本發(fā)明屬于石油天然氣、礦山工程、建筑基礎(chǔ)工程施工、地質(zhì)、水文等鉆探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合鉆頭。

背景技術(shù)：

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具?，F(xiàn)今鉆井工程中所使用的鉆頭主要有牙輪鉆頭和PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭。

PDC鉆頭上的切削齒固接在鉆頭體上，切削齒與鉆頭體相對固定，PDC鉆頭屬固定切削結(jié)構(gòu)鉆頭。牙輪鉆頭上的牙輪通過軸承系統(tǒng)與鉆頭體形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，鉆頭工作時(shí)，鉆頭體旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)牙輪繞鉆頭軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，牙輪還會(huì)繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，牙輪上的切削齒在上述兩種運(yùn)動(dòng)的合成下作復(fù)雜的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，牙輪鉆頭屬非固定切削結(jié)構(gòu)鉆頭。

鉆頭體上同時(shí)具有固定切削結(jié)構(gòu)和牙輪結(jié)構(gòu)（非固定切削結(jié)構(gòu)）的復(fù)合鉆頭是近年來逐漸興起并推廣應(yīng)用的新型破巖工具。復(fù)合鉆頭鉆進(jìn)過程中，牙輪繞鉆頭軸線旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，牙輪上的切削齒在復(fù)雜的復(fù)合運(yùn)動(dòng)下與井底巖石互作用。牙輪切削齒破巖的過程中，切削齒相對巖石的作用方向在不斷變化，有的切削齒甚至相對巖石會(huì)變化至反向運(yùn)動(dòng)；牙輪與井底巖石恒接觸區(qū)上的切削齒始終不脫離井底，其相對巖石的作用（刮切）方向在0～360°之間不斷變化。這使牙輪上無法直接應(yīng)用極適合于以刮切方式破巖的聚晶金剛石復(fù)合片（PDC齒）等耐磨性極強(qiáng)的金剛石類切削齒。原因在于PDC齒是由基體和聚晶金剛石層兩部分組成，對巖石起主要刮切效果的是聚晶金剛石層，PDC齒刮切工作時(shí)具有方向性，只能是聚晶金剛石層在前基體在后。如果PDC齒在工作過程中受力方向變化幅度過大，或者受到反向作用力，很容易造成聚晶金剛石層的崩裂，嚴(yán)重降低PDC齒的工作壽命，甚至在極短的時(shí)間內(nèi)使PDC齒損壞失效。

因此，現(xiàn)有復(fù)合鉆頭的牙輪上的切削齒一般為硬質(zhì)合金齒，硬質(zhì)合金齒的耐磨性和硬度遠(yuǎn)不及PDC齒等金剛石類切削齒。切削齒的耐磨性不足是影響牙輪使用壽命的重要因素，切削齒易磨損直接影響了鉆頭的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種切削齒可旋轉(zhuǎn)的復(fù)合鉆頭，解決現(xiàn)有技術(shù)牙輪上無法采用復(fù)合齒（例如PDC齒）的問題，同時(shí)其即使采用與現(xiàn)有技術(shù)一致的切削齒（如硬質(zhì)合金齒）時(shí)，切削齒的磨損及磨損鈍化速度也均更好。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種具有旋轉(zhuǎn)齒的復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體、固定切削結(jié)構(gòu)和牙輪，固定切削結(jié)構(gòu)上設(shè)置有固定切削齒，牙輪與鉆頭體為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，牙輪能相對鉆頭體轉(zhuǎn)動(dòng)，牙輪上設(shè)置有切削齒，鉆頭體上設(shè)有至少一個(gè)牙輪，牙輪上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒，旋轉(zhuǎn)齒與牙輪形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面或旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，且旋轉(zhuǎn)齒的后切削面或后切削面的幾何中心在前切削面的偏移方同側(cè)，前切削面相對后切削面靠近旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線，并能繞旋轉(zhuǎn)軸線在牙輪上旋轉(zhuǎn)。

本專利所述前切削面（也可以稱為前刀面）是指切削齒對井底地層切削工作時(shí)，切下的切屑沿其流出的表面。而后切削面（也可以稱為后刀面）則是指切削齒與井底地層相對的表面，后切削面一般是正對著切削深度（進(jìn)給方向）的面。通常而言，前切削面與后切削面的交線形成切削刃，它擔(dān)任主要切削工作。

