專利名稱：具有閘板的鉆孔設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及非挖溝鉆孔設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及能夠保持精確斜坡和線路的鉆孔設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代安裝技術(shù)提供社區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施所需的地下設(shè)施服務(wù)。污水、水、電、氣體和遠(yuǎn)程 通信服務(wù)越來越多地被設(shè)置在地下以提高安全性并在視覺上建立更加令人愉悅的不會(huì)由于可見設(shè)施而雜亂的環(huán)境。用于安裝地下設(shè)施的一種方法是挖掘明溝渠。然而，該過程是耗時(shí)的并且在支撐現(xiàn)有建筑的區(qū)域中是不切實(shí)際的。用于安裝地下設(shè)施的其它方法涉及鉆水平地下孔。然而，大多數(shù)地下鉆孔操作相對(duì)不準(zhǔn)確并不適于用于斜坡和直線。PCT國際公開出版物第WO 2007/143773號(hào)公開了一種能夠以精確的坡度和線路對(duì)地下微型隧道進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔的微型隧道掘進(jìn)系統(tǒng)和設(shè)備。雖然該系統(tǒng)相對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)表現(xiàn)出了顯著的提高，但是可以使用進(jìn)一步的增強(qiáng)以獲得更好的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種鉆孔設(shè)備，所述鉆孔設(shè)備包括限定至少一個(gè)通孔的切削單元，所述至少一個(gè)通孔提供切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)與近端側(cè)之間的流體連通。在使用中，由切削單元產(chǎn)生的泥土可以通過通孔由鉆孔設(shè)備的真空裝置抽吸。切削單元還包括流動(dòng)控制閘板。在特定實(shí)施例中，閘板可在通孔被阻擋/閉合的第一位置與通孔被打開/未阻擋的第二位置之間移動(dòng)。在其它實(shí)施例中，閘板可以用于僅部分地阻擋通孔。通過選擇通孔被閘板阻擋的部分/百分比，可以通過定制通孔的開口橫向橫截面面積以與其中正在使用鉆孔設(shè)備的地質(zhì)物質(zhì)類型相匹配來增強(qiáng)鉆孔性能。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種適于在可流動(dòng)條件(例如，在地下水位下方的鉆孔環(huán)境)下使用的鉆孔設(shè)備(即，隧道掘進(jìn)設(shè)備)。在特定實(shí)施例中，鉆孔設(shè)備包括具有近端和遠(yuǎn)端的鉆柱。切削單元安裝在鉆柱的遠(yuǎn)端處。切削單元由鉆柱的近端處的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)適于提供用于使切削單元的切削部件旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，并還適于將推力施加到鉆柱以驅(qū)動(dòng)鉆柱和切削單元在遠(yuǎn)端進(jìn)入到地面中。鉆柱限定用于清除由切削部件在正在被鉆進(jìn)的孔中產(chǎn)生的泥土的真空通道。鉆柱還限定用于在鉆孔期間沿著鉆孔向下提供空氣以減少真空通道堵塞的可能性的空氣通道。切削部件限定提供真空通道與切削部件的切削側(cè)(即，遠(yuǎn)端側(cè))之間的流體連通的通孔。通孔還提供空氣通道與切削部件的切削側(cè)之間的流體連通。切削單元還包括用于選擇性地打開和閉合通孔的閘板。在可流動(dòng)條件下的正常鉆孔操作期間，通孔打開，從而a)允許在切削部件的切削側(cè)產(chǎn)生的泥土通過通孔被容易地抽吸并吸入到真空通道中；以及b)允許空氣從空氣通道流動(dòng)到切削部件的切削側(cè)。當(dāng)鉆孔操作停止時(shí)，閘板用于閉合(即，阻擋、覆蓋等)通孔以防止切削部件的切削側(cè)的可流動(dòng)物質(zhì)填充真空通道和/或空氣通道。在隨后的說明中闡述各種另外的方面。所述方面可以涉及單獨(dú)特征和特征的組合。將要理解的是以上總體說明和以下詳細(xì)說明僅是示例性和說明性的，并且不限制這里公開的實(shí)施例所基于的寬泛的發(fā)明構(gòu)思。


圖I是具有根據(jù)本發(fā)明的原理的特征的鉆孔設(shè)備的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的鉆頭的側(cè)視圖；
圖3是圖2的鉆頭的立體圖，其中顯示了位于鉆頭的切削單元的遠(yuǎn)端處的旋轉(zhuǎn)切削部件的切削側(cè)(即，遠(yuǎn)端側(cè))；圖4是顯示位于圖3的切削單元的近端的閘板的立體圖，閘板和旋轉(zhuǎn)切削部件被顯示為處于使切削單元的遠(yuǎn)端與近端之間的流體連通打開的第一相對(duì)位置；圖5是顯示圖3的切削單元的旋轉(zhuǎn)切削部件和閘板處于使切削單元的遠(yuǎn)端與近端之間的流體連通打開的第二相對(duì)位置的立體圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的另一個(gè)切削單元的前視分解立體圖；圖7是圖6的切削單元的后視分解立體圖；圖8是圖6的切削單元的組裝形式的橫截面圖；圖9是圖6的切削單元在完全暢流方向上的前視圖；圖10是圖6的切削單元處于完全打開結(jié)構(gòu)的后視圖；圖11是圖6的切削單元處于部分暢流結(jié)構(gòu)的前視圖；圖12是圖6的切削單元處于部分暢流結(jié)構(gòu)的后視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的原理的又一個(gè)切削單元的前視分解立體圖；圖14是圖13的切削單元的后視分解立體圖；以及圖15是圖13的切削單元的組裝形式的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式A.