动能量传给驱动件。上述驱动件在其相对的一端有一段纵向延伸的管状部分，它通过其内部与管状从动轴连通。上述驱动件还有一个与驱动件的纵轴线垂直的上驱动法兰或上驱动板。上述驱动件驱动一个从动件，从动件又驱动包括气动锤和钻头在内的一根钻杆或一组钻杆。
从动件的管状部分有一个上部凹槽或孔，用来与驱动件纵向延伸的管状部分的圆筒形外表面配合，并且可以滑动。从动件还有一个从动法兰或从动板，该从动法兰位于上部驱动法兰的下方，但与其隔开一个预定的距离。一个弹性构件，或者弹性垫板或弹性元件在从动法兰的下方围绕着从动件的纵向延伸的管状部分，并且如下面所描述的那样，固定在从动法兰上和下驱动法兰上。
一个壳体在运转中是驱动法兰的一部分。该壳体有一个圆筒形侧壁部分，至少围绕着从动件管状部分的一部分和弹性构件，还有一个位于从动法兰的下方并且与上驱动法兰连接的底壁部分，或下驱动法兰。底壁部分和侧壁部分把弹性构件包围在壳体内。弹性构件固定在壳体的底壁部分，也固定在从动法兰上，因而驱动件的纵向延伸部分的移动使底壁离开从动法兰，使弹性构件处在拉伸状态。
上述弹性构件包括一个弹性体的元件，通常固定在下驱动法兰和从动法兰上，或者夹在上、下金属板之间。上述弹性体元件通常用粘结剂粘结在相应的法兰或者金属板上，这种粘结剂对于缓冲冲击的组件的工作条件来说应该足够强固，并且无论对于弹性元件还是金属法兰或金属板都是无害的。在金属法兰或金属板的两个相对的面上应该涂一层底层涂料和一层适当厚度的粘结剂，这层粘结剂最好以某种方式固化成类似于弹性材料的性质。当使用金属板时，至少要在下法兰上装一个驱动凸耳或者其他的装置，并且与弹性构件的下板啮合，以便把施加在下法兰上的旋转扭矩传递给弹性构件。由驱动件施加在弹性构件上的旋转扭矩通过弹性构件传到从动件的从动法兰，用来转动轴向对准了的从动轴。
从动件的从动法兰的外形最好是有圆周边缘的普通的圆形，其尺寸应能容纳在壳体侧壁的内直径中。
在一个实施例中，一对键在从动法兰的平面上，固定在驱动件的侧壁上，并且布置成互成180°，并且沿径向向着管状部分的纵轴线方向向内延伸。从动法兰有一对弧形缺口，各自在一对台肩之间延伸。上述装置正常工作时，上述一对键处在相应的一对台肩之间。但，当钻头被卡住时，加在驱动件上的力使这一对键转动，直到它们撞上台肩并发生金属和金属的接触。如果进一步对驱动件施加力量，这个力就将直接传给从动件，然后再传到一组钻杆，而不再通过弹性构件。
在另一个实施例中，一对相对地布置的耳状物位于从动法兰的外圆周的边缘上，从外圆周向内延伸，并和法兰在一个平面上。上述壳体上设有一对相对地布置的凹槽，这对凹槽在壳体侧壁上相隔大约180°。当把从动法兰装入壳体时，上述从动法兰的耳状物便装入壳体的凹槽内。设置在壳体上的这对凹槽的宽度是这样选择的，即，在钻进的过程中允许从动件的耳状物在壳体的凹槽内作规定度数的扭转运动。设置在壳体上的这对凹槽的深度是这样选择的，即，在钻进的过程中允许从动件在壳体的凹槽内作规定距离的纵向运动，也就是允许弹性构件在壳体内拉长或压缩。
在工作时，钻机对驱动件的销轴连接件施加旋转力。钻机也对销轴连接件施加垂直的力，这个力迫使下法兰向下(离开从动法兰);带钻头的钻杆在和地层接触时的抗力在从动法兰上造成了向上的力。这些垂直方向的力张紧弹性元件，并把它拉长。压缩空气通过驱动件管状部分的内孔，通过从动轴的内孔和钻杆来输送。压缩空气使锤和安装在它上面的钻头向下运动钻入地层;压缩空气作用在锤上的反弹力则通过从动轴向上传送。上述向上传送的力和振动以拉伸的方式作用在弹性构件上，而弹性构件就吸收这种力和振动。此外，受到拉伸的弹性构件使得锤和装在钻杆端部的钻头回到其工作位置的速度要比弹性构件受到压缩时的速度快。
本发明的其他目的、特点和优点可从说明书的下文中看出。
图1是按照本发明的缓冲冲击的组件在停止的状态下，简化的纵剖面示意图;
