一种能够开合的扩孔钻头的制作方法

1.本实用新型涉及钻探领域，尤其是涉及一种能够开合的扩孔钻头。


背景技术：

2.无论工程钻探，还是石油勘探，都要用到钻杆和钻头。在对岩石进行钻孔后，还需要使用扩孔钻头对岩石进行扩孔。由于钻洞很深，扩孔钻头的齿牙会磨损、甚至会崩齿，因此需要对扩孔钻头或扩孔钻头上的齿牙进行更换。
3.目前存在的问题是，由于钻杆不可能整体拉出和送入，因此在更换扩孔钻头前，需要通过钻机将钻杆从钻洞内逐节拆卸后取出。只有将所有的钻杆拆卸取出后，才能将扩孔钻头从钻洞内取出。更换扩孔钻头后，还要进行反向操作才能将更换后的扩孔钻头重新送入钻洞的头端。钻洞越深，更换扩孔钻头的过程就越漫长。显然，目前更换扩孔钻头的方式严重地拖延了钻探施工的进度，还大幅增加了无效的施工量。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种能够开合的扩孔钻头，其目的在于：在不拆卸钻杆的前提下，实现扩孔钻头的快速更换。
5.为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种能够开合的扩孔钻头，包括：
7.钻套，其头部设有内翻边，其尾部螺接在钻杆的头端；内翻边的外端面设有多个径向槽，内翻边的内端面均布设有若干沿轴向设置的第一斜面齿和第一齿槽，第一斜面齿的齿数与径向槽的数量相等；在第一齿槽内固定有磁铁；
8.滑座，为具有端板的套体；端板上固定有芯轴，套体的头端均布设有若干第二斜面齿和第二齿槽；
9.滑套，其头部沿周向设有多个轴向通槽，其中间部位设有外翻边，其尾部与套体滑动配合连接；径向槽的数量是轴向通槽数量的n倍，n为自然数；
10.刀片，通过转轴铰接在轴向通槽内；
11.连杆，铰接在刀片与芯轴之间；连杆与刀片、芯轴和滑套构成能够使刀片绕转轴转动的曲柄滑块机构；
12.压簧，设置在滑座与滑套之间，用于推动曲柄滑块机构，使刀片向内收合；
13.推拉件，具有活塞体和拉绳；活塞体能够从钻杆内孔的尾端移动到钻套内；
14.向钻杆的头端送入扩孔钻头时，在高压流质的作用下，活塞体的一端推动曲柄滑块机构向前移动，使滑套的外翻边抵压在钻套的内翻边上；此时，第二斜面齿滑入第一齿槽内，并与磁铁产生磁吸，该磁吸力大于压簧的弹力，刀片向外张开；从钻杆的头端取出扩孔钻头时，活塞体的另一端与曲柄滑块机构卡接，并在拉绳的拉动下，使刀片向内收合。
15.优选的，芯轴的头端位于滑套内，且与连杆铰接；芯轴的尾部位于端板的外侧，在芯轴的尾部设有环槽和锥面。
16.优选的，所述芯轴沿轴向设有贯通的通气孔，通气孔用于向滑套的空腔内充入高压空气。
17.优选的，活塞体的两端分别设有能够与芯轴尾部滑动配合的推送套体和外拉套体；推送套体用于推动曲柄滑块机构向前移动；外拉套体的径向设有弹性卡销，从钻杆的头端取出扩孔钻头时，弹性卡销在芯轴尾部锥面的引导下卡在芯轴尾部的环槽内，使活塞体与曲柄滑块机构卡接。
18.优选的，活塞体的两端分别还设有若干滚轮，滚轮能够在钻杆的内孔壁上滚动。
19.优选的，所述滑套的尾端设有探针，探针沿轴向延伸，且贯穿端板；所述推送套体设有用于容纳塑形体的腔体；当刀片向外张开时，探针的末端插进塑形体内。
20.优选的，滑套的头部设有引导头。
21.优选的，所述滑套设有三个轴向通槽，钻套的径向槽为九个。
22.由于采用上述技术方案，相比背景技术，本实用新型具有如下有益效果：
23.由于本实用新型的曲柄滑块机构在推拉件的作用下能够实现刀片的自动开合，因此在钻探过程中能够随时取下磨损的扩孔钻头，然后将新扩孔钻头重新安装在钻套内，实现扩孔钻头的快速更换。
24.由于本实用新型不需要逐节拆卸和安装钻杆，因此避免了无效的施工量，大幅提高了钻探的施工进度。
附图说明
25.图1为本实用新型的剖面结构示意图。
26.图2为本实用新型的爆炸视图。
27.图3为钻套的结构示意图。
28.图4为滑座的结构示意图。
29.图5为滑套的结构示意图。
30.图6为推拉件的结构示意图。
31.图7为向前放入扩孔钻头时的结构示意图。
32.图8为刀片打开后的结构示意图。
33.图9为向后取出扩孔钻头时的结构示意图。