示例性鉆孔設(shè)備的概述圖I顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的原理的特征的鉆孔設(shè)備20。通常，設(shè)備20包括以端對(duì)端關(guān)系連結(jié)在一起以形成鉆柱24的多個(gè)管部分22。管部分22中的每一個(gè)都包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在外殼組件28中的驅(qū)動(dòng)軸26。鉆頭30安裝在鉆柱24的遠(yuǎn)端(S卩，前端)，而驅(qū)動(dòng)單元32位于鉆柱24的近端(即，尾端或后端)。驅(qū)動(dòng)單元32包括適于將轉(zhuǎn)矩施加到鉆柱24的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器和用于將推力或回拉力施加到鉆柱24的軸向驅(qū)動(dòng)器。來自驅(qū)動(dòng)單元32的推力或回拉力通過管部分22的外殼組件28在鉆柱24的近端與遠(yuǎn)端之間傳遞。轉(zhuǎn)矩通過管部分22的驅(qū)動(dòng)軸26被從鉆柱24的近端傳遞到鉆柱24的遠(yuǎn)端，其中所述驅(qū)動(dòng)軸26相對(duì)于外殼組件28旋轉(zhuǎn)。通過驅(qū)動(dòng)軸26傳遞通過設(shè)備20的來自驅(qū)動(dòng)單元32的轉(zhuǎn)矩最終用于使鉆頭30的切削單元34旋轉(zhuǎn)。管部分22還可以被稱為鉆桿、鉆柱或鉆孔構(gòu)件。管部分典型地用于形成地下孔，然后當(dāng)產(chǎn)品(例如，管道)安裝在所述孔中時(shí)被從地下孔中移除。鉆進(jìn)設(shè)備20的鉆頭30可以包括可旋轉(zhuǎn)地安裝在鉆頭30的主體38內(nèi)的驅(qū)動(dòng)桿46。主體38可以包括一件式主體，或者可以包括連結(jié)在一起的多個(gè)元件或模塊。驅(qū)動(dòng)桿46的遠(yuǎn)端被構(gòu)造成將轉(zhuǎn)矩傳遞給切削單元34。例如，驅(qū)動(dòng)桿46的遠(yuǎn)端可以包括裝配在切削單元34的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器51 (例如，切削單元34的六邊形凹形管座(female socket))內(nèi)的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49 (例如，六邊形驅(qū)動(dòng)器)。驅(qū)動(dòng)桿46的近端連結(jié)到最遠(yuǎn)端管部分22的驅(qū)動(dòng)軸26，使得轉(zhuǎn)矩從主動(dòng)軸26被傳遞給驅(qū)動(dòng)桿46。這樣，驅(qū)動(dòng)桿46用作用于將轉(zhuǎn)矩從驅(qū)動(dòng)單元32傳遞給切削單元34的最后的支腿。外殼組件28將推力和/或回拉力傳遞給鉆頭的主體38。鉆頭30優(yōu)選地包括軸承(例如，軸向軸承/止推軸承和徑向軸承)，所述軸承允許驅(qū)動(dòng)桿46相對(duì)于主體38旋轉(zhuǎn)且還允許推力或回拉力通過驅(qū)動(dòng)桿46被從主體38傳遞到切削單元34。
在特定的實(shí)施例中，鉆孔設(shè)備20用于以精確的坡度形成地下孔。例如，可以在以精確坡度安裝的地下管的設(shè)施中使用鉆孔設(shè)備20。在一些實(shí)施例中，鉆孔設(shè)備20可以用于安裝地下管或具有小于600mm或小于300mm的外徑的的其它產(chǎn)品。優(yōu)選的是鉆孔設(shè)備20包括適于保持正在由鉆孔設(shè)備20鉆出的孔處于精確的坡度和線路的轉(zhuǎn)向裝置。例如，參照圖1，鉆頭30包括安裝在鉆頭30的主體38上的轉(zhuǎn)向殼套36。通過在轉(zhuǎn)向殼套36與主體38之間產(chǎn)生徑向運(yùn)動(dòng)(例如，通過定位在轉(zhuǎn)向殼套36與主體38之間的徑向定向的活塞、一個(gè)或多個(gè)囊狀物、機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置、螺桿傳動(dòng)裝置等)實(shí)現(xiàn)鉆孔設(shè)備20的轉(zhuǎn)向。2009年9月29日提出申請的美國臨時(shí)專利申請第61/246，616號(hào)中提供了關(guān)于適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其中所述申請通過引用在此全文并入供參考。鉆孔設(shè)備20的轉(zhuǎn)向優(yōu)選地與用于確保鉆柱24沿著精確坡度和線路行進(jìn)的導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)合被引導(dǎo)。例如，如圖I所示，導(dǎo)向系統(tǒng)包括激光器40，所述激光器40引導(dǎo)激光束通過由管部分22的外殼組件28限定的連續(xù)軸向延伸的空氣通道43到達(dá)鄰近鉆頭30定位的目標(biāo)?？諝馔ǖ缽你@柱24的近端延伸到遠(yuǎn)端并允許將空氣提供給切削單元34?？諝鈮毫υ?5可以用于迫使空氣在遠(yuǎn)端通過通道43。鉆孔設(shè)備20還包括連接到用戶界面52和監(jiān)視器54的電子控制器50 (例如，計(jì)算機(jī)或其它處理裝置)。用戶界面52可以包括鍵盤、操縱桿、鼠標(biāo)或其它接口裝置。控制器50還可以與用作轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一部分的諸如攝像機(jī)的照相機(jī)60連接。例如，照相機(jī)60可以產(chǎn)生激光束撞擊目標(biāo)的位置的圖像。