图2表示图1中的缓冲冲击的组件在正常工作，有一个向下的力施加在该组件的驱动件上;
图3表示图1和2中的缓冲冲击的组件在施加在其上的向下的力为极限状态的情形;
图4表示图1-3中的组件在钻头被卡住时的情形;
图5是一台旋转式深孔钻机的立体图，该钻机带有气动锤和钻头，并且有本发明的缓冲冲击的组件;
图6是本发明的缓冲冲击的组件的侧视立体图;
图7是本发明的缓冲冲击的组件的主要零件的分解图;
图9是图8中的缓冲冲击的组件的顶视图;
图10是上述组件中从动件的顶视图;
图11是上述组件中壳体的顶视图;
图12是图13中本发明一个实施例的沿12-12线的，一个断面图;
图13是图12中所示装置的从动件的顶视图。
首先请看图1，图中以示意的方式表示了缓冲冲击的组件115。图中的组件115是处在停止的状态。组件115上有一个驱动件117，驱动件上有用于安装在钻机驱动头的驱动轴上的连接件119。连接件119上有带有开口管的顶部121。驱动件117还有一个管状部分123，一个下驱动法兰或者底壁125，圆筒形侧壁127，和一个上驱动法兰131。用弹性材料，例如橡胶制作的弹性构件或弹性垫129以固定在底壁125上的方式与驱动件117连接。
缓冲冲击的组件115还有一个从动件133，从动件包括一个带有驱动法兰137的管状部分135。弹性构件129既固定在从动法兰137上，也固定在驱动件的底壁125上。驱动件和从动件用配合的方式连接，如标号139所指，管状部分135与底壁125上的孔是滑动配合，所以驱动件和从动件可以相对滑动，把弹性构件129拉长。带有锤和钻头的一组钻杆固定在从动件133的下部。以上所述的各零件有共同的纵轴线134。在从动件上还设有另一个弹性构件或减振垫141。当组件115在休止状态时，没有任何压力施加在弹性构件129上。
图2说明了缓冲冲击的组件115在正常工作时的状态。驱动头所加的载荷143给驱动件117的顶部121施加一个向下的正压力，使驱动件117带着底壁125向下运动。这样就拉长了弹性构件129，使构件129发挥最佳的缓冲冲击的性能。弹性构件129试图恢复其休止的状态，迫使装有钻头的钻杆钻入下面的工作表面。箭头145和147表示当带有钻头的钻杆在完成其正常的钻进工作时，施加在从动件133的管状部分135上，和从动法兰137上的力量。当构件129处在拉长状态下时，通常是在发生了百分之几的变形之后，弹性构件129就能吸收从安装有钻头的钻杆传来的，用箭头149代表的力。弹性构件129不与侧壁127接触。这种弹性构件的拉长的效应加强了橡胶弹性体或其他弹性材料所固有的缓冲冲击的能力，因为以前所用的压缩弹性材料的方式限制了弹性体能够膨胀的空间，使得弹性体变硬了。
图3表示了当带有钻头的钻杆受到向上的力时，在极限钻进条件下缓冲冲击的组件115受到向下的压力时的状态。此时，构件129中的张力是如此的大，以致构件129被拉长到超过正常值的长度，使得驱动件117和从动法兰137压缩减振垫141，来吸收未被构件129所吸收的冲击。
图4说明钻头被卡住的状态。此时，一定要有一个向上的力143加在驱动件117上，以克服由带有锤和钻头的钻杆所施加的力量149。这样就迫使驱动件117向着从动法兰137移动，压缩弹性构件129，直到松开钻头。这正好和组件115的正常工作状态相反，因为构件129受到了压缩并紧靠壁127，大大降低了缓冲冲击的能力，但却大大有助于松开卡住的钻头。
