專利名稱：長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種鉆孔機(jī)具用的長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，特別適用于鉆孔機(jī)、水鉆等連接鉆頭、鉆筒和加長接桿等經(jīng)常接、卸的部位。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有鉆孔機(jī)具，連接鉆頭、鉆筒、加長接桿等的傳統(tǒng)方法是應(yīng)用自鎖能力很強的標(biāo)準(zhǔn)絲扣配以大斜度短錐面扶正定心為特點的，這種連接方法優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，缺點是上扣、卸扣很費時費力，工作效率太低。為探索先進(jìn)實用的鉆孔機(jī)具用快速接卸機(jī)構(gòu)，有很多專利申請方案，例如專利申請?zhí)?0266786·X水鉆用卡扣式快速連接機(jī)構(gòu)，它雖簡單，也可快速接卸，但結(jié)構(gòu)上存在不可克服的傳動間隙，因而運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生震跳，不能在要求傳動剛性很高的手持水鉆上使用。本人另一項專利申請?zhí)?3265756·0無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，給出了快速接卸又能達(dá)到較好傳動剛性的方法，但它存在結(jié)構(gòu)零件多、制造成本高和遇卡機(jī)雜會影響接卸靈活性的不足之處。
發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供一種鉆孔機(jī)具用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，達(dá)到以盡量簡單的結(jié)構(gòu)、能快速接卸、有良好的傳動剛性，能在有泥、水的環(huán)境工作，能在要求很高的手持鉆上使用等綜合先進(jìn)水平，也就是要求本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處作出全面的改進(jìn)。
技術(shù)方案我們的技術(shù)方案首先是在全面分析工程用鉆孔機(jī)具工作環(huán)境特點及要求和針對現(xiàn)用鉆孔機(jī)具連接方法拆卸困難的原因的基礎(chǔ)上提出來的。現(xiàn)有鉆孔機(jī)具連接鉆頭、鉆筒、加長接桿的通用方法是采用了自鎖能力很強的標(biāo)準(zhǔn)絲扣，配合大斜度短錐面扶正定心為特點的連接結(jié)構(gòu)。我們分析認(rèn)為，連接機(jī)構(gòu)用大斜度、短錐面結(jié)構(gòu)扶正效果不好，連接時必須要用扳手上緊才能作業(yè)，它既決定了連接的低效率，又卸開更費力造成許多作業(yè)者往往平時連上鉆筒甚至加長桿后都不卸扣，常見像長槍一樣扛著走，時間長了，當(dāng)必須卸開時，則更難卸扣的惡性循環(huán)。這是設(shè)計上的不合理。我們據(jù)此在應(yīng)用機(jī)理上作了針對性的變革。用最簡單的一對接近自鎖角的非自鎖公、母長錐體為基礎(chǔ)，利用它在需要較小軸向拉緊力的情況下，就能大大提高扶正和傳遞扭矩能力，又移用多頭螺栓快進(jìn)、易卸的連接原理，實現(xiàn)公母長錐面的拉貼，并且發(fā)揮出傳遞扭矩越大錐面貼緊力越大，達(dá)到瞬間插接即可開鉆作業(yè)，又很容易卸開的目的。
我們的具體方案是在公錐體有利傳遞扭矩的偏大端位置的錐面上，均布設(shè)一至三個，(為受力均勻和進(jìn)一步提高接入速率最好用三個)正旋向大螺旋升角，但仍處在自鎖范圍的半園形螺旋卡扣溝槽，卡扣溝槽長度較短，每個螺旋卡扣溝槽只需在錐體上約占60°～80°弧面角。在母錐體偏靠大端的內(nèi)錐面，對應(yīng)螺旋卡扣溝槽的中段截面的理論設(shè)計受力位置作為界面，設(shè)均布的一至三個(為受力均勻最好用三個，小負(fù)荷場合也可以用一個)半球狀卡扣突椿，它起相當(dāng)于多頭母螺紋作用。當(dāng)長錐公、母接頭插合，作正向旋接和傳動時，半球狀突椿進(jìn)入螺旋卡扣溝槽受引導(dǎo)，使公母錐體面貼靠拉緊，其拉緊力和傳遞的扭力大小成正比，實現(xiàn)長錐無間隙快速連接。