相對于常規(guī)的硬質(zhì)合金齒而言，由基體和固結(jié)于基體上的耐磨層復(fù)合而成的復(fù)合齒，其前切削面為耐磨層的前端面，而后切削面則是耐磨層和/或基體的側(cè)面。所謂耐磨層是相對基體而言，其耐磨性更強(qiáng)，對于聚晶金剛石復(fù)合片或聚晶金剛石復(fù)合齒或聚晶金剛石與孕鑲金剛石相復(fù)合而成的復(fù)合齒而言，其耐磨層為聚晶金剛石層，而基體則是硬質(zhì)合金或孕鑲金剛石等，基體處在耐磨層的后部推持支撐著耐磨層的前端面在前進(jìn)行破巖工作。

因此，本專利主要想保護(hù)一種具有旋轉(zhuǎn)齒的復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體、固定切削結(jié)構(gòu)和牙輪，固定切削結(jié)構(gòu)上設(shè)置有固定切削齒，牙輪與鉆頭體為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，牙輪能相對鉆頭體轉(zhuǎn)動(dòng)，牙輪上設(shè)置有切削齒，鉆頭體上設(shè)有至少一個(gè)牙輪，牙輪上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒，旋轉(zhuǎn)齒與牙輪形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)齒具有耐磨層和基體 ，并以耐磨層的前端面的幾何中心為臨界點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)齒整體或包括該幾何中心的大部分相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，且耐磨層的前端面相對基體靠近旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線，并能繞旋轉(zhuǎn)軸線在牙輪上旋轉(zhuǎn)。

此外，顯然，本專利的旋轉(zhuǎn)齒也可以應(yīng)用于硬質(zhì)合金齒、立方碳化硼或孕鑲金剛石齒（塊）等齒，此時(shí)旋轉(zhuǎn)齒就無耐磨層和基體之分。

對于聚晶金剛石復(fù)合片或聚晶金剛石復(fù)合齒或聚晶金剛石與孕鑲金剛石相復(fù)合而成的復(fù)合齒而言，其耐磨層為聚晶金剛石層，而基體則是硬質(zhì)合金或孕鑲金剛石等，此時(shí)聚晶金剛石層的前端面則是前切削面，根據(jù)其前端面形狀的不同，前切削面可以是平面（例如最常見的規(guī)則圓柱體PDC齒，其聚晶金剛石層的前端面為一圓形平面）、曲面（例如金剛石層在基體上形成一錐形、半球形或屋脊形/楔形等的前端面）或異形面等各種表面。同樣的，后切削面根據(jù)金剛石層或基體側(cè)面形狀的不同，可以是圓柱面（例如常見的規(guī)則圓柱體PDC齒，其聚晶金剛石層的側(cè)面為圓柱面）或其他柱面，也可以是平面等。

聚晶金剛石復(fù)合片又稱PDC齒（Polycrystalline Diamond Compact）或PDC復(fù)合片，由聚晶金剛石層和基體兩部分組成（參見圖12）。PDC齒采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基片在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成。金剛石微粉形成PDC齒的聚晶金剛石層，硬質(zhì)合金基片成為PDC齒的基體。PDC齒既具有金剛石的高硬度、高耐磨性，又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。PDC齒適合于以刮切的方式工作，由于PDC齒的聚晶金剛石層的硬度和耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金材料的基體，因此PDC齒在刮切工作時(shí)具有自銳性，即聚晶金剛石層的磨損速度明顯慢于基體，使PDC齒的切削刃（硬而耐磨的金剛石層）始終保持銳利狀態(tài)。

PDC齒刮切工作時(shí)，起主要刮切作用的是聚晶金剛石層。PDC齒的聚晶金剛石層硬而脆，基體相對軟但具有很好的抗沖擊韌性，因此PDC齒刮切工作時(shí)具有方向性，只能是聚晶金剛石層在前基體在后進(jìn)行刮切（如圖13），即基體處在聚晶金剛石層的后部推持支撐著聚晶金剛石層。如果PDC齒在工作過程中反向運(yùn)動(dòng)，基體在前聚晶金剛石層在后進(jìn)行刮切，聚晶金剛石層直接受到反向作用力，很容易造成聚晶金剛石層的崩裂或脫落，嚴(yán)重降低PDC齒的工作壽命，甚至在極短的時(shí)間內(nèi)使PDC齒損壞失效。

