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CN116981826A - 包括可膨胀的固位套筒的钻头组件 - Google Patents

包括可膨胀的固位套筒的钻头组件 Download PDF

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Publication number
CN116981826A
CN116981826A CN202280021401.8A CN202280021401A CN116981826A CN 116981826 A CN116981826 A CN 116981826A CN 202280021401 A CN202280021401 A CN 202280021401A CN 116981826 A CN116981826 A CN 116981826A
Authority
CN
China
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drill bit
assembly
retention
retention sleeve
sleeve
Prior art date
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Pending
Application number
CN202280021401.8A
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English (en)
Inventor
约尼·科斯基宁
奥利维耶·布吕昂代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sandvik Mining and Construction Oy
Sandvik Mining and Construction Tools AB
Original Assignee
Sandvik Mining and Construction Oy
Sandvik Mining and Construction Tools AB
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Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Mining and Construction Oy, Sandvik Mining and Construction Tools AB filed Critical Sandvik Mining and Construction Oy
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Abstract

一种用于联接到钻柱的锤钻组件，其中钻头经由固位套筒以可释放方式附接到驱动接头；其中所述固位套筒包括主体，所述主体在位于其前端处的环和位于其后端处的多个末端部之间延伸。此外，还提供了将钻头附接到所述组件的其余部分以及将钻头从所述组件的其余部分分离的方法。

Description

包括可膨胀的固位套筒的钻头组件
技术领域
本发明涉及一种冲击式钻头组件，并且特别是，但不排它地是，本发明涉及一种潜孔钻组件(down-the-hole assembly)，其中钻头经由可膨胀套筒在轴向上联接到驱动部件，该可膨胀套筒允许钻头从驱动部件快速轴向分离。
背景技术
潜孔(DTH)冲击锤钻凿技术包括经由钻柱向位于钻孔的底部处的钻头供应加压流体。流体既用以驱动锤钻动作，又用以将切割动作产生的粉尘和碎屑向后冲洗出钻孔，从而优化向前切割。
典型地是，钻组件包括在顶部接头和钻头之间延伸的壳体，而钻头又以可释放方式联接到驱动接头(也称为卡盘)。钻凿是经由钻头的旋转和轴向平移的组合来实现的。旋转从驱动接头经由中间啮合花键传递给钻头。钻头的轴向冲击动作通过活塞实现，该活塞能够在轴向上在顶部接头和钻头之间穿梭，并由加压流体驱动，以撞击钻头的后部的砧端。在EP3214259A1、US6131672和US2007158113A1中描述了DTH锤钻的示例。
通常，钻头被固位在组件上，并经由容纳在组件内的固位环与驱动接头接触。然而，由于多种原因，这些常规的驱动器联接布置结构是不利的。从根本上说，由于在驱动接头和锤壳体之间传递的扭矩的幅度，在没有专用工具的情况下，通常很难移除驱动接头和“拆开”组件，而现场可能没有专用工具可用。
因此，需要一种解决了上述问题的钻头联接布置结构，其允许在驱动器组件处方便且快速的移除和安装替换钻头。
在EP2896778B中公开了针对该问题的一种解决方案，其公开了一种快速释放DTH锤式钻头组件，在该钻头组件中，钻头经由固位套筒和相应的固位结构而以可释放方式固位在驱动传动部件(驱动接头)处，以在轴向上将钻头联接并锁定在组件处。本发明的目的是找到一种将更易于自动化的替代性的快速释放组件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于冲击钻组件的驱动联接器，其中钻头经由如下布置结构以可释放方式固位在组件的旋转驱动部件上：该布置结构允许方便且快速地更换替换钻头，而不必拆卸或分离形成组件的一部分的附加且不必要的部件。另一具体目的是提供一种将易于自动化的联接布置结构。
