[发明专利]牙轮钻头及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牙轮钻头，适用于制造用于采矿、石油天然气钻探及开采、地质钻探、土建施工的钻井、钻桩基孔等的牙轮钻头，包括三牙轮钻头、单牙轮钻头、四牙轮钻头、组合牙轮钻头以及牙轮滚轮扩孔器等包含牙轮壳的延伸变型的破岩产品。

背景技术

从来的牙轮钻头，特别是它的轴承系统，分为滚动轴承和滑动轴承两大类。滑动轴承承载能力强但不适合高速运行，滚动轴承适合高速运行却承载能力弱，它们面临的共同问题都是寿命不够长，轴承系统的早期失效占所有失效几率的大约百分之八十。为适应高速钻进的需要，在采用滚动轴承的牙轮钻头领域已经出现一些新型的轴承设计。例如美国专利US004136748，为改变滚柱轴承为主承载轴承，球滚珠锁紧并承担部分载荷，平面推力轴承止推的尚不够理想的结构，它采用的能承受部分轴向载荷的滚锥轴承，因为装配结构设计得不够好等原因，它还需要采用螺纹连接。也有锁紧结构依赖螺钉的，如美国专利US20100071959。但它们的主要结构还是没有什么大的变化，轴承仍然是滚动轴承加止推滑块。最接近本发明的采用滚锥轴承系统的是中国专利ZL91105563.0。它采用了与本发明接近的滚锥轴承，但锁紧机构复杂，可靠性不够高且占用较多牙轮壳内宝贵的空间，缩小了为滚锥轴承保留的空间，限制了滚锥轴承可以发挥的潜力。滑动轴承也类似，大量采用占空间的滚珠锁紧结构。虽然也有如美国专利US4802539、US4600064的采用螺钉或卡环锁紧的。至于三牙轮钻头的制造方法，因为牙爪轴是个包含大跑道与锁紧槽等的较为复杂的旋转体，无法采用高切削速度的镗削加工，而必须靠车削加工，跑道还需要磨削以达到所需的表面光洁度。所以三牙轮钻头的制造方法无一例外地都是将包含牙爪、牙爪轴的牙轮支架先分瓣或单个牙爪分别加工，然后再组合焊接为一个整体的牙轮支架。

发明内容

本发明的目的是提供一种牙轮钻头，与常规方式相比，它仅采用一套滚锥轴承，或一套双面滑动的锥瓦形滑块瓣，同时承担全部载荷与锁紧任务，并且因为滚锥轴承与锥瓦形滑块瓣的轴承系统本身具有的高转动同轴度而能延长密封装置的寿命。本发明的目的是这样实现的：在牙爪轴与牙轮壳之间布满滚锥或锥瓦形滑块瓣，在牙轮钻头的牙爪轴轴心设有一个通孔，内装设有一个锁紧螺钉。锁紧螺钉大头有一个环形凸缘作为滚锥或锥瓦形滑块瓣小头端面的止推面，滚锥或锥瓦形滑块瓣大头端面顶到的牙轮壳上的内止推面。这样的结构，实现了仅借用一套滚锥或锥瓦形滑块瓣，同时承担全部载荷与锁紧的任务。装配方法是这样的：在牙轮壳内先装上锁紧螺钉，再安放好全部的滚锥或锥瓦形滑块瓣，然后将锁紧螺钉插进牙爪轴孔内，用螺丝刀穿过牙爪轴通孔插入锁紧螺钉尾的螺丝刀拧紧口，保留轴承系统适当游隙地拧紧锁紧螺钉即可。最后把防松螺丝或其它防松脱装置、密封堵头装上。至于本发明的制造方法，因为它的牙爪轴是个没有锁紧槽的简单的锥体或包含部分柱体等的旋转体，除了可以采用现在普遍采用的慢速的车削加工以外，可以采用更高切削速度的镗削加工。磨削加工也类似，可以采用锥形珩磨等，以获得更好的表面质量如光洁度等并提高加工效率。本发明的轴承系统同样适用于把牙爪轴从牙爪中拆分出来成为一个单独的旋转体零件加工，再装配进牙爪中，紧固方法可以采用或焊接或螺钉、螺纹紧固的现有技术方案。特别是中心有通孔的锥形牙爪轴可以被牢固地装夹，为将分体的牙爪轴采用摩擦焊接工艺焊接在牙爪中创造了条件。另外，将牙爪轴分离后的牙爪较为扁平，再分离支架与接头，则不带接头的支架轴向尺寸较小，可以成为一个单独的锻造毛胚，加工后再与接头焊接或螺纹连接成一个完整的牙轮支架。

附图说明

图1是本发明采用滚锥轴承的牙轮钻头局部剖视示意图；

图2是本发明采用滑动轴承的牙轮钻头局部剖视示意图；

图3是本发明的滑块瓣轴侧视图；

图4是本发明的牙爪轴锥镗削加工示意图；

图5是本发明的牙爪轴锥珩磨加工示意图；

图6所示是本发明的分体牙爪轴摩擦焊工艺示意图；

图7所示是本发明的分体牙爪轴摩擦焊改进工艺示意图；

图8是本发明的牙轮支架采用支架主体部分与接头部分分离组合的局部剖视示意图。