本專利較現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、本專利牙輪上的旋轉(zhuǎn)齒接觸巖石與巖石互作用破巖時(shí)，無論切削齒與巖石接觸時(shí)的開始狀態(tài)如何，當(dāng)切削齒受到巖石的作用力時(shí)，由于牙輪上的旋轉(zhuǎn)齒能相對牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面或旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，且旋轉(zhuǎn)齒的后切削面均在偏移方同側(cè)或旋轉(zhuǎn)齒的后切削面的幾何中心在偏移方同側(cè)。在巖石反力的作用下，旋轉(zhuǎn)齒均會(huì)旋轉(zhuǎn)至齒的前切削面在前，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的背面在后來刮切巖石。且在刮切破巖過程中，無論牙輪如何旋轉(zhuǎn)，牙輪上的旋轉(zhuǎn)齒均會(huì)是以前切削面在前，前切削面的背面在后的方位來刮切破巖。旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，在外力的作用下，沿垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的平面的力（分力）將會(huì)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)齒繞其旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的法線順著刮切方向來切削破巖，切削齒的前切削面法向始終指向刮切方向。本專利偏置的旋轉(zhuǎn)齒具有方位自調(diào)節(jié)自適應(yīng)功能，使旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件始終以前切削面在前、前切削面的背面在后的方位來刮切破巖。這樣，本專利上就能使用耐磨性強(qiáng)的金剛石類切削齒，特別是能使用極適合于以刮切方式破巖的PDC齒。本專利所采用的結(jié)構(gòu)方案為金剛石類切削齒，特別是PDC齒應(yīng)用在牙輪鉆頭上提供了條件。

2、本專利牙輪上的旋轉(zhuǎn)齒可相對牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)且旋轉(zhuǎn)齒的切削元件偏置，旋轉(zhuǎn)齒始終以穩(wěn)定的刮切面相對巖石刮切工作。無論鉆頭牙輪如何旋轉(zhuǎn)，牙輪及其上的旋轉(zhuǎn)齒的位置如何，不管牙輪上切削齒的刮切運(yùn)動(dòng)方向如何變化，牙輪上的旋轉(zhuǎn)齒始終會(huì)以其前切削面在前、前切削面的背面在后的方位刮切巖石，旋轉(zhuǎn)齒相對巖石的刮切工作方向始終不變，這有利于減緩切削齒的磨損。切削齒始終相對巖石的刮切摩擦方向不變，較普通牙輪上的切削齒工作時(shí)相對巖石的刮切方向不斷變化的工作方式，本專利即使采用與現(xiàn)有技術(shù)一致的切削齒（如硬質(zhì)合金齒），其切削齒的磨損及磨損鈍化速度均要好。