根据本发明的第一方面，提供一种用于联接到钻柱的锤钻组件，其具有轴向前端、轴向后端和纵向轴线，所述组件包括：钻头，其定位在前端处，并且其具有钻凿头部和钻头轴；环形的驱动接头，其在轴向上设置在钻头的后方，所述钻头轴被至少部分地容纳在驱动接头内；其中钻头经由固位套筒以可释放方式附接到驱动接头；其中固位套筒在径向上至少部分地定位在驱动接头和钻头之间；其特征在于，所述固位套筒包括：多个末端部，其定位在驱动接头内；环，其在轴向上定位在末端部的前方；以及主体，其在环和位于所述主体的后端处的所述多个末端部之间延伸。
有利的是，这使得能够快速地将钻头从组件的其余部分释放，这是因为不需要拧开驱动接头来更换钻头。而是，固位套筒的弹性变形允许容易地附接和分离钻头。这种设计还允许钻头与组件的其余部分的附接和分离易于自动化。这种设计可以用在任何现有的DTH系统上。这种设计允许钻头在钻凿和冲洗操作期间被牢固地锁定就位，但在需要时允许容易地移除。
例如，锤钻组件可以是DTH钻组件。
优选地是，每个末端部具有径向向内突出的内固位肩部和径向向外突出的外固位肩部；其中，设有处在内固位肩部上的内固位端面和处在外固位肩部上的外固位端面。
优选地是，固位套筒由可弹性变形材料制成。
优选地是，钻头轴包括在钻头轴的径向外表面上的径向向外突出的固位肩部，并且其中驱动接头包括在其径向内表面上的径向向内突出的固位肩部；并且其中，钻头的钻头轴或驱动接头还包括开口凹槽。
优选地是，固位套筒由热处理钢制成。有利的是，热处理钢可以提供操作所需的弹性和操作环境中所需的强度和回弹性的组合。
优选地是，固位环的主体包括多个指状部，其中在每个相邻的指状部之间存在间隙，并且至少一个末端部定位于每个指状部的端部处。优选地是，在每个指状部的端部上只有一个末端部。有利的是，这提供了弹性变形性和结构完整性之间的良好平衡。
可替代地是，固位套筒的主体可以是完全圆柱形的，并且由弹性体制成，在这种情况下，末端部将是金属插入物，并且仅在相邻的末端部之间存在间隙，而在主体的任何段之间不存在间隙。或者，整个固位套筒可以用弹性材料包覆成型。
优选地是，固位套筒包括3至30个之间的指状部。有利的是，这提供了弹性变形性和结构完整性之间的良好平衡。
优选地是，固位环上的每两个相邻的指状部之间的间隙的宽度沿着指状部的轴向长度从所述环朝向末端部增加，然后，每两个相邻的末端部之间的宽度减小。有利的是，这种设计使得在固位套筒变形时在固位套筒中产生较低的应力，因此降低了部件破裂的风险并增加了部件的使用寿命，并且这种设计还降低了安装和移除套筒所需的力。
优选地是，固位套筒的环上的径向外表面包括U形凹槽。有利的是，当钻头被附接到组件的其余部分或从组件的其余部分移除时，U形凹槽的存在使得抓取工具能够更牢固地抓持在固位套筒上。
优选地是，固位套筒上的环的轴向前表面和/或轴向后表面包括阻尼元件。有利的是，这增加了固位套筒的耐用性，因为它为钻凿冲击提供了缓冲，并减少了诱发的振动。
优选地是，固位套筒上的每个末端部上的轴向最末端表面被倒角。有利的是，这使得将固位套筒插入到钻凿组件中变得容易。
优选地是，当组件处于其冲洗位置时，在固位套筒上的内固位端面和钻头上的径向向外突出的固位肩部之间获得第一接触力，并且在固位套筒上的外固位端面和驱动接头上的径向向内突出的固位肩部之间获得第二接触力。有利的是，这使得在组件从钻凿位置移动到冲洗位置时，钻头能够被固位在组件的其余部分中。
优选地是，在第一接触力和第二接触力之间存在共线矢量。有利的是，这防止了在钻头处于其冲洗位置时固位套筒上的指状部能够弯曲。
优选地是，驱动接头还包括位于其轴向前侧的倒角，以用于固位套筒的进入。有利的是，这有助于将固位套筒安装到驱动接头中。
根据本申请的另一方面，提供了一种用于钻组件的钻头，该钻组件具有前端、后端和纵向轴线，该钻头包括：钻凿头部，其在钻组件的前端处；钻头轴；和多个花键，其在钻头轴的处在后端处的外表面上；其中，设有在钻头轴上的径向向内突出的开口凹槽，该开口凹槽在轴向上定位在花键和钻凿头部之间，并且设有与开口凹槽相比径向向外突出的径向向外突出的固位肩部，该固位肩部被定位在开口凹槽的后侧上。
根据本申请的另一方面，提供了一种用于钻凿组件的驱动接头，该钻凿组件具有前端、后端和纵向轴线；其中，设有在驱动接头的内表面上的径向向外突出的开口凹槽，并且设有定位在开口凹槽的前侧上的径向向内突出的固位肩部。
优选地是，钻头或驱动接头还包括在固位肩部和开口凹槽之间延伸的锥形支撑端面。有利地是，这有助于在移动到固位/冲洗位置时减小固位指状部和钻头或驱动接头之间的间隙，并且将有助于确保钻头固位。
优选地是，钻头轴和驱动接头具有多个互锁花键。