要理解的是照相機(jī)60可以安裝在鉆頭30內(nèi)，或者可以安裝在鉆孔設(shè)備20的外部(例如，鄰近激光器40)。如果照相機(jī)60安裝在鉆頭30處，則數(shù)據(jù)電纜可以從照相機(jī)延伸通過從鉆柱24的遠(yuǎn)端延伸到近端并由管部分22的外殼組件28限定的通道。在進(jìn)一步其它實(shí)施例中，鉆孔設(shè)備20可以包括允許控制器與井下照相機(jī)60遠(yuǎn)程通信的無線技術(shù)。在鉆孔設(shè)備20的轉(zhuǎn)向期間，操作者可以通過監(jiān)視器54觀察照相機(jī)產(chǎn)生的顯示激光束在目標(biāo)上的位置的圖像?；诩す馐矒裟繕?biāo)的位置，操作者可以確定設(shè)備在哪個(gè)方向上轉(zhuǎn)向以保持由激光束建立的期望的線路和坡度。操作者通過使用用戶界面使鉆柱24進(jìn)行轉(zhuǎn)向以使殼套驅(qū)動(dòng)器39改變鉆頭30的轉(zhuǎn)向殼套36和主體38的相對(duì)徑向位置。在一個(gè)實(shí)施例中，在與期望轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱的徑向方向相反的徑向方向上將徑向轉(zhuǎn)向力/負(fù)載施加到轉(zhuǎn)向殼套36。例如，如果期望使鉆柱24向上轉(zhuǎn)向，則可以將向下力施加到轉(zhuǎn)向殼套36，由此迫使主體38和切削單元34向上，從而隨著鉆柱24在向前/遠(yuǎn)端方向上被軸向推動(dòng)使鉆柱向上轉(zhuǎn)動(dòng)。類似地，如果期望向下轉(zhuǎn)向，則可以將向上力施加到轉(zhuǎn)向殼套36，由此迫使主體38和切削單元34向下，從而隨著鉆柱24在向前/遠(yuǎn)端方向上被軸向推動(dòng)使鉆柱24向下轉(zhuǎn)向。為了有助于鉆孔，鉆孔設(shè)備20還可以包括用于迫使鉆孔流體從鉆柱24的近端達(dá)到遠(yuǎn)端的流體泵。在特定實(shí)施例中 ，鉆孔流體可以被泵送通過穿過驅(qū)動(dòng)軸26限定的中心通道。穿過驅(qū)動(dòng)軸26限定的中心通道可以與設(shè)置在切削單元34處的多個(gè)流體輸送端口流體連通，使得易于在切削單元34的切削面處提供鉆孔流體。流體可以通過位于驅(qū)動(dòng)單元32處的流體旋轉(zhuǎn)接頭被提供給中心通道。在其它實(shí)施例中，鉆孔流體線路可以通過由鉆柱限定的單獨(dú)的通道從鉆柱的近端延伸到遠(yuǎn)端。鉆孔設(shè)備20還可以包括用于從正在被鉆的孔中移除泥土和鉆孔流體的真空系統(tǒng)。例如，鉆柱24可以包括從鉆柱24的近端連續(xù)延伸到遠(yuǎn)端的真空通道47。真空通道的近端可以與真空裝置65流體連通，而真空通道的遠(yuǎn)端通常鄰近孔的底部在切削單元34的正后方。真空裝置65將真空壓力施加到真空通道47以從正在被鉆的孔中移除泥土和鉆孔流體。通過空氣通道43被提供給鉆柱24的遠(yuǎn)端的至少一些空氣也通常被吸入到真空通道中以有助于防止真空通道堵塞。在特定實(shí)施例中，通過真空通道從孔中移除的液體和泥土可以被輸送到貯槽67。B.示例性切削單元圖2是圖I的鉆孔設(shè)備20的鉆頭30的遠(yuǎn)端部的側(cè)視圖。具體地，圖2顯示了鉆頭30的轉(zhuǎn)向殼套36和切削單元34。切削單元34包括直接相鄰于轉(zhuǎn)向殼套36的遠(yuǎn)端定位的近端70 (即，尾端或后端)和在遠(yuǎn)端偏離轉(zhuǎn)向殼套36的遠(yuǎn)端72 (即，前端)。參照圖3，切削單元34包括旋轉(zhuǎn)切削部件74，所述旋轉(zhuǎn)切削部件74繞著切削單元34的中心縱向軸線75 (參見圖4和圖5)旋轉(zhuǎn)以有助于通過鉆孔設(shè)備20切削孔。軸線75可以與由管部分22的驅(qū)動(dòng)軸26限定的中心縱向軸線共軸向地對(duì)準(zhǔn)。具體地，旋轉(zhuǎn)切削部件74通過由驅(qū)動(dòng)軸26從驅(qū)動(dòng)單元32傳遞的轉(zhuǎn)矩繞著軸線75旋轉(zhuǎn)。在鉆孔操作期間，旋轉(zhuǎn)切削部件74通常繞著軸線75相對(duì)于鉆頭30的轉(zhuǎn)向殼套36、鉆頭30的主體38和管部分22的外殼組件28旋轉(zhuǎn)。參照圖3和圖4，旋轉(zhuǎn)切削部件74包括基本上從切削單元34的遠(yuǎn)端72延伸到近端70的外邊緣76 (例如，圓柱外邊緣)。旋轉(zhuǎn)切削部件74還包括鄰近切削單元34的遠(yuǎn)端72不可旋轉(zhuǎn)地連接到外邊緣76的前刀具安裝板78 (例如，環(huán)形安裝板)。術(shù)語“不可旋轉(zhuǎn)地連接”表示所述連接不允許相互連接件之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)。例如，前刀具安裝板78可以被焊接到外邊緣76?？蛇x地，前刀具安裝板78可以與外邊緣76整體鑄造而成，作為外邊緣76的一體部件被機(jī)械加工而成或通過緊固件連接到外邊緣76。如圖3所示，前刀具安裝板78的外周邊部77不可旋轉(zhuǎn)地連接到外邊緣76。參照圖4，旋轉(zhuǎn)切削部件74還包括不可旋轉(zhuǎn)地連接到前刀具安裝板78的內(nèi)部的內(nèi)轂80。內(nèi)轂80限定適于容納設(shè)置在鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46的遠(yuǎn)端的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器51。因此，內(nèi)轂80被構(gòu)造成允許轉(zhuǎn)矩容易地從鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46傳遞給切削單元34的旋轉(zhuǎn)切削部件74。切削單元34的旋轉(zhuǎn)切削部件74還包括安裝在前刀具安裝板78的切削側(cè)82 (即遠(yuǎn)端側(cè))的多個(gè)切削元件。切削元件包括切削齒84和連接到前刀具安裝板78的切削側(cè)82的切削刀片86a。