有益效果應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的有益效果在于這種連接方法的扭矩傳遞是由接近自鎖角的長公、母接頭體之間產(chǎn)生的摩擦力和半球狀卡扣突椿在螺旋卡扣溝槽中受阻的反作用力共同傳遞的，因此這種方法不僅有較好的對中扶正效果，而且徒手旋接就具有滿意的傳動剛性，直接可以開鉆作業(yè)。它有瞬間接插的效率，又有易以卸開的方便性，還由于其結(jié)構(gòu)極其簡潔，外形流暢易保養(yǎng)擦拭，耐用性能很好甚至在豎井鉆孔泡在泥水中工作也無妨。和傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)具連接方法相比較，由于應(yīng)用的連接機(jī)理的合理變革，從而性能上產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，它的推廣應(yīng)用，將顯著提高現(xiàn)有鉆孔機(jī)具的工作效率，有很好的社會經(jīng)濟(jì)效益?？梢杂盟〈F(xiàn)有鉆孔機(jī)具的傳統(tǒng)連接方法。


圖1是長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖，本圖亦是摘要附圖；圖2是長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的長錐公接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的長錐母接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造的加長接桿結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖2的左視示意圖；圖7是長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)直接應(yīng)用于水鉆鉆筒上，成為快速接卸型鉆筒的示意圖；圖8是長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)直接制造在鉆孔機(jī)輸出軸頭上，使之成為具有快速接卸工具功能的新型鉆孔機(jī)的示意圖。
如圖1所示長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)示意圖，將包括雙點劃線框內(nèi)連起來全貌看，它是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造工程鉆孔機(jī)用快速過渡接頭的實例，它可以使現(xiàn)有傳統(tǒng)絲扣連接的鉆孔機(jī)具實現(xiàn)快速接卸。圖中序號(1)是長錐公接頭，序號(2)是長錐母接頭，序號(3)是示意插入長錐母接頭的公錐體，(4)是示意長錐母錐體，序號(5)是大螺旋升角卡扣溝槽，卡扣溝槽一般均布設(shè)一至三個(為受力均勻及提高接入速率最好設(shè)三個)，螺旋卡扣溝槽設(shè)在偏靠公錐體大端，這有利提高扭矩傳遞能力，但螺旋卡扣溝槽不可超出錐面，以免損壞密封性，(6)是嵌在母錐體偏靠大端內(nèi)側(cè)面，對應(yīng)螺旋卡扣溝槽(5)中段傳力界面A-A位置設(shè)均布的一至三個半球狀卡扣突椿，它相當(dāng)于多頭母螺紋，半球狀卡扣突椿可以在接頭體上整體加工，也可以從母錐體口部鉆過盈配合的盲斜孔將鋼球嵌入完成。序號(7)是表示用于和傳統(tǒng)鉆孔機(jī)相接的母接頭短錐面，(8)是標(biāo)準(zhǔn)母絲扣，(9)是卡扳手的六方，(10)是傳統(tǒng)連接方法的短公錐，l是短公錐的有效接合長度，d是短公錐大端直徑，這種大錐度錐體的l∶d之值約為0.43左右，這樣小比值錐面接合扶正效果很差，連接時不用扳手上緊不能正常使用，從制造角度看，也較難保證高的連接精度，而傳統(tǒng)連接用絲扣(11)是標(biāo)準(zhǔn)螺紋，螺旋升角小，僅約2度，自鎖能力強，加之鉆孔機(jī)一般工作環(huán)境較差，更增加了卸扣的困難。圖中L表示長錐公、母接頭錐體的有效接合長度，D是接合錐體的大端直徑，這里所說的長錐是指L∶D的值應(yīng)在1以上，實驗證明實用的L∶D的最佳值在1.1至1.5之間。