图5-10表示本发明的一个最佳实施例，并且进一步描述了它的细节。图5表示本发明的缓冲冲击的组件11用在典型的上驱动旋转式深孔钻机13上的情形。该组件11(其形状单独表示在图6中)连接在钻机13的钻杆15和旋转驱动头17之间。开动旋转驱动头17就使缓冲冲击的组件11和钻杆15转动，从而向下通过地层19钻出孔来。气动锤16和锤状钻头21装在钻杆15的下端。锤状钻头21由作垂直往复运动的气动锤压入地层19中，于是，由于钻头对地层的劈凿作用而在钻头上产生了轴向力。从位于地面上的压缩机(图中未示出)送来的高压空气从压缩机通过钻杆15的内部输送给锤16。空气的压力在300-400psi左右，通过适当的阀的动作使锤16在钻头上方作往复运动，其冲击的反作用向上通过钻杆15传到缓冲冲击的组件11上。当锤16开始作往复运动时，旋转驱动头机构17开始使缓冲冲击的组件11、钻杆15、锤16和钻杆21转动。锤16内的向上的力借助于加压装置，例如弹簧，而进一步增大，迫使钻杆向上运动。这种旋转运动还由于土地的变形而引起扭转震动，这种震动也传给缓冲冲击的组件11。
再看图7和8，缓冲冲击的组件11有一个驱动件23，该驱动件在其一端有一个带螺纹的连接件，例如销轴端头25，用来与一台钻机，例如深孔钻机13(图5)，的驱动头17的驱动轴配合连接，以便把驱动的能量传给驱动件。上述驱动件有一个纵向延伸的管状部分27，该管状部分通过它的内孔29与钻机(与中未示出)的驱动轴连通。这样，从位于地表面的空气压缩机送来的空气的压力就能够通过内孔29来传递。驱动件23还有一个布置成垂直于驱动件纵轴线33的驱动法兰31。这个驱动法兰31是普通的圆形，它有一个外圆周边缘35，一个上平表面37和一个下平表面39。
缓冲冲击的组件还有一个从动件41，该从动件有一个轴线和驱动件的管状部分27对准的管状部分43。上述驱动件的管状部分43有一个上部凹槽或上部孔45(图8)，以便与驱动件23的纵向延伸的管状部分27滑动连接。从动件43还有一个从动法兰47，该从动法兰在一个平行的平面上位于驱动法兰的下方，但和它离开一个预先选定的距离。
缓冲垫49装在从动法兰47上，这个弹性的垫板49处在组件的从动法兰47和驱动法兰31之间的空间内，以缓冲驱动法兰对从动法兰的撞击。
一个弹性构件51在从动法兰47的下方围绕着从动件41的纵向延伸的管状部分43，这个弹性构件51固定在从动法兰57上。最好这个弹性构件51由一个用橡胶之类制作的弹性体53夹在上、下金属板55、57之间而构成。弹性体53粘结在金属板55、57上。一种适用的弹性体是市售的杜拉快斯特(DuraQuest)公司(德克萨斯77303，康乐市，第二街)的产品。粘结剂对于缓冲冲击的组件的工作条件来说应该足够强固，并且对弹性构件和金属板都无害。
更具体地说，在弹性构件51和金属板55、57之间的粘结剂的性能是经过优选的。弹性粘结系统已经用了很多年了。在本发明中采用以溶剂为基体的，带有交联键添加剂的聚合物的化学活性粘结剂。最好是热活性固化粘结剂。要粘结的金属表面经过清洗，并且在这种表面上做出齿形的或者缺口形状的纹理。然后，清除金属表面的油脂，再在溶剂浴槽内进一步清洗金属表面。然后，按照所要加的载荷(加上安全系数)涂上适当厚度的底层涂料(两层)和粘结剂。底层的粘结剂和弹性材料一起进行固化，使它们达到最佳的粘结强度。劳德(Lord)化学公司的切姆洛克(Chemlok)粘结剂，或者费克松(Fixon)公司类似的粘结剂都是适用的粘结剂。
弹性构件51可以很方便地用许多螺栓59固定在从动法兰47上，这些螺栓穿过沿着从动法兰47的圆周设置的沉头孔拧入在弹性构件51的上金属板55上设置的相配的螺孔61内。最好这些螺栓59沿着从动法兰47的圆周以相等的间距设置。
壳体63借助于连接螺栓64和驱动法兰31连接。上述壳体有一个圆筒形的侧壁部分65，这个侧壁部分限定了从动件41的管状部分43和弹性构件51的范围。壳体63还有一个下驱动法兰或底壁部分67，和侧壁部分65一起把弹性构件包围在组件内。
