專利名稱:三齒鉆頭的制作方法
本實(shí)用新型是為鑿巖機(jī)而設(shè)計(jì)的一種淺眼φ42三齒鉆頭。
淺眼鉆頭的性能及鉆進(jìn)效果除了與巖石性質(zhì)有關(guān)外，一般都與鉆頭的幾何形狀、柱齒分布結(jié)構(gòu)以及鉆頭的材質(zhì)有關(guān)。目前的φ42淺眼鉆頭，如芬蘭的KOMETA oy公司介紹的產(chǎn)品和中國煤炭工業(yè)部研制的yS1型鉆頭，其鉆頭褲體頂端形狀為三角梅花異形結(jié)構(gòu)或多角形異形結(jié)構(gòu)，在其褲體頭部釬焊有硬質(zhì)合金柱齒至少是四個(gè)，柱齒齒柱直徑為9或10毫米，各齒齒柱直徑為等徑或中齒小、邊齒大，有的鉆頭頭部為一字形鑲塊，這些鉆頭還設(shè)計(jì)有至少一個(gè)壓力流體孔，巖渣槽等。鉆頭褲體連接尾部的連接槽錐度為7°，褲體多采用40Cr合金制成。由于上述的結(jié)構(gòu)和形狀，使鉆頭使用合金較多，如每個(gè)yS1型鉆頭約使用56克硬質(zhì)合金，一字形鉆頭使用81－91克硬質(zhì)合金，從而鉆頭成本較高。此外，使用這些鉆頭鑿巖時(shí)，巖渣較細(xì)，粉塵濃度較高，如一字形鉆頭，粉塵濃度達(dá)到1680毫克／立方米(干式作業(yè))，yS1型粉塵濃度約為285毫 克／立方米。這些鉆頭在老礦中使用時(shí)，由于流體壓力不足，鑿進(jìn)速度緩慢，排渣不暢，有卡鉆現(xiàn)象。
本實(shí)用新型的目的就在于對傳統(tǒng)多齒鉆頭和一字形鉆頭的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行改進(jìn)，以節(jié)約硬質(zhì)合金用量，降低鉆頭成本，提高鉆頭鉆進(jìn)速度，減少粉塵濃度。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的該三齒鉆頭由三顆柱齒和褲體構(gòu)成，三顆柱齒焊接在褲體頭部，三顆柱齒分布位置的水平投影為一鈍角三角形。褲體頭部有兩側(cè)向內(nèi)凹進(jìn)，形成兩個(gè)曲面形的排渣槽。三柱齒的兩顆邊齒外側(cè)有向外突出的加強(qiáng)筋，以加強(qiáng)邊齒的強(qiáng)度。該鉆頭還設(shè)計(jì)有兩個(gè)從褲體頭部頂端面穿通的壓力流體孔，以供壓力流體沖洗巖渣用。該鉆頭褲體頭部整體為有兩側(cè)向內(nèi)凹進(jìn)、頂端向上呈球面形突起的狹長異形體結(jié)構(gòu)。
該三齒鉆頭的褲體頭部的球面形突起頂端的中間加工有一個(gè)園形臺面，三柱齒的中齒位于該園形臺面上，處于整個(gè)鉆頭褲體的最高位置上，比兩個(gè)邊齒高出約1毫米。中齒位于三柱齒分布位置的水平投影鈍角三角形的鈍角頂點(diǎn)上。中齒中軸線對褲體中軸線偏離一個(gè)尺寸，偏離較佳值為3毫米。兩邊齒間的夾角(即水平投影鈍角三角形的鈍角)為148°－152°，較佳值為150°。
該三齒鉆頭的中齒由于工作時(shí)首先接觸巖面，為了自由面的開鑿和克服偏心力矩，故中齒齒柱直徑比兩邊齒齒柱直徑要大，較佳值為大1毫米左右。
該三齒鉆頭的齒柱部分的直徑為7－10毫米，分別制成φ7、φ8、 φ9、φ10等規(guī)格，齒的球形頭部半徑為1.5－3毫米，分別制成R3、R2、R1.5等規(guī)格，生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)巖石性質(zhì)采取參差配齒。即按照中齒比邊齒大1毫米左右的要求，例如可配為中齒齒柱φ9、球形頭部R3，邊齒齒柱φ8、球形頭部R2或中齒φ8、R2、邊齒φ7、R1.5等。