圖中序號(12)是通水道，(13)是卡扳手的六方，(14)是供半球狀卡扣突椿(6)進(jìn)入螺旋卡扣溝槽(5)的舌狀引槽，(15)是在公錐體中段設(shè)的直徑略小的間隙減壓密封帶，圖中A-A是示意卡扣突椿(6)的位置界面，亦即設(shè)計的理論傳力界面，它應(yīng)在螺旋卡扣溝槽(5)長度的中間，這樣既能保證卡接可靠，又能彌補可能出現(xiàn)的制造精度誤差。圖中α是示意公、母長錐體的單面傾角，它是接近自鎖的非自鎖角，實驗證明α角實用的最佳值是在8°30′至9°30′之間。圖中雙點劃線框示意制造快速過渡接頭需要與原有尚未改造的鉆孔機(jī)具能相旋接，按老規(guī)格制造的部分，以達(dá)到過渡的目的。一但長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)全面被社會、企業(yè)接受，直接做到鉆孔機(jī)輸出軸頭和鉆筒等工具上，長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)全面替代低效率的舊標(biāo)準(zhǔn)，將是鉆孔機(jī)具連接技術(shù)的一次重要進(jìn)步。
如圖2所示長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的長錐公接頭(1)的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖連同雙點劃線框中一起看，就是一個應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制成的快速過渡接頭的公接頭，圖中序號(3)是長錐公接頭的公錐體，為了更有效地發(fā)揮長錐體扶正效果，公母錐插接只要求錐面兩端貼合，中間應(yīng)保持有隙，序號(15)是做成中間段直徑略小的間隙段，客觀上還起著間隙減壓密封段作用，該段約占錐體總長度的二分之一左右，前后扶正段宜各占四分之一左右長度。序號(5)是大螺旋升角卡扣溝槽，它布置在偏靠公錐體大端，但不超出錐面以免損壞錐面密封帶。從圖上可以看出螺旋卡扣溝槽斷面是半園形狀，如同軸承上的深溝滾道，便于長錐母接頭上的半球狀突椿的楔合傳力，這種流暢的結(jié)構(gòu)外形也有利在有泥水的惡劣環(huán)境工作，也易擦拭保養(yǎng)，考慮其受力特點，螺旋卡扣溝槽要求作淬火處理。圖中β是示意螺旋卡扣溝槽的螺旋線理論展開線構(gòu)成的升角，β角值的合理確定至關(guān)重要。我們追求瞬接的方便時又要求保持足夠自鎖力，保證鉆孔作業(yè)中不發(fā)生松脫，又易以卸開的要求。所說的易以卸開，例如拆卸時用一個起子之類插棍一別就卸開或用扳手稍稍用力即卸開，就已經(jīng)是作業(yè)者十分滿意的了。實驗證明β值定在5°～7°之間都有較理想的效果。
圖中A-A界面即是半球狀卡扣突椿旋接受力時，理論上處在螺旋卡扣溝槽長度的中間位置。圖中α是公母長錐體的錐面角，圖中序號(16)是示意公接頭的水通道，雙點劃線框內(nèi)是示意制造過渡接頭用以和傳統(tǒng)鉆孔機(jī)輸出軸頭相連的老標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，(7)是短錐面，(8)是標(biāo)準(zhǔn)絲扣，(9)是卡扳手六方。
如圖3所示長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的長錐母接頭(2)的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖連同雙點劃線框中一起看，它是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造快速過渡接頭的母接頭，雙點劃線框內(nèi)部分示意和傳統(tǒng)絲扣連接方法的鉆筒上母絲扣相連的結(jié)構(gòu)。圖中(4)是長錐母接頭的母錐體，α是接近自鎖的非自鎖錐面角，它和公錐體上的錐面角α是一致的，(6)是示意設(shè)在A-A界面上的三個半球狀卡扣突椿，它從母錐體口部斜鉆過盈配合的盲孔，再嵌入鋼球完成的。半球狀卡扣突椿要求突出量一致以便受力均勻，用嵌入鋼球作突椿，一般突出量為所用鋼球直徑的三分之一左右，圖中序號(13)是示意接頭上設(shè)的卡扳手六方，它主要是為雙點劃線框中的傳統(tǒng)絲扣和鉆筒間上卸之用。實際長錐母接頭和長錐公接頭之間的上卸僅需設(shè)幾個插孔，用起子之類小插棍即可輕易卸開。從本圖可以看出，長錐母接頭結(jié)構(gòu)如此之簡單，直接移植到大量使用著的鉆筒上，制造成本肯定比做傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的母接頭絲扣低，并省掉過渡母接頭，只用快速過渡公接頭即可實現(xiàn)快速接卸的轉(zhuǎn)變，這可能率先實現(xiàn)鉆孔機(jī)具連接方式從傳統(tǒng)向應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)的轉(zhuǎn)變。