34.图中：1、钻杆；2、钻套；21、径向槽；22、第一斜面齿；23、磁铁块；3、滑座；31、端板；32、套体；33、第二斜面齿；34、第二齿槽；4、滑套；41、引导头；42、轴向通槽；43、转轴；44、外翻边；45、探针；5、芯轴；51、环槽；52、锥面；6、刀片；7、连杆；8、压簧；9、推拉件；91、活塞体；92、推送套体；93、外拉套体；94、卡销；95、弹簧；96、轮架；97、滚轮；98、拉绳孔；99、塑性体。
具体实施方式
35.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.一种能够开合的扩孔钻头，螺接在钻杆的头端。如图1-2所示，本扩孔钻头包括钻套2、滑座3、滑套4、刀片6、连杆7和推拉件9，下面具体说明其结构和功能。
37.参照图1、图2和图3，钻套2的头部设有内翻边21，钻套2的尾部设有外螺纹，钻套2通过外螺纹螺接在钻杆1的头端。在内翻边的外端面上设有九个径向槽21，在内翻边的内端面上均布设有九个沿轴向设置的第一斜面齿22和第一齿槽。第一斜面齿22类似棘轮的棘齿，具有向一侧倾斜的斜齿面。九个第一斜面齿22与九个径向槽21在位置上有对应关系。在第一齿槽内通过粘胶固定有具有斜面形状的磁铁块23，磁铁块2具有强磁性。
38.参照图1、图2和图4，滑座3为具有端板31的套体32，端板31位于套体32的后端。端板31封闭了套体32，能够防止岩土进入钻套2内，防止岩土对更换扩孔钻头所造成的影响。套体32的头端均布设有九个沿轴向设置的第二斜面齿33和第二齿槽34，第二斜面齿33具有与第一斜面齿22相对应的斜齿面，第二齿槽34具有与磁铁块23斜面形状相对应的齿槽形状。当滑座3在外力的作用下向钻套2的头端移动时，第二斜面齿33的斜齿面与第一斜面齿22的斜齿面接触，在斜面的作用下，第二斜面齿33能够滑入第一齿槽内。此时，第一齿槽内的磁铁块23与第二斜面齿33之间的距离大幅减小，磁铁块23对第二斜面齿33所产生的磁吸力大幅增加。
39.在端板31上固定有芯轴5。芯轴5的中间部位贯穿端板31，并通过轴肩和螺母固定在端板31上。芯轴5的头端位于滑套3内，且与连杆7铰接。芯轴5的尾部位于端板31的外侧，在芯轴的尾部设有环槽51和锥面52。芯轴5的内部沿轴向设有贯通的通气孔，通气孔用于向滑套4的空腔内充入高压空气。在本实施例中，滑座3通过芯轴5与连杆7铰接，这样的设计降低了滑座3的加工难度。
40.参照图1、图4和图5，滑套4的头部设有引导头41和三个轴向通槽42。在扩孔时，引导头41位于初钻的底洞内，对刀片6的扩孔起到了引导作用，防止扩孔偏斜。三个轴向通槽42沿滑套4的周向均匀分布，在轴向通槽42内通过转轴43铰接有三角形的刀片6，刀片6上焊接有多片硬质合金片。滑套4的中间部位设有外翻边。滑套4尾部的圆柱面位于滑座3的套体32内，且能够在套体32内自由滑动。
41.连杆7铰接在刀片6与滑座3之间，连杆7与刀片6、滑座3和滑套4构成能够使刀片6绕转轴43转动的曲柄滑块机构。如果将滑套4视为固定的滑轨、将滑座3视为滑块，那么，刀片6可以看作是曲柄。移动滑座3能够使作为曲柄的刀片6绕转轴43发生转动。
42.压簧8设置在滑座3与滑套4之间，用于推动曲柄滑块机构，使刀片6向内收合。这样，在向钻杆1的头端送入扩孔钻头时，压簧8使刀片6处于收合状态，这样便于曲柄滑块机构的送入。
43.如图6所示，推拉件9具有活塞体91和拉绳，活塞体91能够从钻杆1内孔的尾端移动到钻套2内。具体的，活塞体91的两端分别设有能够与芯轴5尾部滑动配合的推送套体92和外拉套体93。其中，推送套体92用于推动曲柄滑块机构向前移动。推送套体92与芯轴5尾部
滑动配合，在推动曲柄滑块机构向前移动时，推送套体92能够使滑座3与钻杆1或钻套2保持同轴，有利于扩孔钻头与钻套2的安装。
44.外拉套体93的径向设有弹性卡销94，弹性卡销94由卡销94、弹簧95和顶丝构成，卡销94在弹簧95的作用下向内伸出。在取出扩孔钻头时，卡销94在芯轴5尾部锥面52的引导下，使弹簧95压缩，进而使卡销94卡在芯轴5尾部的环槽51内，使推拉件9与曲柄滑块机构卡接。当活塞体91和曲柄滑块机构在拉绳牵引下拽出钻杆1之外时，可通过拆卸顶丝而使推拉件9脱离与曲柄滑块机构的卡接。弹性卡销94与芯轴5尾部环槽51的卡接结构，有利于实现推拉件9与曲柄滑块机构的自动卡接。