為了增加鉆頭褲體尾部連接部分的厚度，從而增加強(qiáng)度，節(jié)約褲體合金，該三齒鉆頭褲體尾部的連接槽為錐形，其錐度為6°35′－－6°45′，其較佳值取6°40′±15″
由于三齒鉆頭齒的個(gè)數(shù)比現(xiàn)有同類鉆頭的齒數(shù)至少少一個(gè)，因此，在作功一定的條件下，受力面減少，每個(gè)齒單位面積受力增大，對三齒鉆頭，單位面積受力1465.4公斤／平方厘米(一字形鉆頭為677.6公斤／平方厘米，yS1型四齒鉆頭為1022.6公斤／平方厘米)，要求齒和褲體有較大強(qiáng)度，因此，三齒鉆頭的齒采用四川省冶金廳研究的2號硬質(zhì)合金或yG11C合金制成，褲體采用ZG40CrSi合金精鑄一次成型。參差配齒后，將三柱齒焊接于褲體頭部，然后進(jìn)行等溫淬火和回火處理。
三齒鉆頭是這樣進(jìn)行鑿巖工作的當(dāng)鉆頭受到?jīng)_擊載荷和軸壓力作用時(shí)，同時(shí)也受回轉(zhuǎn)力矩的作用，中齒首先破壞巖石，當(dāng)?shù)谝淮螞_擊之后，鑿巖機(jī)釬子旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再進(jìn)行第二次沖擊釬子，使中齒在園周上的另一點(diǎn)侵入巖體，形成中齒破壞巖石的第二點(diǎn)，當(dāng)鉆頭完成園周運(yùn)動時(shí)，中齒已經(jīng)完成炮孔自由面所需的破壞應(yīng)力圈，中齒所破壞的應(yīng)力集中線向孔面四周擴(kuò)散，當(dāng)三齒鉆頭開始作第二次園周運(yùn)動時(shí)，二次作功的中齒比第一次作功容易得多，中齒按鑿巖機(jī)所需的軌跡不斷的工作，一直到邊齒的自由面完成為止。當(dāng)中齒工作的自由面深度達(dá)到邊齒工作的位置時(shí)，邊齒按旋轉(zhuǎn)軌跡和沖擊載荷開始侵入巖體，邊齒第一次沖擊巖石時(shí)，兩顆邊齒在園周位置上破壞新的兩點(diǎn)，邊沿點(diǎn)所破壞的應(yīng)力集中線向孔壁和孔面的自由面?zhèn)鬟f，當(dāng)?shù)诙螞_擊時(shí)，兩顆邊齒在園周上另外的位置又破壞新的兩點(diǎn)。完成了一個(gè)循環(huán)后，孔面受到齒的旋轉(zhuǎn)沖擊，破壞應(yīng)力線布滿了全孔，邊齒破壞到中齒所破壞的自由面深度平面時(shí)，中齒在自己所破壞的自由面內(nèi)做新的工作面，如此循環(huán)，一個(gè)近似園孔炮眼形成。由于中齒首先接觸巖石，為邊齒侵入巖體打開自由面，必須擴(kuò)大孔中巖石面中齒所破壞的自由面，因此中齒中軸線必須與鉆頭褲體中軸線偏離一個(gè)尺寸。本三齒鉆頭中齒偏離最佳值為3毫米左右。邊齒位于鉆頭褲體頂端兩邊，具有一個(gè)25°～28°的仰角，一是減少對孔壁應(yīng)力破壞，二是仰角分力加速巖梗的破壞。
由于該三齒鉆頭采用了以上的結(jié)構(gòu)和形狀，齒數(shù)少，硬質(zhì)合金量只需26克，降低了鉆頭的成本，在鑿巖機(jī)作功一定時(shí)，每個(gè)齒單位面積受力增大，鑿巖時(shí)，巖渣粒徑增大，鉆進(jìn)速度約提高25％，同時(shí)粉塵濃度降低，經(jīng)測量，粉塵為250－300毫克／立方米，比一字形鉆頭降低約20％。此外，該三齒鉆頭即使在老礦氣壓不足時(shí)使用，鑿巖速度照樣不減。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步加以說明圖1是三齒鉆頭頭部的一種結(jié)構(gòu)視圖；圖2是圖1中A－A階梯剖視后的三齒鉆頭視圖。