切削刀片86a相鄰于在遠(yuǎn)端-近端方向上延伸通過前刀具安裝板78的通孔88安裝。切削刀片86a固定到安裝架89，所述安裝架89通過緊固件固定在由旋轉(zhuǎn)切削部件74的前切削側(cè)82限定的凹槽中。切削刀片86a和/或安裝架89可以被構(gòu)造成覆蓋通孔88的至少部分。這樣，通過使用不同的切削刀片86a或不同尺寸的安裝架89，可以改變通孔88的開口部的最大可用尺寸以對(duì)切削單元34要鉆進(jìn)的材料類型定制切削單元34。通孔88允許由切削單元34的切削元件產(chǎn)生的泥土在遠(yuǎn)端-近端方向上通過切削單元34。一旦切屑通過通孔88，切屑會(huì)被吸入到真空通道47中并被從正在鉆的孔中移除。在特定實(shí)施例中，通孔88還可以允許空氣在近端-遠(yuǎn)端方向上通過切削單元34，在切削單元34中，空氣與切屑混合，然后與切屑一起在遠(yuǎn)端-近端方向上通過通孔88被吸回到真空通道47。
當(dāng)在可流動(dòng)條件(例如，地下水位以下條件)下鉆孔時(shí)，期望的是能夠選擇性地打開和閉合通孔88。當(dāng)通孔88閉合時(shí)，切削單元34的遠(yuǎn)端72與近端70之間的流體連通被阻斷，使得能夠防止前刀具安裝板78的遠(yuǎn)端側(cè)的物質(zhì)流動(dòng)通過通孔88并填充真空通道47和/或空氣通道43。參照圖4和圖5，切削單元34還包括用于選擇性地打開和閉合通孔88的閘板90。圖4和圖5顯示作為環(huán)形板安裝在切削單元34的近端70的閘板90。閘板90包括在圓周方向上通過阻擋部92彼此分開的通孔91。閘板90還限定穿過阻擋部92限定的弧形槽93。槽93限定繞著沿著旋轉(zhuǎn)軸線75延伸的中心線擺動(dòng)的曲率半徑。緊固件94 (例如，帶肩螺栓或銷)延伸通過槽93并用于將閘板90連接到前刀具安裝板78的近端側(cè)。閘板90安裝在外邊緣76的近端內(nèi)側(cè)。緊固件94和槽93允許閘板90和旋轉(zhuǎn)切削部件74繞著軸線75相對(duì)于彼此在圖4所示的第一相對(duì)位置與圖5中所示的第二相對(duì)位置之間旋轉(zhuǎn)。在圖4的第一相對(duì)位置，閘板90的通孔91與旋轉(zhuǎn)切削部件74的通孔88對(duì)準(zhǔn)，使得切削單元34的近端70與遠(yuǎn)端72之間的流體連通打開。在圖5的第二相對(duì)位置，閘板90的阻擋部92覆蓋旋轉(zhuǎn)切削部件74的通孔88，使得切削單元34的遠(yuǎn)端72與近端70之間的流體連通被阻斷。切削單元34還包括保持組件23，所述保持組件23用于通過防止切削單元遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49滑動(dòng)而將切削單元34保持在驅(qū)動(dòng)軸46上。保持組件23包括保持蓋25、緊固件27和中心切削刀片86b。中心切削刀片86b連接到緊固件27的頭部。緊固件27延伸通過保持蓋25并連接到驅(qū)動(dòng)軸46的端部。例如，緊固件27可以包括具有螺紋軸的螺栓，所述螺紋軸擰入到由驅(qū)動(dòng)桿46的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49限定的內(nèi)螺紋軸向開口中。當(dāng)緊固件27擰入到凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49的螺紋開口中時(shí)(參見圖I)，緊固件27使保持蓋25的后側(cè)擠壓/鄰接旋轉(zhuǎn)切削部件74的前側(cè)，從而防止切削部件74軸向遠(yuǎn)離凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49滑動(dòng)。在正常鉆孔操作期間，切削單元34在第一旋轉(zhuǎn)方向95上繞著旋轉(zhuǎn)軸線75旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)切削部件74在第一旋轉(zhuǎn)方向95上的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致緊固件94在槽93內(nèi)滑動(dòng)到槽93的第一端96。在緊固件94位于槽93的第一端96的情況下，閘板90和旋轉(zhuǎn)切削部件74處于在切削單元34的遠(yuǎn)端72與近端70之間提供流體連通的第一相對(duì)位置(參見圖4)。隨著在緊固件94位于槽93的第一端96的同時(shí)旋轉(zhuǎn)切削部件74繼續(xù)在第一旋轉(zhuǎn)方向95上旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩從旋轉(zhuǎn)切削部件74通過緊固件94被傳遞給閘板90。這樣，閘板90與旋轉(zhuǎn)切削部件74 一致地旋轉(zhuǎn)，使得通孔88保持打開。當(dāng)鉆孔操作停止時(shí)，期望的是關(guān)閉切削單元34的遠(yuǎn)端72與近端70之間的流體連通。為了實(shí)現(xiàn)該目的，旋轉(zhuǎn)切削部件74在第二旋轉(zhuǎn)方向97上繞著旋轉(zhuǎn)軸線75旋轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)生該旋轉(zhuǎn)時(shí)，槽93和緊固件94允許旋轉(zhuǎn)切削部件74相對(duì)于閘板90繞著軸線75從圖4的第一相對(duì)位置旋轉(zhuǎn)到圖5的第二相對(duì)位置。在圖5的第二相對(duì)位置，緊固件94接合槽93的第二端98，并且閘板90的阻擋部92覆蓋旋轉(zhuǎn)切削部件74的通孔88。為了重新打開通孔，旋轉(zhuǎn)切削部件78僅在第一方向95上繞著旋轉(zhuǎn)軸線75旋轉(zhuǎn)，從而使旋轉(zhuǎn)切削部件74移動(dòng)返回到圖4的位置。