如圖4所示是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造的加長接桿的示意圖，右邊是示意長錐公接頭(1)，序號(17)是加長桿體，(20)是公接頭端的小徑通孔，(21)是桿體的大徑通孔，(18)是扳手扁方，左邊是示意長錐母接頭(2)，序號(19)是示意母接頭上設(shè)的接卸用扁方，也可以設(shè)插孔，圖中雙點劃線圖形顯示的現(xiàn)在大量使用著的傳統(tǒng)加長接桿結(jié)構(gòu)形式，這樣從圖面即可對比看出，應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造高性能的加長接桿，比制造性能落后的傳統(tǒng)的加長接桿還要簡單容易。
如圖5所示是圖1A-A界面剖面結(jié)構(gòu)示意圖，序號(6)示意A-A界面嵌在母錐體內(nèi)壁均布的三個鋼球，突出母錐面半球突椿，正卡在園弧形螺旋卡扣溝槽(5)內(nèi)，(16)是公接頭通水孔。
如圖6所示，它是圖2長錐公接頭的左視圖，本圖主要為進(jìn)一步表達(dá)清楚，螺旋卡扣溝槽(5)在公錐體上的布局，由于鋼制快速連接機(jī)構(gòu)實際連接和傳遞扭矩中，可以假設(shè)鋼制基體是沒有壓縮性的，考慮了彈性變形，快速連接機(jī)構(gòu)插接到理論界面后鋼球突椿再產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角位移也是很小的，因此實際需要的螺旋卡扣溝槽的弧線并不長，圖中表示的螺旋卡扣溝槽的扇面夾角θ，只要制造上控制比較嚴(yán)格，一般θ角在60°～80°即可滿足需要，圖中序號(6)示意半球狀卡扣突椿(6)較理想的受力時的位置設(shè)在螺旋卡扣溝槽(5)的中段。
如圖7所示是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)生產(chǎn)的快速接卸式金鋼石鉆筒的示意圖，序號(23)是示意金剛石鉆筒體，(24)是示意鉆筒連接頭，雙點劃線圖形示意原來的絲扣連接時的結(jié)構(gòu)，(2)是長錐母接頭，(4)是示意應(yīng)用本技術(shù)的長錐母錐體，(6)是設(shè)在A-A界面上的半球狀卡扣突椿，(25)是絲扣，這樣應(yīng)用本技術(shù)十分方便而產(chǎn)品則更新?lián)Q代了。
如圖8所示是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)直接改造到鉆孔機(jī)輸出軸頭的示意圖，(28)是示意鉆孔機(jī)，(26)是示意輸出軸，(27)是卡扳手扁方，(1)是移植到輸出軸頭的長錐公接頭，(5)是大螺旋升角卡扣溝槽，(14)是卡扣突椿的舌狀引入槽，圖中雙點劃線圖形表示的是原絲扣連接結(jié)構(gòu)的形式便于對比。
實施例本發(fā)明長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)的最佳實施例如圖1至圖8所示，以及圖1至圖8的

，它已經(jīng)是實用的產(chǎn)品形態(tài)，包含雙點劃線框內(nèi)整體看就是應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)制造的快速過渡接頭，快速加長接桿、快速接卸式金剛石鉆筒以及具有快速接卸工具功能的鉆孔機(jī)等幾種先進(jìn)產(chǎn)品，圖1至圖3闡明的是獨立的一種產(chǎn)品，稱之為長錐無間隙快速過渡接頭，選用它裝在現(xiàn)有老標(biāo)準(zhǔn)的鉆孔機(jī)與鉆筒之間即能實現(xiàn)機(jī)具之間快速接卸，圖4是闡明了出現(xiàn)一種應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)的快速加長桿新產(chǎn)品。