根据本发明的另一方面，提供了一种当开口凹槽定位在钻头上时将所述钻头附接到根据权利要求1-15中的任一项所述的钻组件的其余部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a.围绕钻头安装固位套筒；
b.将间隔件定位在固位套筒和钻头之间，使得固位套筒上的末端部的最内表面被定位在开口凹槽的上方；
c.用抓取工具抓持固位套筒；
d.旋转钻头或钻组件，直至实现钻头上的花键和驱动接头上的花键之间的接合；
e.向钻头或钻组件施加轴向力，使得固位套筒上的主体随着钻头在驱动接头内滑动而收缩；
f.推动钻头，使得固位套筒的末端部被推动经过驱动接头上的台阶区域，并且固位套筒的主体恢复到其初始的未收缩姿态；
g.从抓取工具中释放钻头。
根据本申请的另一方面，提供了一种当开口凹槽定位在驱动接头上时将所述钻头附接到根据权利要求1-15中的任一项所述的钻组件的其余部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将固位套筒安装在驱动接头内；
b.将间隔件定位在固位套筒和驱动接头之间，使得固位套筒上的末端部的径向最外表面被定位在驱动接头上的开口凹槽的上方；
c.使用抓取工具抓持固位套筒；
d.旋转钻头或钻组件，直至实现钻头上的花键和驱动接头上的花键之间的接合；
e.向钻头或钻组件施加轴向力，使得固位套筒的主体随着钻头在驱动接头内滑动而膨胀；
f.推动钻头，使得固位套筒上的末端部被推动经过钻头的固位肩部，并且所述主体恢复到其初始的未膨胀姿态；
g.从抓取工具中释放钻头。
本申请的另一方面是一种当开口凹槽定位在钻头上时将所述钻头从根据权利要求1-15中的任一项所述的组件的其余部分分离的方法，包括以下步骤：
a.将钻头延伸到其冲洗位置；
b.用抓取工具抓持固位套筒；
c.将间隔件定位在固位套筒和钻头之间；
d.将钻头部分地推回到组件内，使得固位套筒上的末端部的最内表面被定位在钻头上的开口凹槽的上方；
e.从所述组件在轴向上拉动固位套筒或组件，使得固位套筒的主体收缩；
f.继续拉动固位套筒，直至固位套筒的主体恢复到其初始姿态；
g.在轴向上进一步向前拉动钻头，使得所述钻头上的花键和所述驱动接头上的花键脱离接合，并且钻头和固位套筒能够从组件的其余部分移除。
在这种方法中，固位套筒将保留在钻头上，但是随后可以容易地从钻头上移除。
本申请的另一方面是当开口凹槽定位在驱动接头上时将所述钻头从根据权利要求1-15中的任一项所述的组件的其余部分分离的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将钻头延伸到其冲洗位置；
b.用抓取工具抓持固位套筒；
c.将间隔件定位在固位套筒和驱动接头之间；
d.将固位套筒部分地推回到组件内，使得固位套筒上的末端部的径向最外表面被定位在驱动接头上的开口凹槽的上方；
e.在轴向上从组件拉动钻头，使得固位套筒的主体膨胀；
f.继续拉动钻头，直至固位环的主体至少部分地恢复到其初始姿态；可能是这样的，即：使得仅在花键已经脱离接合时，固位套筒的主体才会完全恢复。
g.在轴向上进一步向前拉动钻头，使得所述钻头上的花键和所述驱动接头上的花键脱离接合，并且所述钻头能够从组件的其余部分移除。此时，固位套筒仍留在驱动接头内，但这两个部件然后可容易地分离开来。
附图说明
现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的具体实施方式，在附图中：
图1是DTH组件的横截面。
图2是图1在固位套筒的区域中的放大图。
图3a、图3b和图3c是本发明的固位套筒的替代性实施例的透视图。
图4是图3b的投影横截面。
图5是图4的固位套筒上的其中一个指状部的放大图。
图6a和图6b是钻头的替代性实施例的投影图。
图7a和图7b是驱动接头的替代性实施例的横截面。
图8是DTH组件的横截面，其中固位套筒处于其钻凿位置。
图9a-图9c是DTH组件的横截面，示出了钻头如何附接到组件的其余部分和处于其钻凿位置的DTH组件。
图10是处于其冲洗位置的DTH组件的横截面。
图11a-图11c是DTH组件的横截面，示出了钻头如何从组件的其余部分分离。
具体实施方式
图1示出了潜孔(DTH)锤组件2的横截面，该潜孔(DTH)锤组件2包括基本上中空的圆柱形壳体4，该壳体4具有轴向后端6(附接端)和轴向前端8(切割端)。顶部接头10至少部分地容纳在壳体4的后部内，而钻头12(切割头)至少部分地容纳在壳体4的前端内。钻头12包括钻头轴14(柄部)和具有多个耐磨切割球齿18的钻凿头部16。
分配缸20在壳体4内轴向延伸，并且伸长的大致圆柱形的活塞22在分配缸20和壳体4内轴向延伸，并且活塞22能够沿着延伸穿过组件2的中心纵向轴线24来回穿梭。加压流体经由联接到顶部接头10的钻柱(未示出)输送到组件2。流体通道布置在锤组件2内，以驱动活塞22的运动。流体被交替地加压并排放到驱动室中和从驱动室排放出来。加压流体从组件2的排出用于从所钻的孔中移除切屑。
驱动接头26(替代性地是被称为驱动卡盘)朝向组件2的前端围绕钻头轴14定位。驱动接头26的轴向前端朝向钻头头部16定位，并且驱动接头26的轴向后端被容纳在壳体4的轴向前部区域内。