如圖1和圖2所示，三齒鉆頭的褲體(1)的狹長異形體頭部的頂端分布著兩個(gè)同樣大小的邊齒(2)和一個(gè)中齒(3)，中齒(3)位于鉆頭褲體(1)的頭部頂端的中間最高處的園臺面上，兩個(gè)邊齒(2)位于狹長異形體頭部頂端的兩邊，其外側(cè)設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋(6)，兩個(gè)壓力流體孔(4)經(jīng)褲體(1)的尾部連接槽(5)穿過鉆頭褲體(1)的頭部通向褲體(1)頭部的頂端面。圖中的中齒(3)的齒柱直徑比兩個(gè)邊齒(2)的齒柱直徑大1毫米。兩個(gè)邊齒(2)之間的夾角(即水平投影三角形中的鈍角)為150°，中齒(3)的中軸線對褲體的中軸線偏離3毫米，兩側(cè)凹進(jìn)的排渣槽為倒立錐形，其最大位置上的橫截面園半徑為30毫米。
權(quán)利要求
1.鑿巖機(jī)用的一種三齒鉆頭，它由柱齒、褲體構(gòu)成，褲體頭部至少有一個(gè)壓力流體孔，排渣槽和邊齒加強(qiáng)筋，其特征在于該鉆頭褲體頭部頂端分布有三顆柱齒，三顆柱齒分布位置的水平投影構(gòu)成一個(gè)鈍角三角形，褲體頭部有兩側(cè)向內(nèi)凹進(jìn)，形成曲面形的排渣槽，褲體頭部整體為一個(gè)有兩側(cè)向內(nèi)凹進(jìn)的、頂端向上呈球面形突起的狹長異形體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的三齒鉆頭，其特征在于褲體頭部球面形頂端中間呈園形臺面，三柱齒的中齒位于該園形臺面上，并且中齒位于水平投影鈍角三角形的鈍角頂點(diǎn)上，中齒中軸線對褲體中軸線偏離3毫米，兩個(gè)邊齒間夾角(即鈍角)為148°－152°。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的三齒鉆頭，其特征在于中齒齒柱直徑比兩邊齒齒柱直徑大。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的三齒鉆頭，其特征在于三個(gè)柱齒的齒柱直徑為7－10毫米，柱齒的球頭半徑為1.5－3毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的三齒鉆頭，其特征在于鉆頭褲體尾部的錐形連接槽的錐度為6°35′－6°45′。
專利摘要
本實(shí)用新型是一種鑿巖機(jī)用的Φ42三齒鉆頭，該鉆頭褲體頭部分布有三顆硬質(zhì)合金柱齒，三顆柱齒分布位置的水平投影為一鈍角三角形，中齒位于該鈍角三角形的鈍角頂點(diǎn)上，兩邊齒間夾角(即鈍角)為148°—152°，中齒比邊齒大，柱齒根據(jù)巖石性質(zhì)采用參著配齒。鉆頭褲體頭部整體為一有兩側(cè)向內(nèi)凹進(jìn)的、頂端向上呈球面形突起的狹長異形體結(jié)構(gòu)。因此，該鉆頭節(jié)約合金，成本低、粉塵濃度低，鑿進(jìn)速度比同類產(chǎn)品提高25％，即使在氣壓不足的老礦中使用，鑿進(jìn)速度仍不降低，不卡鉆。
文檔編號E21B10/08GK87205082SQ87205082
公開日1988年3月23日 申請日期1987年6月19日
發(fā)明者張中培 申請人:張中培導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan