[发明专利]用于土钻钻头减少追迹的切削结构

说明书

优先权声明

本申请要求2006年5月26日提交的美国临时申请60/808874号和2007年5月29日提交的美国发明申请代理号(U.S.UtilityApplication Attorney Docket)024-43553-US的优先权。

技术领域

本发明大体上涉及土钻钻头，尤其涉及具有设置用于减少追迹的切削元件的旋转牙轮钻头。

背景技术

滚子式牙轮土钻钻头具有多个牙轮，典型地为三个，每个可旋转地安装到轴承销中。当钻头本体绕着钻头轴线旋转时，每个牙轮绕着其轴线旋转。所述牙轮具有多排切削元件，所述切削元件可以是集成形成在牙轮金属上的齿，或压入牙轮金属配合孔中的碳化钨镶嵌件。

每个牙轮将具有在牙轮计量表面附近的最外或后排和一个或多个内排。一个或多个牙轮将具有位于牙轮鼻部附近或牙轮鼻部上的切削元件。在一些情形中，在最靠近后排的邻近排中的镶嵌件将与后排中的镶嵌件交错着或交替着。

每个牙轮的内排设置在与钻头轴线成不同距离处，用于切削井孔底部的不同部位。通常，至少两个牙轮将具有后排，所述后排位于与钻头轴线成基本相同的距离处。一些邻近排可以与钻头轴线成大致相同的距离。当所有三个牙轮旋转进入单个剖面时，这些后排和一些邻近排镶嵌件将至少部分地互相叠加或重叠。所述内排通常从钻头轴线间隔开不同的距离，以覆盖井孔底部的剩余部分。

当不同牙轮的镶嵌件排互相重叠时，可能导致追迹。也即，所述两个或更多个牙轮的镶嵌件在那些排中倾向于进入井孔底部的相同孔中，在底部上建立突脊(ridge)。这些突脊是有害的，因为它们能够接触牙轮的支撑金属，减小作用于镶嵌件上的载荷，并引起磨损。

在现有技术中采取了步骤以减小追迹。通常，钻头设计者试着提供至少一个具有最大数量的镶嵌件的后排，因为这些排比任何其他排嵌合更多的井孔底部。该最大数量受到在牙轮本体中需要充足的支撑金属的限制。进一步减小追迹的典型方法是提高另外一个牙轮的重叠的后排中的间距。镶嵌件中心线之间更宽的间距或距离倾向于破坏形成在压痕之间的突脊，所述压痕由更近地间隔开的后排镶嵌件产生。此外，邻近排镶嵌件以更宽间距的后排交错着。在可使用时，更大的间距意味着邻近排中更少的镶嵌件。这降低了邻近排的耐久性，并可能导致建立在邻近排镶嵌件之间甚至更高的突脊。

发明内容

本发明的土钻钻头具有可旋转地安装到钻头本体上的第一、第二和第三牙轮。每个牙轮具有多排切削元件，包括后排和邻近排。第一牙轮的后排具有与其他牙轮后排至少相等数量的切削元件。第二牙轮的邻近排具有第一牙轮后排至少90％的切削元件。第三牙轮的后排具有比第一牙轮的后排大20-50％范围的间距，以减少追迹。

在优选实施例中，第一和第二牙轮后排的间距基本上相同。在一个实施例中，第三牙轮的后排和邻近排相互交错着，使得第三牙轮邻近排的切削元件的最外部和后排的切削元件的最内部与钻头轴线的距离基本相同。第二牙轮的后排和邻近排也相互交错着。优选地，第二牙轮的邻近排的切削元件从第二牙轮的支撑金属中突出的量与所述第一牙轮的后排基本相同。

在所示的实施例中，切削元件包括碳化钨镶嵌件，每个镶嵌件具有压入到牙轮金属的孔中的筒体。第一牙轮邻近排的每个切削元件具有的筒体直径至少等于第一牙轮后排的切削元件的筒体直径。优选地，所有牙轮邻近排切削元件的筒体直径至少等于所有后排切削元件的筒体直径。

附图说明

图1是根据本发明构造的土钻钻头的顶视配置图。

图2是图1的土钻钻头的局部配置图，其中每个牙轮旋进相同的面。

具体实施方式

参见图1，本实施例中的土钻钻头具有三个牙轮11、13和15。如同这类图的惯例，在该图中所示的第三牙轮15分割为两个部分，而事实上如同第一和第二牙轮一样包括单一牙轮。用于牙轮11、13和15的名称“第一”、“第二”和“第三”是任意的而不以限制方式使用。例如，为此，这里的牙轮15可以先认为是第一牙轮。每个牙轮11、13和15可旋转地安装到悬置于钻头本体的轴承销(未示出)上。当该钻头绕着钻头轴线12旋转时，每个牙轮11、13和15绕着其牙轮轴线14旋转。