图2示出了组件2的前端在如下区域中的横截面的更详细视图，在该区域中，驱动接头26经由多个花键28与钻头轴14接触配合，所述多个花键28在钻头轴14的径向朝外的表面上轴向地且径向地延伸(也参见图6)，所述多个花键28与驱动接头26的径向朝内的表面上轴向地且径向地延伸的多个花键88相互接合(也参见图7)。钻头头部16的旋转驱动从钻柱(未示出)通过壳体4和驱动接头26被传递到钻头12。钻头12经由固位套筒30轴向地固位在组件2中，该固位套筒30在径向上被定位在钻头轴14和驱动接头26的前端之间。固位套筒30的轴向前端被定位成与钻凿头部16接触。固位套筒30至少部分定位在驱动接头26和钻头12之间。固位套筒30可被向前从驱动接头26移除。
图3a、图3b和图3c更详细地示出了固位套筒30的替代性实施例的透视图。固位环30布置成至少部分地是可膨胀的，并且可以由诸如热处理钢、聚合物或复合结构的材料制成。在将与钻凿头部16接触的固位套筒30的前端处设有环32，优选地是连续的环32。固位套筒还包括主体58，该主体58在环32到处在其后端处的多个末端部38之间延伸。图3a和图3b示出了：在一个实施例中，主体58呈从环32轴向向后延伸的多个指状部34的形式，其中在成对相邻的指状部34之间具有间隙36。指状部的数量优选在3至30之间，更优选在8至16之间。在这种情况下，末端部38位于每个指状部34的后端处。间隙36的尺寸足够得大，使得随着固位环30被操纵以进入和离开其在组件2内的固位位置而使得固位环30的形状改变时，两个相邻的指状部上的末端部38将不会彼此接触。图3a示出了每个指状部34之间的间隙36的尺寸可以沿着指状部34的整个轴向长度(包括其主体58和末端部38)基本相同。替代性地是，图3b示出了间隙的宽度可以沿着其轴向长度变化，例如，间隙的宽度可以沿着指状部34的主体58的轴向长度从环32朝向末端部38增加，然后在每个末端部34之间的宽度减小。可替代地是，图3c示出了固位套筒30的主体58可以是完全圆柱形的并且由弹性体制成，在这种情况下，末端部38将是金属插入物，并且仅在相邻的末端部38之间有间隙36，而在主体58的任何段之间没有间隙。或者，整个固位套筒30可以用弹性材料包覆成型。
图4示出了固位套筒30的一部分的侧视图。固位套筒30上的每个末端部38具有径向向内突出的内固位肩部78和径向向外突出的外固位肩部80。优选地是，内固位肩部78与外固位肩部80相比被定位得在轴向上更靠近环32。
指状部34的每个主体58具有径向外表面54和径向内表面56。在末端部38的区域中，与指状部34的主体58相比，径向外表面54在距环32的第一距离D1处以相对于纵向轴线24成95°-170°之间的角度进一步径向向外突出到优选平行于纵向轴线24的径向最外表面60。不平行于纵向轴线24的外固位端面52形成在径向最外表面60和径向外表面54之间。当定位在组件2中并且该组件处于其冲洗/固位位置时，外固位端面52与驱动接头26接触。径向内表面56在距环32的第二距离D2处以相对于纵向轴线24成10°-85°之间的角度进一步径向向内突出到优选平行于纵向轴线24的径向最内表面64。在距环32的第三距离D3处，径向最内表面64以相对于纵向轴线24成95°-170°之间的角度径向向外突出到轴向最末端表面62。不平行于纵向轴线24的内固位端面50形成在径向最内表面64和轴向端部62的内表面之间。当定位在组件2中并且该组件2处于冲洗/固位位置时，内固位端面50与钻头12接触。距离D1<D3。外固位端面52被定位得比内固位端面50更靠近环32。
与指状部34的主体58的到径向外表面54的直径相比，固位套筒30的在末端部38处的到径向最外表面60的直径更大。与指状部34的主体58的径向内表面56的直径相比，固位套筒30的在末端部38处的在径向最内表面64处的直径较小。
末端部38的向后轴向最末端表面62可以垂直于纵向轴线24，或者可以被倒角，使得其相对于纵向轴线以10°-60°之间的角度突出。
固位套筒30上的环32的轴向前表面40和/或轴向后表面42可选地是可以包括阻尼元件44。阻尼元件44可以由聚氨酯、橡胶或其它阻尼材料制成。阻尼元件44可以结合、铸造或包覆成型在固位套筒30上。
固位套筒30上的环32的径向外表面46优选地是包含U形凹槽48，用于帮助抓取工具74(如图9和图11所示)获得良好的抓持，但是替代性地是也可以是平坦的或将有助于抓取工具74获得牢固抓持的任何其它形状。可以提供帮助抓取工具获得强力抓持的其它抓取特征，例如侧孔。如果没有U形凹槽，则抓取工具将与轴向向后表面42相互作用。
图5示出了其中一个指状部34的侧视图。指状部34的主体具有厚度TB。末端部38的中心部分具有厚度TCT。末端部38的前端具有厚度TFT。末端部38的后端具有厚度TRT。厚度的关系使得TCT>TFT>TB并且TCT>TRT。
图6a和图6b示出了替代性的钻头12设计的投影图。为了使固位套筒30能够将钻头12保持在组件2中，在钻头的钻头轴14的径向外表面上设有径向向外突出的固位肩部68。优选地是，肩部68在轴向上定位在花键28和钻凿头部16之间。
