[发明专利]钻头

说明书

本发明涉及岩石破坏工具，更具体地，本发明涉及具有空气钻孔能力的牙轮钻头。该工具可用于在采矿和金矿工业中的井筒钻孔操作期间通过露天开采法对高硬度和最高硬度的岩石进行钻孔。

已知的是，牙轮钻头具有滚刀，该滚刀通过保持滚珠轴承和两个滚柱轴承安装在腿轴上，其中两个滚柱轴承都是锥形的并且保持滚珠轴承位于它们之间。(USSR Certificate of Authorship No1229297，MIIK⁴ E 21 B 10/22，publ.07.05.1986，Bulletin No17)。

这种钻头具有以下的缺点：

1)具有锥形滚刀的现代钻头(尤其是那些用于对硬的岩石进行钻孔的钻头)的普遍缺点被认为是钻头腿部的重量支撑能力不足。已知的是，通用三牙轮钻头的一个部分(腿部)的轴承支撑件的制造方案为：“滚子-球-滚子”或“滚子-滑动球”。甚至工业中世界著名的领头羊公司也制造这样的钻头，其中加载到钻头腿部上的允许载荷仅仅等于为优化对硬的岩石进行有效钻孔所采取的尺寸的60-70％。已知的是，钻头故障的主要原因是滚刀之一的腿部的断裂或锁定(其占据了故障的超过80％)。例如，在2007年，对于Krivoy Rog铁矿石区中岩石的钻孔，平均钻孔深度为166米(根据Protodyakonov比例，岩石的刚度系数f＝16-19)。因此，钻头的硬合金切割结构的使用寿命超过钻头腿部的使用寿命的几倍。

2)具有滚刀的三牙轮钻头的一个部分(段)的轴承支撑件将大约三分之一的载荷施加到钻头上。因为每个腿部的轴线与水平成大约37-39°的角度，所以施加到一个腿部上的总载荷可分为径向分量和轴向分量。施加到支撑件上的载荷的径向分量仅仅由端部和周边滚柱轴承维持，并且相应地以35至65％的比分布在它们之间。(Drill Bits.Digest.Publication 3.PalyiPA.Korneev K.E.″Depths″.1971，第446页)。每个轴承支撑件(尤其是轴上的轴承座圈)以轴、滚子和滚刀的金属容量的极限支承载荷。

3)目的在于对软的岩石、中等硬度的岩石和硬的岩石进行钻孔的钻头的腿部、轴承组件和滚刀设计中的不同非常明显，使得甚至对于相同尺寸的钻头的复合元件的标准化都是绝对不可能的。这是牙轮钻头昂贵的真实原因。

4)施加到轴承支撑件上的载荷的轴向分量是可变的并且是负值，这对钻头的岩石破坏特征没有影响。其方向沿着轴的轴线并且将总载荷的超过60％施加到一个支撑件上。传统“滚子-球-滚子”支撑件中的推力载荷由双向保持滚珠轴承施加。其保持推力载荷，该推力载荷的方向指向端部轴承的方向和相反的方向：轴的基部的方向。两侧的载荷导致保持滚珠轴承快速磨损并且造成大的轴向游隙。已知的是，当支撑件中具有3-5mm的游隙时，圆柱形滚子相对于轴承座圈出现偏差，并且支撑件发生卡死，其中锥形滚柱轴承的载荷区域角度显著下降。

钻头敞开轴承支撑件是已知的，其具有带有轴的腿部、滚刀、靠近轴的基部安装的周边保持锥形滚柱轴承、以及端部锥形滚柱轴承，滚刀布置在该端部锥形滚柱轴承上。因此，周边轴承借助弹簧圈固定在轴上和滚刀的本体中。端部轴承安装在轴上，以便能够自由地沿着轴向(纵向地)旋转，并且其通过盘形弹簧推靠轴的肩部。

支撑件的这种变型包括锥形滚柱轴承、圆柱形滚柱轴承和滚子推力轴承。(PCT国际申请WO2005/021923A1，MIIK7：E 21 B 10/22。国际公开日：2005年3月10日)。

钻头的这种类似物具有以下的缺点：

1)钻头类似物的制造者错误地没有将传统的双向保持滚珠轴承包括到支撑件的设计概念中，保持轴承的替代(假想)功能已经集中在周边锥形滚柱轴承上，尽管已知的是后者仅仅能够应对一侧的推力载荷。钻头类似物的支撑件设计概念(PCT申请WO2005/021923的附图的图1、2)包括典型的7000型单排锥形滚柱轴承的理念。根据GOST 333-71(R.D.Beyzelman，B.V.Tsypkin，L.Ya.Perel.Bearings.Digest.Publication b，M.″MechanicalEngineerin″，1975，p.52-53。还被称为Digest)，7000型是主要的一种轴承。7000型轴承的接触角为a＝10-17°。