弹性构件51(图7)固定在壳体63的底壁部分67上，因而从动件41纵向延伸的管状部分向着驱动件23方向的移动将拉伸弹性构件51。通常，壳体底壁部分67上有许多沿着圆周分布的，穿螺钉71(图8)用的沉头孔69，螺钉71拧入设置在弹性构件下金属板57上的螺钉孔73内。
在壳体的底壁部分67上带有至少一个传动凸耳75(图7)，该传动凸耳插入弹性构件51的下金属板57中，从而使得由驱动件23施加在壳体63上的旋转扭矩能传给底壁部分67，并通过下金属板57传给弹性构件51。若干个传动凸耳75、76插入设置在沿下金属板57的圆周分布的凹孔77、78内。
同样，在从动件41的从动法兰47上带有至少一个从动凸耳79，该从动凸耳插入弹性构件51的上金属板55的凹孔80中，从而使得施加在弹性构件51上的旋转扭矩能通过从动法兰47施加在从动件41上，以便转动和它轴向对准的从动轴。如图7所示，如果使用一对传动凸耳和一对从动凸耳，最好把传动凸耳75、76和从动凸耳79、80在组件中错开，例如错开180°。
壳体的底壁部分67(图8)有一个容纳从动件41的纵向延伸的管状部分43的中心孔81。最好在壳体底壁部分67内部的台阶85上装一个用软金属，例如青铜，制作的耐磨轴衬83。当从动件在壳体63中滑动时，这个耐磨轴衬83与从动件的管状部分43接触。
从图7和10中看得很清楚，从动件41的从动法兰47的外形是普通的圆形，其圆周边缘87的大小定为可容纳在壳体63的内孔89的内径中(图7)。一对对置的凸耳91、93布置在从动法兰47的圆周边缘87上，从该边缘向外延伸，并处在该法兰的平面上。如图10所示，各凸耳91、93的平面位置处在平分从动法兰47的平面的假想轴线95上。
如图11所示，在壳体63上设有一对对置的凹槽97、99，这对凹槽在壳体63的侧壁部分65上的位置大约相距180°。并且，凹槽97、99设置成平分壳体63的纵轴线的假想轴线101的中心偏离大约20°。当从动件47装入壳体63内时，从动件47的凸耳91、93纳入壳体63的凹槽97、99内。
设在壳体63上的凹槽97、99的宽度选择成在钻进的过程中能让从动件41的凸耳91、93在壳体的这两个凹槽内作预定角度的扭转运动。通常，当钻机停转时，在凸耳和凹槽的宽度之间留有间隙。当钻杆倒转，要把钻杆上的螺纹连接件拧松时，上述间隙就消失了。壳体上的凹槽97、99的深度选择成能让从动件41在钻进的过程中，在壳体的凹槽内作预定量的纵向运动，以拉长或者压缩在壳体63内的弹性构件51。
如图8所示，从动件41的上部凹槽或孔45有一个内凸肩103，以便当钻进的过程中弹性构件51处于张紧状态时，与驱动件23的管状部分27的向下延伸部分105接触，从而限制弹性构件的拉长。若干个O形密封圈107、109设置在驱动件23的管状部分27的外圆周上，在孔45中形成滑动密封，以便通过内孔29输送过来的压缩空气和液体能通过从动件41的内孔111和钻杆15通到锤16和钻头21中去。
下面描述图5-11中所揭示的本发明的缓冲冲击的组件的工作情形。从图8可见，当锤击式钻头21在旋转式钻机17所产生的垂直轴向力的作用下压入土地中时，向下的冲击力使得从动件41相对于驱动件23向上推动。作用在从动件41上的向上的力使弹性构件拉长，使它处于张紧状态。高压空气从地表上的空气压缩机通过驱动件23的内孔29，通过从动件41的内孔111，再通过钻杆后，输送给气动锤16和钻头21。当锤开始作往复运动时，由于撞击而产生的冲击从钻杆15向上传给从动件41的管状部分43，然后再把冲击传给弹性构件51。当锤开始作往复运动时，旋转驱动机构17也开始使缓冲冲击的组件11、钻杆15、锤16和钻杆21转动。这种转动使得由于潜孔地层的变形所造成的震动向上回传给图8中的弹性构件51。弹性构件51的下金属板57用螺栓固定在壳体的底板部分67上，并借助于驱动凸耳75与壳体配合并且把这种旋转扭力传到弹性构件51而被其吸收。当继续钻进时，由于驱动件23的管状部分27在从动件41的凹槽45中的滑动配合，钻杆15就可以作垂直运动和旋转运动。因为弹性构件处于拉伸状态，具有拉长了的形状，所以传过来的力量部分地缓解了这种拉伸状态。这种弹性构件能比处于压缩状态的弹性构件更大程度地缓冲冲击震动。
