专利名称：用于旋转钻探的镗刀盘及其滚刀和鞍座的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如独立权利要求前叙部分所述的镗刀盘及其滚刀和鞍座，用于旋转钻探土层和岩层前面。
现有技术例如参见US-A-4,428,271，已知镗刀盘的滚刀通过滚刀的多边形轴栓装入鞍座中。影响已知镗刀盘的巨大钻探力常常折断每个滚刀的一个轴栓。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种镗刀盘、滚刀以及鞍座，其设计有助于获得更长的生产周期。
本发明的另一个目的是提供一种耐用的滚刀。
本发明还有一个目的是提供一种滚刀和鞍座，其设计防止所述滚刀和鞍座互相松开。
附图简述按照本发明的镗刀盘、滚刀和鞍座通过使其具有所附权利要求的特征，已达到这些以及其它目的。参考包含的附图，本发明在下文中更全面地得以说明。
图中，
图1显示通过一个扩孔头的轴向横截面，所述扩孔头用于形成包含按照本发明的滚刀和鞍座的孔。
图2A是图1扩孔头的侧视图，显示按照本发明的滚刀和鞍座；图2B显示按照本发明的滚刀和鞍座的第一端视图；图2C示意性地显示与图2B端视图相对的滚刀和鞍座的第二端视图。
图3A是显示按照本发明的鞍座的侧视图；图3B和图3C分别显示图3A中按照箭头3B和3C的鞍座相对的端视图；图3D和图3E显示相应于图3B和图3C端面的顶视图。
图4A显示按照本发明的滚刀的侧视图。图4B显示按照本发明的图4A滚刀轴的侧视图。图4C是显示滚刀轴的另一侧视图。图4D和图4E显示轴相对的端视图。
发明详述图1显示如何由参考标号10所描述的扩孔头在岩矿上下高度(未显示)之间按照传统的方式扩孔而预钻出导向孔。扩孔头10连接到驱动柄12，扩孔头10通过所述驱动柄旋转并被推压到环绕导向孔11的环形面13上。从而，面13界定土层面。
本发明通常涉及钻土，但首要地是用于钻孔(raise boring)。在钻孔时(raise boring)，钻出岩矿上下高度之间的距离，此后，通过更大直径的镗刀盘扩大导向孔。
镗刀盘10包括主体16，多个滚刀或者刀具14，所述滚刀或刀具按可旋转的方式轴接在(journalled)附件或鞍座15的主体上。每个滚刀包括圆周排列的多排已知的硬金属圆顶或压碎部件。鞍座15安装在主体16上。驱动柄12与主体16相连。
主体16具有安装鞍座15的安装面17。鞍座15包括底面18，适于和安装面17通过诸如螺栓或焊接相连。鞍座15还包括两个支腿19、20，滚刀14安装在两者之间。支腿19、20在底面18的对立端具有臂21、22。臂21、22距离底面18不同的长度，即，在镗刀盘旋转方向RB上引导的臂22(见图2B)比牵引(trailing)臂21更长。臂21、22围成一个凹槽50，每个凹槽具有凹形支撑曲面23，至少部分是环形或圆柱性。支撑面的法线N基本垂直于底面18，与滚刀14的旋转轴或中心线CL相交。支撑面23通过楞条24在滚刀14的旋转方向上向前与台肩或项圈25相连。楞条24包括一个凹槽，用于降低在支撑面23和台肩25之间的区域形成断裂的危险。台肩25在虚圆C内侧凸出，所述虚圆全部或部分地与支撑面23邻接或与之相符(见图3C)。台肩25包括停止面26，基本平行于和滚刀旋转轴线相交的平面。支撑面还与斜面27相连，所述斜面在端部基本沿支撑面23的切线方向，所述端部与楞条或台肩完全相对。斜面27扩展支撑面23处的空间，以利于将滚刀14的轴栓放入鞍座中。每个支腿19、20的内侧都具有空隙，比如切角面28和凹槽29，以避免与滚刀的轴栓相接触。每个支腿具有第一通孔30，在所示实施例中，所述通孔位于布置了轴肩25的法线N同一侧的支撑面23中。从滚刀的轴向看，孔30在支撑面的中间区域。孔30具有中心线CL1，在所示实施例中与法线成α角，并优选地位于布置了轴肩25的法线N同一侧的凹槽31的壁面32中。角α为0-60°。如果所述角α是0°，中心线CL1与法线N重合，从而凹槽在鞍座中央生成以接受螺母(未显示)。孔30的中心线CL1与滚刀的旋转轴CL不相交，但是在离滚刀旋转轴垂直距离为X的下面延伸。距离X为支撑面23的半径R1的10-50％。