3、本專利上的旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件可采用耐磨性強(qiáng)且極適合以刮切方式破巖的PDC齒，PDC齒在刮切工作時(shí)具有良好的自銳性，聚晶金剛石層的磨損速度明顯慢于基體。普通牙輪上的切削齒在鉆頭破巖工作過程中，切削齒相對巖石之間的刮切方向在不斷變化，牙輪上的硬質(zhì)合金齒在刮切方向不斷變化的過程中齒頂菱角會(huì)被磨圓鈍化，刮切效率降低。旋轉(zhuǎn)齒上采用PDC齒，無論牙輪如何旋轉(zhuǎn)，切削齒的方位如何，旋轉(zhuǎn)齒上的PDC齒始終會(huì)以聚晶金剛石層在前基體在后的工作方位刮切巖石，PDC齒相對巖石的刮切方向始終保持不變，PDC齒始終以正常的方向刮切破巖，其有利于PDC齒刮切破巖優(yōu)勢的充分發(fā)揮，能充分利用PDC齒的耐磨性和自銳特性。PDC齒相對硬質(zhì)合金齒更易于侵入巖石、更易于刮切破巖。因此，復(fù)合鉆頭的牙輪上使用旋轉(zhuǎn)齒能明顯提高鉆頭使用壽命的同時(shí)，提高鉆頭切削齒的刮切效率和鉆頭的破巖效率。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面朝向其旋轉(zhuǎn)軸線。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的過幾何中心的法線與其旋轉(zhuǎn)軸線相交。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒包括與牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)連接的旋轉(zhuǎn)軸，以及固定在旋轉(zhuǎn)軸上的切削元件，切削元件選自聚晶金剛石復(fù)合片（PDC齒）、聚晶金剛石復(fù)合齒（即聚晶金剛石與基體采取前述復(fù)合片形式以外的復(fù)合形式，統(tǒng)稱為“聚晶金剛石復(fù)合齒”）、熱穩(wěn)定聚晶金剛石復(fù)合齒、孕鑲金剛石齒（塊）、立方碳化硼、陶瓷齒、或聚晶金剛石與孕鑲金剛石相復(fù)合而成的復(fù)合齒中的一種或多種，且切削元件為聚晶金剛石復(fù)合片、聚晶金剛石復(fù)合齒、或聚晶金剛石與孕鑲金剛石相復(fù)合而成的復(fù)合齒時(shí)，其切削齒的聚晶金剛石層的前端面為前切削面。該方案中，由于本專利采用旋轉(zhuǎn)齒的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件可以以穩(wěn)定的方向相對巖石刮切工作，因此本專利的旋轉(zhuǎn)齒上可使用耐磨性更好的上述切削元件，以提高鉆頭切削齒及整個(gè)鉆頭的使用壽命和破巖效率。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面或旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線的偏移距大于旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸半徑的八分之一，小于旋轉(zhuǎn)軸半徑的兩倍。該方案中，為使旋轉(zhuǎn)齒與巖石互作用工作時(shí)能順利旋轉(zhuǎn)至正確的刮切方向，并保持良好的刮切方位，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面或旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線的偏移距不能太小，偏移距越大越易于旋轉(zhuǎn)齒的順利旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使旋轉(zhuǎn)齒旋轉(zhuǎn)到正常方位的驅(qū)動(dòng)力也將越足，也越易于保證旋轉(zhuǎn)齒在牙輪不斷旋轉(zhuǎn)的過程中能保持良好的刮切方位。但偏移距也不能太大，太大的偏移距將使旋轉(zhuǎn)齒占據(jù)較大的旋轉(zhuǎn)空間，造成牙輪布齒空間的浪費(fèi)。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒的前切削面或旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線的偏移距在1～32mm之間。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件為1-6個(gè)。該方案中，旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件可以為1個(gè)，也可以為多個(gè)，可根據(jù)鉆頭尺寸、旋轉(zhuǎn)齒大小及切削元件的實(shí)際大小來設(shè)置旋轉(zhuǎn)齒上切削元件的數(shù)量。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件為1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)。

作為選擇，鉆頭體上設(shè)置1個(gè)牙輪。鉆頭外徑確定后，鉆頭上的空間是有限且寶貴的。復(fù)合鉆頭上只設(shè)置1個(gè)牙輪，有利于復(fù)合鉆頭的小尺寸化。當(dāng)所鉆的井眼較小，對應(yīng)鉆頭外徑較小時(shí)，鉆頭上留給牙輪的空間有限，復(fù)合鉆頭上可只設(shè)置1個(gè)牙輪形成單牙輪復(fù)合鉆頭。只有1個(gè)牙輪的單牙輪復(fù)合鉆頭，其牙輪與井底巖石的接觸面積一般較大，牙輪上大多數(shù)表面與井底巖石接觸，牙輪上的切削齒將以較長距離的刮切方式破碎巖石，牙輪上采用本專利的旋轉(zhuǎn)齒，有利于提高牙輪及鉆頭的破巖效率，延長鉆頭使用壽命。

作為選擇，鉆頭體上設(shè)置有2-4個(gè)牙輪。當(dāng)鉆頭外徑較大時(shí)，復(fù)合鉆頭上可設(shè)置多個(gè)牙輪，如2-4個(gè)牙輪。復(fù)合鉆頭上設(shè)置多個(gè)牙輪，可使鉆頭切削結(jié)構(gòu)更均衡更對稱，有利于提高鉆頭工作時(shí)的穩(wěn)定性。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒設(shè)置在鉆頭體的固定切削結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步地，旋轉(zhuǎn)齒設(shè)置在鉆頭徑向內(nèi)三分之一的心部區(qū)域上。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)復(fù)雜（如復(fù)合鉆進(jìn)）時(shí)，切削齒運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，切削齒相對巖石的刮切方向變化較大且變化頻繁。旋轉(zhuǎn)齒應(yīng)用于固定切削結(jié)構(gòu)上，能提高切削齒的刮切方向適應(yīng)性，提高切削齒使用壽命，進(jìn)而提高鉆頭的使用壽命。鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中發(fā)生橫振等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉆頭心部的切削齒因刮切方向變化頻繁易發(fā)生過早失效，在鉆頭徑向內(nèi)三分之一的心部區(qū)域上設(shè)置旋轉(zhuǎn)齒，能增強(qiáng)鉆頭心部切削齒的刮切方向適應(yīng)性，提高鉆頭使用壽命。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸與牙輪之間設(shè)置有限制旋轉(zhuǎn)齒在旋轉(zhuǎn)軸線方向上的運(yùn)動(dòng)的鎖緊結(jié)構(gòu)。該方案中，旋轉(zhuǎn)齒設(shè)置在牙輪上時(shí)，為防止旋轉(zhuǎn)齒沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向竄動(dòng)或沿軸線脫落，可在旋轉(zhuǎn)齒與牙輪之間設(shè)置鎖緊結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)旋轉(zhuǎn)齒的可靠性和安全性。這里的鎖緊是指將旋轉(zhuǎn)齒沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向限位，防止旋轉(zhuǎn)齒沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向竄動(dòng)或脫落，并不限制旋轉(zhuǎn)齒相對牙輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸與牙輪之間采用滾珠鎖緊。滾珠鎖緊可盡量減少影響旋轉(zhuǎn)齒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，能實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)齒沿其旋轉(zhuǎn)軸線方向限位和軸向鎖緊，且便于加工。