借助于在弹性构件51的上金属板55上设置连接螺栓和从动凸耳，并使上述各元件与从动法兰47配合，缓冲冲击的组件也能够缓冲使弹性构件51的弹性元件53压缩的垂直反作用力。当钻进的深度很深，使得钻杆15的重量在从动件41的管状部分43上产生向下的力时，或者在钻偏的情况下，就存在这种情况。施加在组件上的旋转扭力是不变的。
藏在设置于壳体63上的凹槽内的对置凸耳91、93(图7)使得上述组件在钻进时能作扭转运动，使得上述弹性元件51能在壳体63内拉长或压缩，同时还起防止向弹性元件51施加过大的扭矩，使该元件过早损坏的作用。
在图12和13中揭示了对图5-11中所示的组件作了修改的更好的实施例。这个实施例就是缓冲冲击的组件215，它基本上和图5-11中所示的实施例相同。同样的零件用同样的标号表示，只是采用200以上的标号(例如，图5-11中的标号15要用215来表示同样的零件)。所以，驱动件223有一个销轴端或者销轴连接件225和一个带有内孔229的管状驱动部分或管状件227。驱动件223几乎通过从动件的全部长度。驱动法兰231用图示的焊缝232焊在管状件227上。驱动件和缓冲冲击的组件共有一根纵轴线233。驱动法兰231有一个圆周边缘235和一个上平表面237以及一个下平表面239。从动件241有一个带上部凹槽或孔245的管状部分243，在组件215工作时，驱动件223的管状部分227可沿着孔245的表面滑动。一对各有一个特氟隆盖248的密封环246，和一对轴承250都装在管状部分227外壁的圆筒形沟槽内，使得在滑动运动时能够密封得很严。从动件241还有一个从动法兰247，这个法兰最好和管状从动部分243做成一体。
一个弹性构件或减震垫249布置在从动法兰247上，其位置在从动法兰247和驱动法兰237之间，以便当缓冲冲击的组件承受极大的向下的压力时，缓冲驱动法兰和从动法兰的撞击。减震垫的作用已经在上面说过了。减震垫249有若干环绕着轴线233的、互相连接的、同心的弹性圆筒，它的形状正好装配在驱动法兰231和从动法兰247之间的空间内，起着和图5-11中的垫49相同的作用。
和上一个实施例一样，本实施例的一个重要零件是弹性构件251，它围绕着从动件241的管状部分243的大部分。构件251的位置在从动法兰247的下面。构件251最好包括已经在上面对图5-11描述过的弹性件53。如下面所要描述的，粘结剂把构件251粘结固定在下从动法兰267上和从动法兰247上。这样就取消了上面所说的金属板55、57，降低了产品的成本。
还有一个带圆筒形侧壁265的壳体263，上述侧壁包围着从动件241的管状部分243和弹性构件251。上述壳体还有一个下驱动法兰或底壁267。底壁267用拧入上驱动法兰231和侧壁265上互相对准的螺栓孔内的螺栓270固定在侧壁上;法兰267上的螺栓孔至少有一部分是沉头孔，所以螺栓270的头部可以伸入底壁267的孔内。顶部法兰231用螺栓264固定在侧壁265上，螺栓264穿过在法兰和侧壁上的，互相对准的孔，并且它的头部通常至少有一部分是沉入孔内的。下驱动法兰267的内侧与从动件241隔开一点距离，支承在一个轴套283上。轴套283用软金属，例如青铜，制作，支承在下驱动法兰267的肩部285上。
图13表示缓冲冲击的组件215的顶视图。驱动法兰237在靠近外圆的圆周上具有均匀分布在法兰237上的螺栓264。
