[其他]用于冲击钻孔的接长钻设备的连接装置

说明书

本发明涉及用于冲击钻孔（锤钻）的接长钻设备的连接装置，该装置设置在位于钻机和钻头之间的钻具组中。

冲击钻孔，例如在岩石上钻孔，总是在用来将冲击能和扭矩传递到钻头的管或杆上产生压缩和拉伸应力。压缩和拉伸应力以脉冲的形式在钻具组中来回传递。这些压缩和拉伸应力常常包括有反射的脉冲，因为该脉冲是通过在钻具组中连接管或杆以及连接钻具组和钻头的连接装置中的反射而产生的。以拉伸脉冲形式反射回去的大拉伸应力首先产生在钻头上。在钻头处，该现象从原理上可做如下描述，当最先产生在钻机上的压缩脉冲到达钻头时，一部分压缩脉冲总会通过钻具组以拉伸脉冲的形式反射回去，岩石破碎的越不完全，拉伸脉冲就越大。例如，在一次无效冲击中，（即一次未作功的冲击，该冲击是在钻头碰到岩石上的裂缝或空洞时产生的）全部压缩脉冲以相同大小的拉伸脉冲的形式反射回去。

在目前已知的所有连接装置中，例如最常用的连接装置，由于例如便于把长钻设备拆卸这样的实际使用上的原因，连接装置都带有用于连接接长钻设备中部件（管或杆以及钻头）的螺纹，脉冲可多多少少地顺利通过连接装置。脉冲，压缩脉冲和反射回的拉伸脉冲都是由钻机的冲击产生的，因此，它们多少可以无阻碍的在钻具组中来回传递多次，并在材料特有的阻尼作用和钻具组与钻过的孔壁的摩擦作用下逐渐衰减。这种现象在钻机的两次冲击之间一次次重复并由冲击而产生很高的往复频率（通常为30至40Hz也会有150Hz存在），因此钻具组会在短时间内承受多次疲劳循环。

这些在钻具组中来回传递的脉冲在钻具组中引起磨损和断裂，特别是拉伸脉冲能引起过早的疲劳断裂。

到目前为止，尚未出现任何能克服上述的在冲击钻孔中与钻具组中脉冲传递有关的问题的手段。不过，对旋转钻孔来说，具有特殊结构能消除振动的连接装置（即管子缓冲器）已经问世，例如见法国专利A1-2432081号，挪威专利B-146550号和美国专利A-3608297号。但是，这些连接装置不适用于冲击钻孔，这是由于在其使用中要吸收掉很大一部分最初的冲击能及反射的脉冲，使冲击钻孔的效率低到不可接受的程度，而且，连接装置会很快由于产生摩擦热和其他原因而损坏。

本发明提供了用于冲击钻孔的接长钻设备的连接装置，该装置解决了上述问题。本发明特征在于连接装置具有除了在钻具组中朝钻头方向传递压缩脉冲外，还能通过反射在钻具组中朝压缩脉冲的相反方向将拉伸脉冲转化成压缩脉冲的装置。

这样，通过本发明的连接装置，有害的拉伸脉冲转化成了有用的压缩脉冲。换句话说，本发明的连接装置具有这样的结构，它使有用的能量（压缩脉冲）通过而将无用的能量（拉伸脉冲）转化成有用的能量。与采用已知的连接装置相比其效率可以得到提高。而且，通过将拉伸脉冲转化成压缩脉冲使钻具组中有害的拉伸应力总值大大下降进而使钻具组的寿命大大提高。

在优选的实施例中，本发明的连接装置特征在于，该装置包括一将沿轴向可相互运动的部件连在一起的部件及相互运动部件具有配合的表面，该表面在压缩脉冲的压力作用下处于相互靠紧状态，在拉伸脉冲作用下相互分离相互运动部件最好与钻具组同轴设置。这点可从几个有益的实施例中看清楚，在后面的权利要求中谈到了其中几个实施例。

除了所述的往复压缩和拉伸脉冲外，在钻具组中还存在剪应力。以应力形式存在的剪力是由传递到钻头上的扭矩和叠加的由多种原因其中包括钻头在岩石上转动而引起的扭矩脉冲产生的。扭矩脉冲，就其本质来说，是以剪应力形式出现的动应力，在任何时刻都能加到压缩和拉伸脉冲上，因此，也能对钻具组的疲劳起一定影响。在本发明优选的实施例中，也考虑到了这些扭矩脉冲，通过在连接装置中设置某些装置来吸收在钻具组中的连接装置中由扭矩脉冲中产生的动能。

本发明连接装置的一些实施例将参照附图作如下详细描述，其中：

图1、图2、图3、图7、图9、图10和图13表明了本发明的连接装置的不同实施例的轴向截面图，图4，图5，图6，图8，图11，图12和图14表明了分别按照图1、图2、图3、图7、图9、图10和图13的连接装置的横截面图。图3a为一插入图3所示实施例的力矩传递件的侧视图。

各图中相同的另件用同一参考号来表示。

如上所述，本发明的实质内容是提供一种连接装置，该装置除了在钻具组中朝着钻头的方向上传递压缩脉冲外，还能在钻具组中通过反射在背离压缩脉冲的方向上将拉伸脉冲转化成压缩脉冲，附图为几个详细描述如何实现上述功能的实例。