牙轮钻机钻具---牙轮钻头

1）牙轮钻头。牙轮钻具工作原理：钻机通过钻杆给钻头施加足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头转动时，各牙轮又绕自身轴滚动，滚动的方向与钻头转动方向相反。牙轮齿在加压滚动过程中，对岩石产生碾压作用；由于牙轮齿以单齿和双齿交替地接触岩石，当单齿着地时牙轮轴心高，而双齿着地时轴心低，如此反复进行，使岩石受到周期性冲击作用；又由于牙轮的超顶、退轴（3个牙轮的锥顶与钻头中心不重合）、移动（3个牙轮的轴线不交于钻头中心线）和牙轮的复锥形状、使牙轮在孔底工作时还产生一定的滑动，对岩石产生切削作用。因此，牙轮钻头破碎岩石实际上是冲击、碾压和切削的复合作用。

（1）牙轮钻头的分类与基本结构。牙轮钻头按牙轮的数目分，有单牙轮、双牙轮、三牙轮及多牙轮的钻头。单牙轮及双牙轮钻头多用于直径小于150mm的软岩钻进。多牙轮钻头多用于炮孔直径180mm以上岩心钻进，矿山主要使用三牙轮钻头，三牙轮钻头又可分为压缩空气排渣风冷式及储油密封式两种。压气排渣风冷式牙轮钻头（简称压气式钻头）是用压缩空气排除岩渣的。此种钻头使用于露天矿的钻孔作业。通常钻凿炮孔直径为150～445mm，孔深在20m以下。

压气式钻头由3片牙爪及在其轴颈上通过轴承（滚柱、钢球、滑动衬套）装配3个互相配合的牙轮所组成。牙爪尾部螺纹与钻杆相连接。牙轮上镶嵌硬质合金柱齿，起着直接破碎岩石的作用。牙爪借助滚柱、钢球和衬套绕爪轴口转，钻机钻压通过轴承传递给牙齿并作用于岩石。径向负荷主要由轴颈滚柱轴承和衬套承受。滚珠轴承用以支持牙轮，在某些情况下用以承受径向和轴向负荷。钢球由塞销孔装入，并由塞销支持，牙轮衬套两端设有止推面，牙轮内端嵌有止推声，平面止推轴承嵌有减磨柱用以减少平面止推轴承的磨损。

为了减轻牙爪爪尖的磨损，牙爪尖部镶嵌有平顶硬质合金柱或堆焊碳化钨耐磨合金。钻头内腔有气流分配系统。压气通过钻杆输入牙轮钻头体内腔，其中大部分压气由牙爪侧边3个或更换的喷嘴吹至炮孔底，将岩渣由孔壁与钻杆之间的环形空间排至孔外。喷嘴用固定螺钉固定在钻头体上。当压气突然中断供应时，为防止孔底岩渣或水侵入轴承，在喷嘴处设有逆止阀。另一部分压气通过挡渣管、冷却气道进入轴承各部冷却轴承。

储油密封式牙轮钻头是用清水或泥浆排除炮孔内岩渣的。此种钻头使用于石油钻孔、地质勘探钻孔及地下矿山钻孔或配套用于地下天井牙轮钻机。

储油密封钻头与压气式钻头的主要不同之处是：为防止岩渣、泥屑进入钻头轴承内腔，在轴承端部设有径向密封装置。为储存并向轴承腔补充润滑脂，在爪牙上端设有储油囊，润滑脂经由长油孔进入轴承内腔。牙轮钻头钻进时，钻孔内的水或泥浆压力经由压盖上的传压孔作用于储油囊上。油囊中润滑脂不断流入轴承内腔。钻头轴承长时间工作后，其内腔压力增大。为防止因内压过大而破坏密封圈和油囊，在钻头上设有泄压阀。洗井液通过喷嘴形成高速射流，冲刷孔底，排出岩屑。

储油密封轴承有滚动及滑动轴承两种形式。两者不同之处是：密封滑动轴承的大轴承部位用滑动轴承代替了滚柱轴承，增大了轴承工作面，承压面积大，接触疲劳应力小，轴承寿命长。