和上面对图5-11所说明的一样，施加在和下法兰267连接在一起的从动法兰247上的扭矩使弹性构件251扭转，从而吸收扭转震动。但是，当钻头被卡住时，必须对下从动法兰267施加极大的扭矩才能脱开钻头。这种极大的扭矩伴随着金属与金属的接触。侧壁265基本上是一个圆筒，上面有两个相隔180°的凹槽276。如图13所示，一对各有两个垂直缺口278的键272、274在插入凹槽276中时，垂直缺口278可以容纳凹槽276的两个垂直侧壁。键272、274也相隔180°。从动法兰247有一对在圆周上的弧形槽297，键272、274延伸到这两条槽297中，这两条槽在径向延伸的端壁292、294、296、298上终止。如果从动法兰247相对于键272、274转动得足够快，这两个键就将与上面说的端壁接触，成为金属和金属的接触。此后由驱动件再加在从动法兰247上的扭矩就不再被吸收，但仍施加在钻杆、锤和钻头上，以便使钻头脱开。
图12、13中所示的实施例，当施加极大的向下的压力时，能使从动件241作有限的纵向运动。因此，弹性构件251的高度位置在键272、274之下，这样键才能够在纵向移动最大的距离，该距离由从动件247的最上部的顶面299和上驱动法兰231的底面239来确定。在图12中，这个高度用标号290来表示。
图12和13中的缓冲冲击的组件的制造和装配的成本较低，因为它的零件比图1-7中的少。此外，它的连接螺栓较少，不必在弹性构件251上连接板状部件，也没有驱动凸耳。图12和13中所示的实施例的工作情况基本上和上面那些图中所说的的实施例相同，这里不再重复。要全面了解图12和13中所示的实施例的工作情况，可参阅上面有关本发明的缓冲冲击的组件的工作情况的说明。
以上所描述的本发明，与现有技术相比具有许多重要的优点。本发明的缓冲冲击的组件结构简单而且制造经济。这种缓冲冲击的组件能够吸收在钻进的过程中从钻头传来的扭转和轴向的冲击和振动，从而延长钻头的寿命和相关的钻孔设备的寿命。这种缓冲冲击的组件对于作用在弹性元件上的拉力和压力都能够吸收，从而延长了该元件的寿命。
虽然本发明只揭示了它的一种形式，但本发明并不只限于这一种形式，而是可以在不离开本发明的原理的条件下有许多变化和变型。
权利要求
1.一种用于缓冲采用气动锤的钻机的冲击和振动的缓冲冲击的组件，上述钻机有一个用来向连接在钻杆上的锤和钻头施加向下的力和扭转力的驱动头，上述缓冲冲击的组件包括用来接收和传递从钻机到钻杆、锤和正在工位上钻进的钻头上的向下的力和扭转力的驱动件，该驱动件包括在运转时与钻机的驱动头结合，以便接受从钻机的驱动头传来的力的连接装置；具有内孔和上下方向延伸的管状轴线的管状驱动件，上述内孔把压缩空气向下输送到钻杆中；从上述管状驱动件的上部径向向外延伸的上驱动法兰；和从上述驱动件的下部径向向内，向着纵轴线延伸的下驱动法兰，上述下驱动法兰有一个自由的内圆周部分；用来把力传递到钻杆、锤和钻头上的从动件，该从动件包括位置在上述管状驱动件的下方，并具有与上述纵轴线同轴的内孔，用来把压缩空气从上述管状驱动件输送到钻杆去的管状从动件；从上述管状从动件沿径向向外延伸，并位于上述下驱动法兰和上驱动法兰之间的从动法兰，上述管状从动件和上述从动法兰，根据施加在上述驱动件和上述从动件之一上的垂直和/或扭转力，能相对于上述驱动件移动；在运转中固定在上述下驱动法兰和上述从动法兰上的弹性装置；其特征在于，施加在上述驱动件上的向下的力迫使上述下驱动法兰相对于上述从动法兰移动，以便张紧和拉长上述弹性装置，而张紧了的弹性构件吸收由锤击和钻头向上传给钻杆的回弹的冲击力，并且迫使上述管状从动件向下，把锤和钻头压向工作位置。
2.如权利要求1所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，它还包括设置在上述从动法兰上，在上述从动法兰和上述上驱动法兰之间的减震垫，上述从动法兰随着向下的压力达到极大值而将上述减震垫压向上述驱动件上的上驱动法兰，以压缩上述减震垫。