图7a和图7b示出了替代性的驱动接头26设计的横截面图。驱动接头26包括向内突出的台阶区域76，与驱动接头26的支撑表面70相比，该向内突出的台阶区域76具有较小的直径。为了使固位套筒30能够将钻头12保持在组件2中，在驱动接头26的径向内表面上具有径向向内突出的固位肩部82。可选地是，在驱动接头26的前端上设有凹部90，以容纳固位套筒30，使得固位套筒30能够被完全隐藏在驱动接头26内。
为了在需要时允许从组件2中移除钻头12，钻头12或驱动接头26还需要具有开口凹槽66，以允许固位套筒30弹性变形。如果凹槽66定位在钻头12上，则固位套筒30弹性变形，以越过驱动接头26上的径向向内突出的肩部82(这在图6b中针对钻头12示出，并且在图7a中针对驱动接头26示出)。如果凹槽66定位于驱动接头26上，则套筒30弹性变形，以越过钻头12上的径向向外突出的肩部68。这在图6a中针对钻头12示出，并且在图7b中针对驱动接头26示出。
因此，图6a所示的钻头12与图7b所示的驱动接头26设计结合使用，使得开口凹槽66被定位在驱动接头26上，或者，图6b所示的钻头12设计与图7a所示的驱动接头26设计结合使用，使得开口凹槽66被定位在钻头12的钻头轴14上。
如果开口凹槽在钻头12上，如图6b所示，则钻头柄部14具有这样一个区域，其中其外表面径向向内突出，因此形成开口凹槽66，因此钻头柄部14的该区域在适当位置具有减小的直径，以便当被安装在组件2中时能够容纳固位套筒30的末端部38。径向向外突出的固位肩部68被定位在开口凹槽66的后侧上。与开口凹槽66相比，固位肩部68径向向外突出。在钻头轴14上设有支撑端面92，该支撑端面92在固位肩部68和开口凹槽66之间延伸，可选地是，支撑端面92是锥形的，从而使钻头轴14的外表面的直径从开口凹槽66到固位肩部68逐渐增加。
如果开口凹槽66位于驱动接头26上，如图7b所示，则驱动接头26具有这样一个区域，其中其内表面径向向外突出，因此形成开口凹槽66。因此，驱动接头26的该区域在适当位置具有增大的内径，以便当固位套筒30在组件2中就位时能够容纳固位套筒30的末端部38。径向向内突出的固位肩部82被定位在开口凹槽66的前侧上。与开口凹槽66相比，固位肩部82径向向内突出。可选地是，在固位肩部82和开口凹槽66之间延伸的驱动接头26上的支撑端面70是锥形的，因此使得驱动接头26的内表面的直径从开口凹槽66到固位肩部68逐渐减小。优选地是，在驱动接头26的轴向前侧上设有倒角72，以在安装期间帮助固位套筒30进入。
图8示出了安装在钻凿组件2中的固位套筒30。固位套筒30上的环32的轴向前表面40邻近钻凿头部16的后侧定位。固位套筒30上的环32的轴向后表面42邻近驱动接头26上的轴向前端定位。固位套筒30的径向外表面54邻近驱动接头26的径向内表面定位。可选地是，如图7a所示，在驱动接头26的前端上设有凹部90，使得在钻凿操作期间，固位套筒30能够完全定位在驱动接头26内，使得固位套筒30不会暴露在外面。然而，也可以将固位套筒30的前端定位在驱动接头26的前端和钻头16之间，从而使得其不完全在驱动接头26内，并且因此暴露在外面，如图8所示。
图9a-图9c示出了钻头12如何被安装到驱动接头26中，从而使得将钻头12固位在其中。图9a示出了当开口凹槽66定位在钻头12上时，首先将固位套筒30围绕钻头12安装。替代性地是，如果开口凹槽66定位在驱动接头26上，则相反是将固位套筒30安装在驱动接头26内。抓取工具74用于将钻头12插入到组件2中。抓取工具74包括抽取板86和间隔件84。如果凹槽66定位在钻头12上，则间隔件84用于将固位套筒30定位在距钻凿头部16的后端面的适当距离处。如果凹槽66定位在驱动接头26上，则间隔件84将用于将固位套筒30定位在距驱动接头26的前端面的适当距离处。钻凿头部12的后端到固位套筒30上的环32的径向外表面46上的中心点之间的优选距离是5-30mm，即，间隔件84的优选厚度在5-30mm之间。如果开口凹槽66定位在钻头12上，则间隔件84将会使固位套筒30和钻头12之间的距离定位在适当的距离处，使得固位环30的径向最内表面64定位在开口凹槽66的上方。如果开口凹槽66定位在驱动接头26上，则间隔件84将会定位固位套筒30和驱动接头26之间的距离，使得固位套筒30上的径向最外表面60定位在开口凹槽66的下方。优选地是，抓取工具74将通过U形凹槽48保持固位套筒30。然后，使钻头12相对于组件2的其余部分旋转，或者使组件2相对于钻头12旋转，以便找到其中钻头12上的花键28和驱动接头26上的花键88将彼此接合的正确位置。例如，如果在钻头和驱动接头上各自均有12个花键，这意味着将有12个可能的接合位置。一旦花键28、88接合，其中抓取工具74仍保持在适当位置，则钻头12或组件2就被按压，例如使用钻凿机器的进给或其它现有特征或使用专用设备，以例如大约2500N(～250kgf)的推力按压。该力意味着当钻头12在驱动接头26内进一步滑动时，固位套筒30上的主体58将收缩。图9b示出了当钻头12已经利用抓取工具74被推入而使得固位套筒30的末端部38被推过驱动接头26上的台阶区域76时，主体58将收缩，并且固位套筒30能够在驱动接头26内滑动，直至末端部38被推动经过台阶区域76和固位肩部82，然后主体58将恢复到其初始的未收缩姿态。然后，钻头12从抓取工具74中释放，使得钻头12安装在锤组件2内，并且能够在其钻凿位置和固位/冲洗位置之间自由移动，在钻凿位置中，钻头12完全位于组件2内，并且在固位/冲洗位置中，钻头12完全伸出，内固位端面50与第一固位肩部68接触，而外固位端面52与径向向内突出的固位肩部82接触。