作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸與牙輪之間設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)。該方案中，鉆頭工作時(shí)處在鉆井液、巖屑等環(huán)境中，旋轉(zhuǎn)齒可相對牙輪旋轉(zhuǎn)，為防止其他物質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)齒與牙輪的旋轉(zhuǎn)副之間，可在旋轉(zhuǎn)齒與牙輪之間設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，以減小旋轉(zhuǎn)副的磨損，延長旋轉(zhuǎn)副的使用壽命。

前述本發(fā)明主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本發(fā)明可采用并要求保護(hù)的方案；且本發(fā)明，（各非沖突選擇）選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識可明了有多種組合，均為本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。

附圖說明

圖1、圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)齒刮切破巖時(shí)的示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸為設(shè)置有階梯的軸頸狀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸為圓柱形的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6、圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件為2個(gè)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8、圖9為本發(fā)明實(shí)施例1的鉆頭體上設(shè)置1個(gè)牙輪，牙輪前端設(shè)有固定切削結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例2的鉆頭體上設(shè)置2個(gè)牙輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例4、實(shí)施例5的旋轉(zhuǎn)齒與牙輪之間設(shè)置有鎖緊結(jié)構(gòu)及密封結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為常規(guī)PDC齒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為常規(guī)PDC齒正常刮切破巖時(shí)的示意圖。

圖14、圖15、圖16為本發(fā)明實(shí)施例1的旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件的形狀分別為半圓柱形、楔形和豎向設(shè)置的圓柱形的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、鉆頭體，2、牙輪，3、旋轉(zhuǎn)齒，31、PDC齒基體，32、PDC齒的聚晶金剛石層，33、旋轉(zhuǎn)齒的前切削面，34、旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線，35、旋轉(zhuǎn)齒的后切削面，36、旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸，37、旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的背面，4、固定切削結(jié)構(gòu)，41、固定切削齒，5、密封結(jié)構(gòu)，6、鎖緊結(jié)構(gòu)，7、巖石。