圖7是闡明了應(yīng)用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)的快速接卸式金剛石鉆筒，它可以和同樣應(yīng)用了本技術(shù)的新型鉆孔機(jī)或加長接桿相接，也可以只配一個如圖2所示的快速過渡公接頭就可和仍是老標(biāo)準(zhǔn)連接方法的鉆孔機(jī)相連。圖8是闡明了鉆孔機(jī)輸出軸上直接采用了長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)技術(shù)中的長錐公接頭即圖2的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)的具有快速接卸新功能的鉆孔機(jī)，加上圖7所示在鉆筒等工具上的直接應(yīng)用和有了圖4所示的快速接桿，那時應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)的快速過渡接頭產(chǎn)品即完成過渡使命。
具體接卸操作是持長錐母接頭(2)和長錐公接頭(1)相插接的同時左右手向?qū)ψ髡齽幼?，瞬間即完成插接，由于有三對螺旋卡扣，旋接時最大不會超過180度角，徒手用力擰緊即可開機(jī)打鉆作業(yè)，拆卸時用扳手稍稍用力反扭即可卸開進(jìn)行倒巖屑或接加長接桿或收工，十分方便。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔機(jī)具用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，其特征在于它由長錐公接頭(1)和長錐母接頭(2)二部分組成，其公母插接錐體的錐面角α是接近自鎖的非自鎖角，在公錐體(3)偏大端位置的錐面上均布設(shè)一至三個正旋向大螺旋升角卡扣溝槽(5)，在卡扣溝槽(5)的起始位置向小端延伸設(shè)有供半球狀卡扣突椿進(jìn)入的引入槽(14)，在母錐體(4)偏大端的內(nèi)錐面對應(yīng)螺旋卡扣溝槽(5)的中段傳力界面A-A位置設(shè)均布的一至三個半球狀卡扣突椿(6)，當(dāng)長錐公母接頭插合，并作正向旋接和傳動時，半球狀卡扣突椿(6)受螺旋卡扣溝槽(5)的引導(dǎo)作用，使公母長錐體面拉緊貼合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，其特征在于非自鎖角的公母長錐體(3)、(4)其接合長度L與錐體大端直徑D實用的最佳比值在1.1至1.5之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，其特征在于公母錐體接近自鎖角的錐面角α實用的最佳角度在8°30′至9°30′之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，其特征在于設(shè)于公錐體偏大端錐面的螺旋卡扣溝槽(5)其螺旋展開線的升角β實用的最佳值在5°至7°之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種鉆孔機(jī)具用長錐無間隙快速連接機(jī)構(gòu)，其特征在于它由長錐公接頭(1)和長錐母接頭(2)二部分組成，其公母插接錐體的錐面角α是接近自鎖的非自鎖角，錐體接合長度和錐體大端直徑的比值在1.1至1.5之間，有很好的對中扶正效果，又應(yīng)用了多頭螺紋快進(jìn)易卸原理，在公錐體偏靠大端設(shè)有1至3個大螺旋升角卡扣溝槽(5)，在母錐面偏大端對應(yīng)的傳力界面A－A位置設(shè)均布一至三個起多頭母扣螺旋作用的半球狀卡扣突椿(6)，當(dāng)長錐公母接頭插接，母錐面的卡扣突椿(6)被引入螺旋卡扣溝槽(5)正向旋轉(zhuǎn)、傳動時公母錐體面快速被拉緊貼合，實現(xiàn)長錐無間隙快速連接。本快速連接機(jī)構(gòu)可以瞬間連接，有很好的傳動剛性，又很容易卸開。可以用它取代接卸效率低的傳統(tǒng)的鉆孔機(jī)具絲扣連接方法。
文檔編號E21B17/02GK1544794SQ20031011329
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者陳月輝 申請人:陳月輝