图9c还示出了当钻头与岩石接触时，组件2在钻凿位置的布置结构。在该位置上，主体58可以用于锁定，更优选地是，固位套筒30的末端部38被锁定在驱动接头26和钻头12之间，因此防止主体58的径向移动。内固位肩部78和外固位肩部80的径向移动分别受到钻头12和驱动器26的限制。
图10示出了处于冲洗位置的组件2。在这种情况下，钻头12从驱动接头26沿轴向向前移动，固位套筒30上的主体58在可以定位在钻头12或驱动接头26上的开口凹槽66上移动，使得主体58被锁定在钻头12上的第一固位肩部68和驱动接头26上的固位肩部82之间。因此，当主体58被锁定就位时，防止了主体58弯曲。轴向固位通过固位套筒30上的内固位端面50和定位在钻头12上的径向向外突出的固位肩部68之间的接触并且通过固位套筒30上的外固位端面52和定位在驱动接头26上的径向向内突出的固位肩部82之间的接触来获得。固位套筒30上的径向最外表面60和驱动接头26上的支撑端面70之间的接触以及固位套筒30上的径向最内表面64和钻头12上的支撑端面92之间的接触限制了径向移动。因此，当主体58被锁定就位时，防止了主体58弯曲。当组件2处于其冲洗/固位位置时，在固位套筒30上的内固位端面50和钻头12上的第一固位肩部68之间获得第一接触力C1，并且在固位套筒30上的外固位端面52和定位在驱动接头26上的径向向内突出的肩部82之间获得第二接触力C2。优选地是，在第一接触力C1和第二接触力C2之间存在共线矢量。
随后，当钻头12经由固位套筒30上的环32和钻凿头部16的后表面之间的接触而移动回到钻凿位置时，固位套筒30上的主体58移动经过定位在钻头12或驱动接头26上的开口凹槽66，从而使得防止了主体58弯曲。
图11a-图11c示出了钻头12是如何从组件2中移除的。图11a示出，首先，将钻头12移动到冲洗位置，然后使用抓取工具74例如经由U形凹槽48抓持到固位套筒30上。在抓取工具74仍保持就位的情况下，间隔件84因此能够控制固位环30相对于钻头12的位置，钻头12缩回到驱动接头26中。如果开口凹槽66定位在钻头12上，则间隔件84将使固位环30相对于钻头12定位，使得固位环上的径向最内表面64定位在开口凹槽66的上方。如果开口凹槽66定位在驱动接头26上，则间隔件84将使固位套筒30相对于驱动接头26定位，使得固位套筒30上的径向最外表面60定位在驱动接头26上的开口凹槽66的下方。然后，固位套筒30被拉出，并且固位套筒30的末端部38上的锥形外固位端面52将轴向力的一部分转换成径向力，使得固位套筒30上的主体58收缩，并且仅具有轻微的摩擦阻力。随着钻头12和固位套筒30从驱动接头26被轴向向前拉动，固位套筒30上的主体58恢复到其初始的非接触姿态，但是钻头12仍然被定位成使得钻头12上的花键28和驱动接头26上的花键88彼此接合。随着钻头12在轴向上进一步向前移动，钻头12从花键28、88掉落，并且钻头12能够从组件2的其余部分上移除。
图8至图11示出了其中开口凹槽66位于钻头12上的可选方案，然而应该理解的是，其中开口凹槽66位于驱动接头26上的替代性可选方案也是可能的。当开口凹槽66处在驱动接头26上时，只有钻头12被从组件中拉出，固位套筒30保留在驱动接头26中。

Claims (22)

1.一种用于联接到钻柱的锤钻组件(2)，所述锤钻组件(2)具有轴向前端(8)和轴向后端(6)以及纵向轴线(24)，所述组件(2)包括：
钻头(12)，所述钻头(12)被定位在所述前端(8)处，所述钻头(12)具有钻凿头部(16)和钻头轴(14)；
环形的驱动接头(26)，所述驱动接头(26)在轴向上设置在所述钻头的后方，所述钻头轴(14)被至少部分地容纳在所述驱动接头(26)内；
其中，所述钻头(12)经由固位套筒(30)以可释放方式附接到所述驱动接头；
其中，所述固位套筒在径向上至少部分地定位在所述驱动接头(26)和所述钻头(12)之间；
其特征在于：
所述固位套筒(30)包括：
多个末端部(38)，所述多个末端部被定位在所述驱动接头(26)内；
环(32)，所述环(32)在轴向上被定位在所述末端部(38)的前方；和
主体(58)，所述主体(58)在所述环(32)和位于所述主体(58)的后端处的所述多个末端部(38)之间延伸。
2.根据权利要求1所述的组件(2)，其中，每个末端部(38)具有径向向内突出的内固位肩部(78)和径向向外突出的外固位肩部(80)；并且