具體實(shí)施方式

下列非限制性實(shí)施例用于說明本發(fā)明。

實(shí)施例1：

參考圖1-5所示，一種具有旋轉(zhuǎn)齒的復(fù)合鉆頭，包括鉆頭體1、固定切削結(jié)構(gòu)4和牙輪2，固定切削結(jié)構(gòu)4上設(shè)置有固定切削齒41，牙輪2與鉆頭體1為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，牙輪2能相對鉆頭體1轉(zhuǎn)動(dòng)，牙輪2上設(shè)置有切削齒，鉆頭體1上設(shè)有至少一個(gè)牙輪2，牙輪2上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒3，旋轉(zhuǎn)齒3與牙輪2形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)齒3能相對牙輪2轉(zhuǎn)動(dòng)。作為選擇，如本實(shí)施例所示，旋轉(zhuǎn)齒3包括與牙輪2轉(zhuǎn)動(dòng)連接的旋轉(zhuǎn)軸36，以及固定在旋轉(zhuǎn)軸36上的切削元件，牙輪2上對應(yīng)設(shè)有容納匹配旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸36的軸孔，旋轉(zhuǎn)軸36插入軸孔內(nèi)在牙輪2上旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸36可以有多種形式，例如圖4、7為旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸36為設(shè)置有階梯的軸頸狀，圖5、6為旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸36為圓柱形。切削元件固結(jié)于旋轉(zhuǎn)軸36的頂面，其前端面（耐磨層的前端面）與旋轉(zhuǎn)軸36的頂面成一夾角，切削元件與旋轉(zhuǎn)軸36的固結(jié)形式也可以有多種方式：例如圖4、5所示，其部分基體和耐磨層側(cè)面陷入固定于頂面內(nèi)，或者如圖6、7所示，在頂面內(nèi)形成一凸臺(tái)，其基體部分側(cè)面陷入固定于凸臺(tái)內(nèi)，而耐磨層則出露于凸臺(tái)外。旋轉(zhuǎn)齒3的切削元件的前切削面33或前切削面33的幾何中心O相對旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸線34偏移，且旋轉(zhuǎn)齒3的后切削面35或后切削面35的幾何中心在偏移方同側(cè)，前切削面33相對后切削面35靠近旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線34，并能繞旋轉(zhuǎn)軸線34在牙輪2上旋轉(zhuǎn)。作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒3上的切削元件為聚晶金剛石復(fù)合片（PDC齒）、聚晶金剛石復(fù)合齒、熱穩(wěn)定聚晶金剛石復(fù)合齒、孕鑲金剛石齒（塊）、立方碳化硼、陶瓷齒、或聚晶金剛石與孕鑲金剛石相復(fù)合而成的復(fù)合齒。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒3上的切削元件為聚晶金剛石復(fù)合片（PDC齒）。聚晶金剛石復(fù)合片由聚晶金剛石層32和基體31兩部分組成（參見圖12），其中聚晶金剛石層32的前端面即為切削元件的前切削面33，側(cè)面為后切削面35（參考圖3）。作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒3上的切削元件的形狀為半圓柱形（參考圖14）、楔形（參考圖15）或豎向設(shè)置的圓柱形（參考圖16）等。作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒3的前切削面33或旋轉(zhuǎn)齒3的前切削面33的幾何中心O相對旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸線34的偏移距S大于旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸36半徑（旋轉(zhuǎn)軸36置于軸孔內(nèi)的圓柱或軸頸部分的半徑）的八分之一，小于旋轉(zhuǎn)軸36半徑的兩倍（參考圖3、圖11）。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒3的前切削面33或旋轉(zhuǎn)齒3的前切削面33的幾何中心相對旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸線34的偏移距S在1～32mm之間。旋轉(zhuǎn)齒上的切削元件可以為1個(gè)，也可以為多個(gè)。作為選擇，旋轉(zhuǎn)齒3上的切削元件為1-6個(gè)。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒3上的切削元件為1個(gè)（如圖1、圖2、圖4、圖5）、2個(gè)（如圖6、圖7）或3個(gè)。切削單元1個(gè)時(shí)，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)齒的前切削面的過幾何中心的法線與其旋轉(zhuǎn)軸線34相交。當(dāng)切削單元多個(gè)時(shí)，各切削單元的前切削面33并排朝向旋轉(zhuǎn)軸線34，并相對旋轉(zhuǎn)軸線34左右均布。鉆頭體上設(shè)置的牙輪可以為1個(gè)，也可以為多個(gè)。作為選擇，鉆頭體上設(shè)置1個(gè)牙輪（如圖1、圖2、圖8、圖9）。作為選擇，鉆頭體1上設(shè)置有2-4個(gè)牙輪，參考圖10所示，鉆頭體1上設(shè)置有2個(gè)牙輪。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：旋轉(zhuǎn)齒3設(shè)置在鉆頭體1的固定切削結(jié)構(gòu)4上。

實(shí)施例3：

參考圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸與牙輪2之間設(shè)置有限制旋轉(zhuǎn)齒3沿旋轉(zhuǎn)軸線34方向相對牙輪2運(yùn)動(dòng)的鎖緊結(jié)構(gòu)6。旋轉(zhuǎn)齒3與牙輪2之間可設(shè)置彈性擋圈結(jié)構(gòu)，以防止旋轉(zhuǎn)齒3沿旋轉(zhuǎn)軸線34的方向竄動(dòng)或沿軸線脫落，旋轉(zhuǎn)齒3與牙輪2之間可設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu)，通過螺帽將旋轉(zhuǎn)齒3限位在牙輪2的旋轉(zhuǎn)齒孔內(nèi)防止旋轉(zhuǎn)齒沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向竄動(dòng)或脫落。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒3與牙輪2之間采用滾珠鎖緊（如圖11）。

實(shí)施例4：

參考圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸與牙輪2之間設(shè)置有密封結(jié)構(gòu)5。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。