滚刀14包括轴23，每个轴的两端具有轴栓34和35，所述每个轴栓具有基本上是圆柱形或凹曲形的支撑面36，用于与鞍座中的支撑面23相邻接。支撑面36在圆周上延伸大约180°。轴栓34、35具有第二通孔37，与平面38以及凹曲支撑面36相交。支撑面36在滚刀14的旋转方向RC上向前与凹槽39相连。凹槽39形成指向内部的项圈40和圆柱形、凹的自由面41。项圈40在与支撑面36相符的虚圆C内延伸。项圈40基本是平的，与鞍座的底面18平行。自由面41用于形成适合台肩25的一个空间，使得轴能在鞍座中旋转大约45°。平面38用于在安装时构成螺栓头的支撑。每个轴栓34、35中具有第二通孔37，，所述通孔位于(port)布置项圈的法线N同一侧的支撑面36中。孔37具有中心线CL2，与法线N成α角，所述中心线位于布置项圈的法线N同一侧的支撑面36中。角α为0-60°。如果所述角α是0°，中心线CL2与法线N重合。孔37的中心线CL2与滚刀的旋转轴CL不相交，但是在离滚刀旋转轴垂直距离为X的下面延伸。距离X为支撑面36的半径R2的10-50％。半径R1和R2基本上相同。两个轴栓34、35中孔37的中心线CL2与轴栓根部42的轴向距离为Y。但是，轴栓35比轴栓34短一些，使得滚刀14能够定位在镗刀盘上任意的(optional)鞍座中。
以下首先参照图2A-2C将滚刀14安装到鞍座15上。鞍座15连接在镗刀盘10上。重约125kg的滚刀14被提起和旋转，使得每个轴栓34、35的最大直径小于鞍座中台肩25和斜面27之间的开口。从而，滚刀能够放下进入鞍座中，直至支撑面36与支撑面23相邻接。由于由背离支撑面23的斜面27的端部和停止面26所界定的平面P中，能够充分肯定轴33的最大尺寸比平面P中凹槽50的最小尺寸小，所以前述放下时能够保持孔37的中心线CL2垂直，但中心线CL2的角度可相对于孔30的中心线CL1变化。支撑面23由半径R1确定，其中心位于平面P上，实质是在旋转轴CL上。因而，中心线CL2的角可在距法线N左侧20°与距法线右侧大约30°之间的范围内变动。随后，轴栓通过手或者插入孔37中的杆件，例如螺栓43，在滚刀的旋转方向RC上旋转。在所述旋转期间，在表面41和台肩25之间存在间隔。轴栓绕着旋转轴CL旋转，直至项圈40与台肩25的停止面26相邻接。项圈40和台肩25也能称为阻止(counteract)轴33旋转的部件。部件25、40仅在支撑面23、36法线N的一侧。该位置上，中心线CL1和CL2基本上相互对齐，因此，螺栓43形式的固定部件可能通过垫圈(未显示)能够穿过两个孔37、30，直至螺栓头与表面38相邻接。从而，螺栓有螺纹的另一端在凹槽31上凸出，使得螺母44沿所述端旋紧，拉紧所述连接。从而，螺栓43相对于旋转轴CL偏心转动，因此拉紧力将项圈40和台肩25的停止面基本上恒定地保持在一起。螺栓43与法线N形成0-60°的角。即使在钻孔期间螺栓折断或者松动，旋转方向RC上仍将保持项圈40和台肩25的停止面26之间的接触，使得滚刀会保持在鞍座中。螺栓43的偏置引起其在拉紧期间轴33的旋转，从而，轴被预压到台肩25上。
如US-A-5,984,024中所述，轴33优选地具有一个内腔，形成空间用于放置球轴承或滚珠轴承，以及用于接受润滑装置和停止部件，因此其被银入到本说明书中作为参考。
因此，本发明涉及一种镗刀盘及其滚刀和鞍座，用于旋转钻探土层和岩层前面，通过设计更加耐用的滚刀有助于获得更长的生产周期，并且即使固定部件变松，该设计也能防止所述滚刀和鞍座互相松开。
权利要求
1.用于旋转钻探土层和岩层前面的镗刀盘，包括主体(16)，具有安装面(17)；用于滚刀(14)的至少一个鞍座(15)，由主体(16)支撑；所述鞍座(15)具有支腿(19、20)，每个支腿具有与第一支撑面(23)相连的第一臂(21)和第二臂(22)；所述鞍座具有孔(30)，用于接受固定部件(43)，所述部件与第一支撑面(23)相交；所述滚刀(14)具有多排压碎部件，可相对于中心线(CL)旋转；以及轴(33)，具有轴栓(34、35)，每个轴栓具有第二支撑面(36)，用于和第一支撑面(23)配合，以将滚刀保持在鞍座(15)中；所述轴栓(34、35)具有用于接受固定部件(43)的孔(37)，并与第二支撑面相交；所述固定部件(43)用于连接轴栓(34、35)和臂(21、22)；所述第一支撑面(23)和第二支撑面(36)是曲面，其特征在于，第一支撑面(23)和第二支撑面(36)与防止轴(33)转动的部件(25、40)直接或间接相连，并且固定部件(43)用于将部件(25、40)保持在一起。