在可選的實(shí)施例中，除了用于打開和閉合通孔之外，根據(jù)本發(fā)明的原理的閘板還可以用于調(diào)節(jié)刀具通孔的尺寸(例如，開口橫向橫截面面積)以將通孔定制成適應(yīng)在特定類型物質(zhì)中的鉆孔。例如，圖6-12顯示了包括旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190的切削單元134。旋轉(zhuǎn)切削部件174具有被定位成與后側(cè)183相對(duì)定位的前切削側(cè)182。多個(gè)切削齒設(shè)·置在前切削側(cè)182，并且多個(gè)通孔188從前切削側(cè)182穿過旋轉(zhuǎn)切削部件174延伸到后側(cè)183。旋轉(zhuǎn)切削部件174的后側(cè)183包括轂180，所述轂180限定適于容納設(shè)置在鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46的遠(yuǎn)端的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器151。轂180被構(gòu)造成允許轉(zhuǎn)矩被容易地從鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46傳遞到切削單元134的旋轉(zhuǎn)切削部件174。在所述的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器151被顯示為包括多個(gè)平坦部的轉(zhuǎn)矩傳遞管座。保持組件123緊固轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49以防止切削單元134遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49滑動(dòng)。保持組件123包括保持蓋125和緊固件127。緊固件127延伸通過保持蓋125并適于連接到轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49。當(dāng)緊固件127被緊固時(shí)，保持蓋125的后側(cè)抵靠在旋轉(zhuǎn)切削部件174的前側(cè)上進(jìn)行夾持。切削單元134的閘板190通過多個(gè)緊固件161被固定到旋轉(zhuǎn)切削部件174的后側(cè)183。如圖6所示，緊固件161被示出為擰入到設(shè)置在旋轉(zhuǎn)切削部件174的后側(cè)183的螺紋開口中的螺栓。緊固件161延伸通過限定繞著沿著旋轉(zhuǎn)軸線175延伸的中心線擺動(dòng)的曲率半徑的槽193。當(dāng)緊固件161被松開時(shí)，槽193允許旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190相對(duì)于彼此繞著旋轉(zhuǎn)軸線175旋轉(zhuǎn)。相反，當(dāng)緊固件161被緊固時(shí)，旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190相對(duì)于彼此被鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?，使得能夠防止旋轉(zhuǎn)切削部件174與閘板190之間繞著旋轉(zhuǎn)軸線175的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。閘板190包括通孔191和阻擋部192。通過使旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190相對(duì)于彼此繞著旋轉(zhuǎn)軸線175旋轉(zhuǎn)，可以改變旋轉(zhuǎn)切削部件174的通孔188與閘板190的通孔191之間的相對(duì)位置。這樣，可以調(diào)節(jié)由通孔188提供的開口橫向橫截面面積的量。例如，旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190可以被鎖定在第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置(S卩，完全閉合位置)(未示出)，在所述第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，閘板190的阻擋部192完全阻擋通孔188，使得能夠防止物質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)切削部件174。旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190還可以被鎖定在第二旋轉(zhuǎn)位置(完全打開位置)(參見圖9和圖10)，在所述第二旋轉(zhuǎn)位置，通孔188與通孔191完全對(duì)準(zhǔn)使得通孔188沒有任何部分被阻塞。在此位置，通過通孔188提供最大開口橫向橫截面面積以用于允許物質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)切削部件174。
旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190還可以被鎖定在完全打開位置與完全閉合位置之間的中間位置。在中間位置，閘板190僅部分地阻擋通孔188，從而與完全打開位置相比提供物質(zhì)可以流動(dòng)通過的減小的橫向橫截面面積。在特定實(shí)施例中，閘板190當(dāng)在所選擇的中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置時(shí)阻擋通孔188的橫向橫截面面積的10-90%，或通孔188橫向橫截面面積的20-80%，或通孔188的橫向橫截面面積的20-60%。要理解的是可以通過操作者選擇中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，使得通孔188的橫向橫截面面積的開口部被選擇成與鉆孔設(shè)備想要鉆進(jìn)的物質(zhì)類型相匹配，從而對(duì)想要鉆進(jìn)的物質(zhì)定制鉆頭。