其中，设有在所述内固位肩部(78)上的内固位端面(50)和在所述外固位肩部(80)上的外固位端面(52)。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述钻头轴包括在所述钻头轴(14)的径向外表面上的径向向外突出的固位肩部(68)，并且其中所述驱动接头(26)包括在其径向内表面上的径向向内突出的固位肩部(82)；并且
其中，所述钻头(12)的所述钻头轴(14)或所述驱动接头(26)还包括开口凹槽(66)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)由可弹性变形的材料制成。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)由热处理钢制成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位环(30)的所述主体(58)包括多个指状部(34)，其中在每个相邻的指状部(34)之间存在间隙(36)，并且至少一个末端部(38)被定位在每个指状部(34)的端部处。
7.根据权利要求6所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)包括3到30个之间的指状部(34)。
8.根据权利要求6或7所述的组件(2)，其中，所述固位环(30)上的每两个相邻的指状部(34)之间的所述间隙(36)的宽度沿着所述指状部(34)的轴向长度从所述环(32)朝向所述末端部(38)增加，并且然后，所述间隙(36)的宽度在每两个相邻的末端部(34)之间减小。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)的所述环(32)上的径向外表面(46)包括U形凹槽(48)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)上的所述环(32)的轴向前表面(40)和/或轴向后表面(42)包括阻尼元件(44)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)中的每一个末端部上的向后轴向最末端表面(62)被倒角。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，当所述组件(2)处于冲洗位置时，在所述固位套筒(30)上的所述内固位端面(50)和所述钻头(12)上的所述径向向外突出的固位肩部(68)之间获得第一接触力，并且在所述固位套筒(30)上的所述外固位端面(52)和所述驱动接头(26)上的所述径向向内突出的固位肩部(82)之间获得第二接触力。
13.根据权利要求12所述的组件(2)，其中，在所述第一接触力和所述第二接触力之间存在共线矢量。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述钻头(12)或所述驱动接头(26)还包括在所述固位肩部(68，82)和所述开口凹槽(66)之间延伸的锥形支撑端面(70)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述驱动接头(26)还包括在其轴向前端上的倒角(72)，用于所述固位套筒(30)的进入。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的组件(2)，其中，所述钻头轴(14)和所述驱动接头(26)具有多个互锁花键(28，88)。
17.一种用于根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的钻头(12)，所述组件(2)具有前端(8)、后端(6)和纵向轴线(24)，所述钻头(12)包括：
钻凿头部(16)，所述钻凿头部(16)处在所述组件(2)的所述前端(8)处；
钻头轴(14)；和
多个花键(28)，所述多个花键(28)处在所述钻头轴(14)的在所述后端(6)处的外表面上；
其中，设有在所述钻头轴(14)上的径向向内突出的开口凹槽(66)，所述开口凹槽(66)在轴向上定位在所述花键(28)和所述钻凿头部(16)之间，并且设有与所述开口凹槽(66)相比径向向外突出的径向向外突出的固位肩部(68)，所述固位肩部(68)被定位在所述开口凹槽(66)的后侧上。
18.一种用于根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的驱动接头(24)，所述组件(2)具有前端(8)、后端(6)和纵向轴线(24)；
其中，设有在所述驱动接头(24)的内表面上的径向向外突出的开口凹槽(66)，并且设有定位在所述开口凹槽(66)的前侧上的径向向内突出的固位肩部(82)。
19.一种当开口凹槽(66)定位在钻头(12)上时将所述钻头(12)附接到根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的其余部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a.围绕所述钻头(12)安装所述固位套筒(30)；