2.按照权利要求1的镗刀盘，其特征在于，所述部件包括在鞍座(15)处的台肩(25)，以及在轴(33)处的项圈(40)，其中，所述部件在虚圆(C)的内侧延伸，所述虚圆与支撑面(23，36)邻接或全部或部分地与之相符。
3.按照权利要求1或2的镗刀盘，其特征在于，固定部件是螺栓(43)，相对于中心线(CL)偏心地延伸穿过鞍座(15)和轴(33)中的孔(30、37)，使得拉紧力将部件(25、40)基本上恒定地保持在一起。
4.按照权利要求3的镗刀盘，其特征在于，部件(25、40)仅仅装在支撑面(23、36)法线(N)的一侧。
5.用于旋转钻探土层和岩层前面的镗刀盘的鞍座，所述镗刀盘包括主体(16)，具有安装面(17)；和用于滚刀(14)的至少一个鞍座(15)，由主体(16)支撑在安装面(17)上；所述鞍座(15)具有两个支腿(19、20)，在支腿之间安装滚刀；每个支腿具有第一臂(21)和第二臂(22)，从安装面(17)延伸，与第一支撑面(23)相连；所述鞍座具有孔(30)，用于接受固定部件(43)，所述孔与第一支撑面(23)相交；所述固定部件(43)用于将滚刀保持在鞍座上；所述第一支撑面(23)是曲面，其特征在于，第一支撑面(23)直接或间接地与防止轴(33)转动的台肩(25)相连。
6.如权利要求5所述的鞍座，其特征在于，鞍座(15)的台肩(25)在虚圆(C)的内侧延伸，所述虚圆与支撑面(23，36)邻接或全部或部分地与之相符。
7.按照权利要求5或6的鞍座，其特征在于，孔(30)相对于滚刀的中心线(CL)偏心地延伸穿过鞍座(15)。
8.按照权利要求7的鞍座，其特征在于，台肩(25)仅仅设在支撑面(23)法线(N)的一侧。
9.用于旋转钻探土层和岩层前面的镗刀盘中的滚刀，所述镗刀盘包括，主体(16)，具有安装面(17)；用于滚刀(14的至少一个鞍座(15)，由主体(16)支撑在安装面(17)上，；所述滚刀(14)具有多排压碎部件，可相对于中心线(CL)旋转；以及轴(33)，具有轴栓(34、35)，至少一个轴栓具有第二支撑面(36)，用于和第一支撑面(23)配合；至少一个所述轴栓(34、35)具有孔(37)，用于接受固定部件(43)并与第二支撑面(36)相交；所述第二支撑面(36)是曲面，其特征在于，第二支撑面(36)直接或间接地与防止轴(33)转动的项圈(40)相连。
10.按照权利要求9的滚刀，其特征在于，轴(33)的项圈(40)在虚圆(C)的内侧延伸，所述虚圆与支撑面(36)邻接或全部或部分地与之相符，其中孔(37)相对于滚刀的中心线(CL)偏心地延伸，项圈(40)仅仅装在支撑面(36)法线(N)的一侧。
全文摘要
本发明涉及一种用于旋转钻探土层和岩层前面的镗刀盘及其使用的滚刀和鞍座。镗刀盘包括主体，具有用于支撑鞍座(15)的安装面(17)，滚刀(14)保持在鞍座中；所述滚刀(14)具有多排压碎部件，可相对于中心线和轴旋转，所述轴具有两个轴栓(35)，每个轴栓具有第二支撑面(36)，用于和鞍座的第一支撑面(23)配合，以将滚刀保持在鞍座(15)中。每个轴栓具有孔，用于接受固定部件(43)并与第二支撑面相交；所述固定部件(43)用于将轴栓(35)连接到鞍座上；所述第一支撑面(23)和第二支撑面(36)是曲面，第一支撑面(23)和第二支撑面(36)直接或间接地与防止轴转动的部件(25、40)相连。固定部件(43)用于将部件(25、40)保持在一起。
文档编号E21B10/08GK1602385SQ02824618
公开日2005年3月30日 申请日期2002年12月2日 优先权日2001年12月10日
发明者斯蒂格－奥克·布罗隆德 申请人:山特维克公司