3.如权利要求1所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，它还包括固定在上述驱动件和从动件中之一上，并能和它一起移动的，布置成从纵轴线的径向外侧的键;固定在上述驱动件和从动件中的另一件上的，并且位于上述键可能的移动路径上的容纳键的装置;其中，在钻头被卡住在工作位置上的情况下，上述从动件基本上不能移动时，上述驱动件可绕着纵轴线转动，使上述键和上述容纳键的装置直接发生工作上的接触，把旋转力加在上述从动件上，迫使钻头脱离卡住的状态。
4.如权利要求3所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述键固定在上述驱动件上，而上述容纳键的装置是在上述从动法兰上具有径向部分和端部的凹槽，当钻头卡住在工位上时，上述键与上述凹槽的端部接触，并把旋转力施加在上述驱动件上。
5.如权利要求4所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述驱动件还包括把上述驱动法兰的外圆周和上述下驱动法兰联系起来的侧壁，上述键固定在上述侧壁上，而上述凹槽在对着上述键的从动法兰上，上述凹槽所具有的长度，能让上述从动法兰绕着纵轴线扭转，但却又能在上述从动法兰相对于上述侧壁扭转时防止上述弹性构件破损。
6.如权利要求3所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，还设置了空间，以使上述键能根据施加在上述驱动件上的纵轴线方向上的力，在预定的限度内沿纵向运动。
7.如权利要求6所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述键至少有一个凸耳，该凸耳从上述从动法兰径向向外延伸，上述凹槽位于上述侧壁中，其尺寸可让上述从动件在有扭转力施加在上述驱动件上时相对于上述驱动件作相对转动，并可让上述驱动件根据施加在上述驱动件上的纵轴方向的力相对于上述从动件作纵向运动。
8.如权利要求6所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述键是两个，绕着纵轴线布置，相隔大约180度。
9.如权利要求1所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述弹性装置粘结在上述下法兰和上述从动法兰上。
10.如权利要求1所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述驱动件包括把上述上驱动法兰和下驱动法兰连接起来的侧壁装置，上述侧壁装置围绕着上述弹性装置延伸，并且当上述弹性装置处在拉伸状态时，不和上述弹性装置接触。
11.如权利要求10所述的缓冲冲击的组件，其特征在于，上述侧壁装置具有在上述从动法兰相对的两侧形成槽的壁，并且还包括和上述形成槽的壁啮合的带缺口的键;并且上述从动件上有由端壁限定的弧形槽;上述弧形槽容纳上述键;当钻头卡住，在上述驱动装置上施加扭转力以脱开卡住的钻头时，上述键与上述端壁接触。
全文摘要
一种用在潜孔锤击式钻机(13)上的缓冲冲击的组件(11)，它具有一个接受输入的力的驱动件(23)，一个从驱动件(23)把力传递给钻杆(15)的从动件(41)，和一个弹性构件(53)，此弹性构件在施加向下的力时，处在张紧和拉长的状态。上述弹性构件(53)在张紧的状态下接受并消耗冲击和振动。
文档编号F16D3/76GK1111066SQ94190411
公开日1995年11月1日 申请日期1994年6月7日 优先权日1993年6月21日
发明者理查德E·摩尔, 约翰T·沃克 申请人:杜兰玛克斯股份有限公司