45.活塞体91的两端还分别设有三个轮架96，轮架96具有滚轮97，滚轮97能够在钻杆1的内孔壁上滚动。滚轮97有利于降低活塞体91的厚度，减少活塞体91与钻杆1内孔之间的摩擦力，提高活塞体91在钻杆1内孔内移动的稳定性。在与芯轴5尾部进行连接时，滚轮97结构有利于提高推送套体92、外拉套体93与芯轴5尾部连接的同轴度。在轮架96上设有拉绳孔98，拉绳孔98用来固定拉绳（图中未示出）。
46.如图7-8所示，当需要向钻杆1的头端送入更换刀片6后的扩孔钻头时，在钻杆1的尾端（露出岩石外的部分）放入本扩孔钻头，然后向钻杆1内通入高压水或高压空气。在高压水或高压空气的作用下，推拉件9的推送套体92通过芯轴5推动曲柄滑块机构向前移动，使曲柄滑块机构进入钻套2内，并使滑套4的外翻边抵压在钻套2的内翻边21上。此时，滑套4不再前移，而滑座3在推拉件9的推动下继续向前滑移，使滑座3上的第二斜面齿33能够滑入第一齿槽内，与此同时，刀片6向外张开。由于距离大幅减小，第一齿槽内的磁铁块23对第二斜面齿33产生较大的磁吸力，该磁吸力大于压簧8自身的弹力，即使高压水泄压，推拉件9不再对滑座3施加推力，该磁吸力也能保证刀片6处于张开状态。由于滑座3、芯轴5和连杆7对滑套4的转动具有约束作用，而且径向槽21的数量是轴向通槽数量的三倍，因此，无论第二斜面齿33滑入任意第一齿槽内，三个刀片6都能够进入滑座3九个径向槽21的其中三个径向槽21内。当钻套2随钻杆1旋转时，钻套2上的径向槽21能够为刀片6提供扭矩和切削力。由于是扩孔，刀片6在钻进时产生的轴向抗力集中在刀片6的外侧，位于刀片6内侧的部位基本不承受钻进抗力，因此在钻进的过程中，刀片6不会向内收合，只能被抵压在径向槽21内。值得注意的是，在此过程中，磁铁块23与第二斜面齿33只是保留有较小的间隙，但始终没有接触。该间隙可避免钻进时所产生的轴向抗力作用在磁铁块23与第二斜面齿33之间，保证刀片6的轴向抗力作用在径向槽21内。
47.一般情况下，刀片6会成功地向外打开。但是也有意外情况使刀片6不能成功打开，这时操作者并无法判断。为此，在滑套4的尾端设有探针45，探针45沿轴向延伸，且贯穿端板31。推送套体92的外部设有用于容纳塑形体99的壳体，壳体的开口朝前。塑形体99可以是橡皮泥、工业油泥或其它可变形固体。当刀片向外张开时，推拉件9和滑座3相对于滑套4向前移动，探针45的末端插进塑形体99内。当推拉件9从钻杆1中拉出时，通过观察塑形体99是否有探针45插过的沉孔、以及沉孔的深度，可以判断刀片6是否成功向外张开。
48.此后，通过拉绳将推拉件9拉出钻杆1，开动钻机，开始扩孔作业。在钻进过程中，一般会向钻杆1内通入高压空气，高压空气通过通气孔进入滑套4的空腔内，高压空气有利于扩孔钻头的钻进，并能够清除滑套4内的岩土，降低岩土对曲柄滑块机构的运动所造成阻碍。
49.如图9所示，当需要从钻杆1的头端取出需要更换的扩孔钻头时，通过钻机将钻杆向外拉出少许距离，为刀片6的收合留出空间。此时最好向钻杆内通入高压空气，清除滑套4头端的岩土，降低岩土对曲柄滑块机构的运动所造成阻碍。然后反转推拉件9，并将推拉件9放入钻杆1的尾端。在高压水或高压空气的作用下，推拉件9重新进入钻套2内，推拉件9的外拉套体93与芯轴5尾端上的环槽51卡接。关闭高压水或高压空气后，通过拉绳克服磁铁块23的磁吸力并使滑座3向后滑移，此时刀片6向内收合。然后通过拉绳将曲柄滑块机构和推拉件9拉出钻杆1之外，对磨损的刀片6进行更换。
50.由上述可知，由于曲柄滑块机构在推拉件9的作用下能够实现刀片6的自动开合，因此在钻探过程中能够随时取下磨损的扩孔钻头，然后将新扩孔钻头重新安装在钻套2内，实现扩孔钻头的快速更换。由于不需要逐节拆卸和安装钻杆1，因此能够大幅提高钻探的施工进度。
51.未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。