緊固件161允許將旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190鎖定在無窮數(shù)量的中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置處。一旦中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置已經(jīng)被設(shè)定，緊固件在鉆孔期間保持旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190處于所選擇的中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置。圖11和圖12顯示了被鎖定在使通孔188被閘板190部分阻擋的示例性中間相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)切削部件174和閘板190。切削單元134被顯示為包括用于在儲(chǔ)存和運(yùn)輸期間將保持組件123固定到旋轉(zhuǎn)切削部件174的螺母135。要理解的是當(dāng)切削單元134被安裝到鉆頭30時(shí)，螺母135被移除并丟棄。
圖13-15顯示了根據(jù)本發(fā)明的原理的另一個(gè)切削單元234。切削單元234包括旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290。旋轉(zhuǎn)切削部件274包括被定位成與后側(cè)283相對(duì)的前切削側(cè)282。通孔288從切削側(cè)282穿過旋轉(zhuǎn)切削部件274延伸到后側(cè)283。刀具安裝凹槽285鄰近于通孔288設(shè)置在旋轉(zhuǎn)切削部件274的前側(cè)282。刀具安裝凹槽允許刀具安裝架289鄰近于通孔288容易地安裝到旋轉(zhuǎn)切削部件274。諸如細(xì)長刀片的刀具被固定到刀具安裝架289。通過選擇不同尺寸的刀具安裝架和/或刀具，可以改變通孔288的最大可能開口面積。例如，當(dāng)?shù)毒甙惭b架和連接到所述刀具安裝架的刀具沒有與通孔288重疊時(shí)，通孔288具有最大開口橫向橫截面面積。通過根據(jù)相對(duì)于通孔288的預(yù)定重疊量選擇刀具安裝架和/或刀具，可以調(diào)節(jié)由通孔288提供的最大開口橫向橫截面面積。切削單元234的閘板290包括轂235，所述轂235限定適于容納設(shè)置在鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46的遠(yuǎn)端的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器251。轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器251被構(gòu)造成允許轉(zhuǎn)矩被容易地從鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46傳遞到閘板290。在所述的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器接收器251包括管座結(jié)構(gòu)，所述管座結(jié)構(gòu)包括多個(gè)平坦部。保持組件223用于防止旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49滑動(dòng)。保持組件223包括保持蓋225、緊固件227和中心切削刀片286b。中心切削刀片286b連接到緊固件227的頭部。緊固件227延伸通過保持蓋225并連接到驅(qū)動(dòng)軸46的端部。例如，緊固件227可以包括具有螺紋軸的螺栓，所述螺紋軸擰入到由驅(qū)動(dòng)桿46的凸形轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)器49限定的內(nèi)螺紋軸向開口中。保持蓋225被構(gòu)造成在不需要相對(duì)于閘板290將旋轉(zhuǎn)切削部件夾持在適當(dāng)?shù)奈恢玫那闆r下將旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290保持在驅(qū)動(dòng)軸46上。例如，保持蓋225包括轂部221和從轂部221的前端徑向向外突出的凸緣部219。轂部221的后端限定閘板夾持表面221a，當(dāng)緊固件227被擰入到驅(qū)動(dòng)軸46中以將閘板290保持在驅(qū)動(dòng)軸46上時(shí)，所述閘板夾持表面221a接合閘板290的轂235的前表面。凸緣部219的后側(cè)限定旋轉(zhuǎn)切削部件保持表面219a，所述旋轉(zhuǎn)切削部件保持表面219a與旋轉(zhuǎn)切削部件274的前側(cè)相對(duì)以防止旋轉(zhuǎn)切削部件274與驅(qū)動(dòng)軸46脫離。轂部221限定閘板夾持表面221a與旋轉(zhuǎn)切削部件保持表面219a之間的偏移量217。偏移量217在前后方向上延伸并在表面221a、219a之間提供間隙，閘板290的內(nèi)部290i容納在所述間隙中。由偏移量217提供的間隙大于內(nèi)部290i的厚度并防止當(dāng)緊固件227被緊固時(shí)內(nèi)部290i被保持蓋225夾持。這樣，保持組件223不會(huì)干擾旋轉(zhuǎn)切削部件274相對(duì)于閘板290繞著旋轉(zhuǎn)軸線275旋轉(zhuǎn)的性能。切削單元234還包括滑動(dòng)銷294 (例如，合銷)，所述滑動(dòng)銷294具有插入由旋轉(zhuǎn)切削部件274的后側(cè)283限定的開口內(nèi)的前端(參見圖15)?；瑒?dòng)銷294的后端裝配在由閘板290限定的相應(yīng)的弧形槽293中?；⌒尾?93具有由繞著沿著旋轉(zhuǎn)軸線275延伸的中心線擺動(dòng)的半徑限定的曲率?；瑒?dòng)銷294具有兩個(gè)主要功能。