b.将间隔件(84)定位在所述固位套筒(30)和所述钻头(12)之间，使得所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)的最内表面(64)被定位在所述开口凹槽(66)的上方；
c.用抓取工具(74)抓持所述固位套筒(30)；
d.旋转所述钻头(12)或所述组件(2)，直至实现所述钻头(12)上的所述花键(28)和所述驱动接头(26)上的所述花键(88)之间的接合；
e.向所述钻头(12)或所述组件(2)施加轴向力，使得所述固位套筒(30)上的所述主体(58)随着所述钻头(12)在所述驱动接头(26)内滑动而收缩；
f.推动所述钻头(12)，使得所述固位套筒(30)的所述末端部(38)被推动经过所述驱动接头(26)上的台阶区域(76)，并且所述固位环(30)的所述主体(58)恢复到其初始的未收缩姿态；
g.从所述抓取工具(74)释放所述钻头(12)。
20.一种当开口凹槽(66)定位在驱动接头(26)上时将钻头(12)附接到根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的其余部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将所述固位套筒(30)安装在所述驱动接头(26)内；
b.将间隔件(84)定位在所述固位套筒(30)和所述驱动接头(26)之间，使得所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)的径向最外表面(60)被定位在所述驱动接头(26)上的所述开口凹槽(66)的上方；
c.使用抓取工具(74)抓持所述固位套筒(30)；
d.旋转所述钻头(12)或所述组件(2)，直至实现所述钻头(12)上的所述花键(28)和所述驱动接头(26)上的所述花键(88)之间的接合；
e.向所述钻头(12)或所述组件(2)施加轴向力，使得所述固位套筒(30)的所述主体(58)随着所述钻头(12)在所述驱动接头(26)内滑动而膨胀；
f.推动所述钻头(12)，使得所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)被推动经过所述钻头(12)的所述固位肩部(68)，并且所述主体(58)恢复到其初始的未膨胀姿态；
g.从所述抓取工具(74)释放所述钻头(12)。
21.一种当开口凹槽(66)定位在钻头(12)上时将所述钻头(12)从根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的其余部分分离的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将所述钻头(12)延伸到其冲洗位置；
b.用抓取工具(72)抓持所述固位套筒(12)；
c.将间隔件(84)定位在所述固位套筒(30)和所述钻头(12)之间；
d.将所述钻头(12)部分地推回到所述组件(2)内，使得所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)的最内表面(64)被定位在所述钻头(12)上的所述开口凹槽(66)的上方；
e.从所述组件(2)在轴向上拉动所述固位套筒(26)或所述组件(2)，使得所述固位套筒(30)的所述主体(58)收缩；
f.继续拉动所述固位套筒(26)，直至所述固位环(30)的所述主体(58)恢复到其初始姿态；
g.在轴向上进一步向前拉动所述钻头(12)，使得所述钻头(12)上的所述花键(28)和所述驱动接头(26)上的所述花键(88)脱离接合，并且所述钻头(12)和所述固位套筒(30)能够从所述组件的其余部分移除。
22.一种当开口凹槽(66)定位在驱动接头(26)上时将钻头(12)从根据权利要求1-16中的任一项所述的组件(2)的其余部分分离的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将所述钻头(12)延伸到其冲洗位置；
b.用抓取工具(72)抓持所述固位套筒(12)；
c.将间隔件(84)定位在所述固位套筒(30)和所述驱动接头(26)之间；
d.将所述固位套筒(30)至少部分地推回到所述组件(2)内，使得所述固位套筒(30)上的所述末端部(38)的径向最外表面(60)被定位在所述驱动接头(26)上的所述开口凹槽(66)的上方；
e.从所述组件(2)在轴向上拉动所述钻头(12)，使得所述固位套筒(30)的所述主体(58)膨胀；
f.继续拉动所述钻头(12)，直至所述固位环(30)的所述主体(58)部分地恢复到其初始姿态；
g.在轴向上进一步向前拉动所述钻头(12)，使得所述钻头(12)上的所述花键(28)和所述驱动接头(26)上的所述花键(88)脱离接合，并且所述钻头(12)能够从所述组件的其余部分移除。
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