第一，當(dāng)通過鉆頭30的驅(qū)動(dòng)桿46將轉(zhuǎn)矩施加到閘板290時(shí)，滑動(dòng)銷294允許轉(zhuǎn)矩從閘板290被傳遞給旋轉(zhuǎn)切削部件274。因此，在鉆孔期間，用于使旋轉(zhuǎn)切削部件274繞著旋轉(zhuǎn)軸線275旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動(dòng)桿46提供并通過滑動(dòng)銷294從閘板290被傳遞給旋轉(zhuǎn)切削部件274。旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290在鉆孔操作期間通過驅(qū)動(dòng)軸46繞著旋轉(zhuǎn)軸線275 —致地旋轉(zhuǎn)?；瑒?dòng)銷294和槽293還允許閘板290和旋轉(zhuǎn)切削部件274相對(duì)于彼此繞著旋轉(zhuǎn)軸線275旋轉(zhuǎn)。這樣，類似于這里所述的第一實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290可以移動(dòng)到第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，在所述第一相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，閘板290的通孔291與旋轉(zhuǎn)切削部件274的通孔288對(duì)準(zhǔn)，使得通孔288打 開以允許物質(zhì)在前后方向上通過切削單元234。滑動(dòng)銷294和槽293還允許旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290移動(dòng)到第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，在所述第二相對(duì)旋轉(zhuǎn)位置，閘板290通過防止物質(zhì)在前后作用下通過切削單元234而阻擋通孔288。切削單元234還包括安裝在旋轉(zhuǎn)切削部件274與閘板290之間的軸承構(gòu)件211。軸承構(gòu)件211包括徑向軸承部211a，所述徑向軸承部裝配在閘板290的轂235上并提供閘板轂235的徑向面向外的表面與旋轉(zhuǎn)切削部件274的徑向面向內(nèi)的表面之間的徑向支承。軸承構(gòu)件211還包括形成閘板290的前側(cè)與旋轉(zhuǎn)切削部件274的后側(cè)283之間的支承的軸向軸承結(jié)構(gòu)/止推軸承結(jié)構(gòu)211b。切削單元234被顯示為包括用于在儲(chǔ)存和運(yùn)輸期間將保持組件223固定到旋轉(zhuǎn)切削部件274和閘板290的螺母213。要理解的是當(dāng)切削單元234被安裝到鉆頭30時(shí)，螺母213被移除并丟棄。在圖13-15的實(shí)施例中，當(dāng)切削單元234在旋轉(zhuǎn)方向297上繞著旋轉(zhuǎn)軸線275旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)理想的鉆孔。閘板290通過驅(qū)動(dòng)軸46在旋轉(zhuǎn)方向297上的旋轉(zhuǎn)使滑動(dòng)銷294在槽293內(nèi)滑動(dòng)到槽293的端部298。在滑動(dòng)銷294位于槽293的端部298的情況下，閘板290和旋轉(zhuǎn)切削部件274處于在切削單元234的前側(cè)與后側(cè)之間提供流體連通的打開位置。隨著在滑動(dòng)銷294位于槽293的端部298的同時(shí)閘板290繼續(xù)在旋轉(zhuǎn)方向297上旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩通過滑動(dòng)銷294被從閘板290傳遞給旋轉(zhuǎn)切削部件274。這樣，旋轉(zhuǎn)切削部件274與閘板290 —致地旋轉(zhuǎn)，使得通孔288保持打開。當(dāng)鉆孔操作停止時(shí)，期望的是關(guān)閉切削單元234的前側(cè)與后側(cè)之間的流體連通。為了實(shí)現(xiàn)該目的，閘板290通過驅(qū)動(dòng)軸46在旋轉(zhuǎn)方向295上繞著旋轉(zhuǎn)軸線275旋轉(zhuǎn)。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，槽293和滑動(dòng)銷294允許閘板290相對(duì)于旋轉(zhuǎn)切削部件274從打開位置旋轉(zhuǎn)到閉合位置。在閉合位置，滑動(dòng)銷294接合槽293的端部296，并且閘板290的阻擋部覆蓋旋轉(zhuǎn)切削部件274的通孔288。為了重新打開通孔288，閘板290僅在方向297上繞著旋轉(zhuǎn)軸線175旋轉(zhuǎn)，從而使閘板290相對(duì)于旋轉(zhuǎn)切削部件274移動(dòng)返回到打開位置。這類切削單元的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)想要或期望通過使閘板290在方向295上相對(duì)于旋轉(zhuǎn)切削部件274旋轉(zhuǎn)來關(guān)閉通孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)切削部件274的切削齒與地面之間的接觸提供防止閘板290和旋轉(zhuǎn)切削部件274彼此一致地旋轉(zhuǎn)的阻力。從上述詳細(xì)說明顯而易見的是可以在不背離本發(fā)明的精神或保護(hù)范圍的情況下對(duì)本發(fā)明的裝置進(jìn)行改進(jìn)和變更?！?br> 權(quán)利要求
1.一種鉆孔設(shè)備,包括 包括前切削側(cè)和后側(cè)的旋轉(zhuǎn)切削部件，所述旋轉(zhuǎn)切削部件限定穿過所述旋轉(zhuǎn)切削結(jié)構(gòu)從所述前切削側(cè)延伸到所述后側(cè)的多個(gè)通孔； 閘板，所述閘板鄰近于所述旋轉(zhuǎn)切削部件的后側(cè)安裝，所述閘板和所述旋轉(zhuǎn)切削部件能夠相對(duì)于彼此繞著軸線在所述閘板阻擋所述通孔的第一方位與所述通孔打開的第二方位之間旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，所述閘板包括轉(zhuǎn)矩傳遞界面，所述轉(zhuǎn)矩傳遞界面與所述軸線對(duì)準(zhǔn)以用于將轉(zhuǎn)矩從驅(qū)動(dòng)軸傳遞給所述閘板以使所述閘板繞著所述軸線旋轉(zhuǎn)；和 連接裝置，所述連接裝置在所述閘板與所述旋轉(zhuǎn)切削部件之間，用于將轉(zhuǎn)矩從所述閘板傳遞到所述旋轉(zhuǎn)切削部件以使所述旋轉(zhuǎn)切削部件繞著所述軸線旋轉(zhuǎn)，所述連接裝置還允許所述旋轉(zhuǎn)切削部件與所述閘板之間繞著所述軸線的一定范圍的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述一定范圍的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)允許所述旋轉(zhuǎn)切削部件和所述閘板在所述第一方位與所述第二方位之間移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述連接裝置包括滑動(dòng)元件，所述滑動(dòng)元件通過繞著所述軸線彎曲的彎曲槽延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述滑動(dòng)元件包括固定到所述旋轉(zhuǎn)切削部件的滑動(dòng)銷，并且其中所述彎曲槽由所述閘板限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述彎曲槽沒有完全通過所述閘板延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述閘板至少部分地凹入所述旋轉(zhuǎn)切削部件的后側(cè)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)備，其中，止推軸承安裝在所述旋轉(zhuǎn)切削部件與所述閘板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)備，其中，刀具安裝在所述旋轉(zhuǎn)切削部件的前切削側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述刀具能夠通過安裝架安裝到所述旋轉(zhuǎn)切削部件的前側(cè)，其中所述刀具安裝架鄰近于所述通孔固定到所述旋轉(zhuǎn)切削部件，以及其中不同尺寸的安裝架能夠用于改變所述通孔的最大開口尺寸。
9.一種鉆孔設(shè)備,包括 包括前切削側(cè)和后側(cè)的旋轉(zhuǎn)切削部件，所述旋轉(zhuǎn)切削部件限定多個(gè)通孔，所述多個(gè)通孔穿過所述旋轉(zhuǎn)切削結(jié)構(gòu)從所述前切削側(cè)延伸到所述后側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)切削部件在鉆孔期間繞著軸線旋轉(zhuǎn)；和 阻擋部件，所述阻擋部件鄰近于所述旋轉(zhuǎn)切削部件的后側(cè)安裝以用于阻擋所述通孔的至少部分，所述阻擋部件能夠在不同的旋轉(zhuǎn)位置繞著所述軸線安裝到所述旋轉(zhuǎn)切削部件，其中所述阻擋部件在每一個(gè)旋轉(zhuǎn)位置處提供不同的通孔阻擋百分比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述阻擋部件通過緊固件固定在所述旋轉(zhuǎn)位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述緊固件通過由所述阻擋部件限定的彎曲槽延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆孔設(shè)備，其中，所述彎曲槽具有以所述軸線為中心的曲率。
13.一種鉆孔設(shè)備，包括切削單元，所述切削單元限定至少一個(gè)通孔，所述至少一個(gè)通孔提供所述切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)與近端側(cè)之間的流體連通，所述切削單元包括在所述切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)的多個(gè)切削元件；和 閘板，所述閘板用于選擇性地打開和阻擋所述切削單元的所述通孔。
14.一種鉆孔設(shè)備,包括 切削單元，所述切削單元限定至少一個(gè)通孔，所述至少一個(gè)通孔提供所述切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)與近端側(cè)之間的流體連通，所述切削單元包括在所述切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)的多個(gè)切削元件；和 閘板，所述閘板用于至少部分地覆蓋所述通孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉆孔設(shè)備，所述鉆孔設(shè)備包括限定至少一個(gè)通孔的切削單元，所述至少一個(gè)通孔提供切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)與近端側(cè)之間的流體連通。切削單元包括在切削單元的遠(yuǎn)端側(cè)的多個(gè)切削元件。切削單元還包括用于選擇性地打開和阻擋切削單元的通孔的閘板。
文檔編號(hào)E21D9/08GK102892975SQ201080066790
公開日2013年1月23日 申請日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者基思·艾倫·霍廳, 安第斯·薩林斯, 斯圖亞特·哈里森 申請人:維米爾制造公司