例如参见US-A-4,428,271，已知钻头的牙轮通过牙轮的多边形轴 栓装入鞍座中。影响已知钻头的巨大钻探力常常折断每个牙轮的一个 轴栓。

本发明的一个目的是提供一种钻头、牙轮以及鞍座，其设计有助 于获得更长的生产周期。
根据本发明，提供一种用于旋转钻探土层和岩层前面的钻头，包 括：主体，具有安装面；用于牙轮的至少一个鞍座，由主体支撑；所 述鞍座具有支腿，每个支腿具有与第一支撑面相连的第一臂和第二臂； 所述鞍座具有孔，用于接受固定部件，所述部件与第一支撑面相交； 所述牙轮具有多排压碎部件，可相对于中心线旋转；以及轴，具有轴 栓，每个轴栓具有第二支撑面，用于和第一支撑面配合，以将牙轮保 持在鞍座中；所述轴栓具有用于接受固定部件的孔，并与第二支撑面 相交；所述固定部件用于连接轴栓和臂；所述第一支撑面和第二支撑 面是曲面，其特征在于，第一支撑面和第二支撑面与防止轴转动的部 件直接或间接相连，并且固定部件用于将防止轴转动的部件保持在一 起。
根据本发明，提供一种用于旋转钻探土层和岩层前面的钻头的鞍 座，所述钻头包括：主体，具有安装面；和用于牙轮的至少一个鞍座， 由主体支撑在安装面上；所述鞍座具有两个支腿，在支腿之间安装牙 轮；每个支腿具有第一臂和第二臂，从安装面延伸，与第一支撑面相 连；所述鞍座具有孔，用于接受固定部件，所述孔与第一支撑面相交； 所述固定部件用于将牙轮保持在鞍座上；所述第一支撑面是曲面，其 特征在于，第一支撑面直接或间接地与台肩相连，所述台肩以防止轴 转动的方式与轴的一端接合。
根据本发明，提供一种用于旋转钻探土层和岩层前面的钻头中的 牙轮，所述钻头包括，主体，具有安装面；用于牙轮的至少一个鞍座， 由主体支撑在安装面上；所述牙轮具有多排压碎部件，可相对于中心 线旋转；以及轴，具有轴栓，至少一个轴栓具有第二支撑面，用于和 鞍座配合；至少一个所述轴栓具有孔，用于接受固定部件并与第二支 撑面相交；所述第二支撑面是曲面，其特征在于，第二支撑面直接或 间接地与防止轴转动的凸缘相连。
本发明的另一目的是提供一种耐用的牙轮。
本发明的另一个目的是提供一种牙轮和鞍座，其设计为可防止所 述牙轮和鞍座互相松开。
附图说明
通过提供根据本发明的钻头、牙轮和鞍座，可达到上述的这些以 及其它目的。参考包含的附图，本发明在下文中更全面地得以说明。
图中，图1显示通过一个扩孔头的轴向横截面，所述扩孔头用于 形成包含按照本发明的牙轮和鞍座的孔。
图2A是图1扩孔头的侧视图，显示按照本发明的牙轮和鞍座；图 2B显示按照本发明的牙轮和鞍座的第一端视图；图2C示意性地显示 与图2B端视图相对的牙轮和鞍座的第二端视图。
图3A是显示按照本发明的鞍座的侧视图；图3B和图3C分别显 示图3A中按照箭头3B和3C的鞍座相对的端视图；图3D和图3E显 示相应于图3B和图3C端面的顶视图。
图4A显示按照本发明的牙轮的侧视图。图4B显示按照本发明的 图4A牙轮轴的侧视图。图4C是显示牙轮轴的另一侧视图。图4D和 图4E显示轴相对的端视图。

图1显示如何由参考标号10所描述的扩孔头在岩矿上下高度(未 显示)之间按照传统的方式扩孔而预钻出导向孔。扩孔头10连接到驱 动柄12，扩孔头10通过所述驱动柄旋转并被推压到环绕导向孔11的 环形面13上。从而面13界定了土层面。
本发明通常涉及钻土，但首要地是用于钻孔(raise boring)。在 钻孔时(raise boring)钻出岩矿上下高度之间的距离，此后通过更大直 径的钻头扩大导向孔。
钻头10包括主体16，多个牙轮或者刀具14，所述牙轮或刀具按 可旋转的方式轴接在(journalled)附件或鞍座15的主体上。每个牙轮 包括圆周排列的多排已知的硬金属圆顶或压碎部件。鞍座15安装在主 体16上。驱动柄12与主体16相连。
主体16具有安装鞍座15的安装面17。鞍座15包括底面18，适 于和安装面17通过诸如螺栓或焊接相连。鞍座15还包括两个支腿19、 20，牙轮14安装在两者之间。支腿19、20在底面18的对立端具有臂 21、22。臂21、22距离底面18不同的长度，即，在钻头旋转方向RB 上引导的臂22(见图2B)比牵引(trailing)臂21更长。臂21、22围 成一个凹槽50，每个凹槽具有凹形支撑曲面23，至少部分是环形或圆 柱形。支撑面的法线N基本垂直于底面18，与牙轮14的旋转轴或中 心线CL相交。支撑面23通过圆角24在牙轮14的旋转方向上向前与 台肩或凸缘25相连。圆角24包括一个凹槽，用于降低在支撑面23和 台肩25之间的区域形成断裂的危险。台肩25在虚圆C内侧凸出，所 述虚圆全部或部分地与支撑面23邻接或与之相符(见图3C)。台肩 25包括停止面26，其基本平行于和牙轮旋转轴线相交的平面。支撑面 还与斜面27相连，所述斜面在端部基本沿着支撑面23的切线方向， 所述端部与圆角或台肩完全相对。斜面27扩展支撑面23处的空间， 以利于将牙轮14的轴栓放入鞍座中。每个支腿19、20的内侧都具有 空隙，比如切角面28和凹槽29，以避免与牙轮的轴栓相接触。每个支 腿具有第一通孔30，在所示实施例中，所述通孔位于布置了轴肩25的 法线N同一侧的支撑面23中。从牙轮的轴向看，孔30在支撑面的中 间区域。孔30具有中心线CL1，在所示实施例中与法线成α角，并优 选地位于布置了轴肩25的法线N同一侧的凹槽31的壁面32中。角α 为0°-60°。如果所述角α是0°，中心线CL1与法线N重合，从而 凹槽在鞍座中央形成以接纳螺母(未显示)。孔30的中心线CL1与牙 轮的旋转轴CL不相交，但是在离牙轮旋转轴垂直距离为X的下面延 伸。该距离X为支撑面23的半径R1的10-50％。
牙轮14包括轴33，每个轴的两端具有轴栓34和35，所述每个轴 栓具有基本上是圆柱形或凸曲形(convexly curved)的支撑面36，用于 与鞍座中的支撑面23相邻接。支撑面36在圆周上延伸大约180°。轴 栓34、35具有第二通孔37，与平面38以及凸曲形支撑面36相交。支 撑面36在牙轮14的旋转方向RC上向前与凹槽39相连。凹槽39形成 指向内部的凸缘40和圆柱形、凸的自由面41。凸缘40在与支撑面36 相符的虚圆C内延伸。凸缘40基本是平的，与鞍座的底面18平行。 自由面41用于形成适合台肩25的一个空间，使得轴能在鞍座中旋转 大约45°。平面38用于在安装时构成螺栓头的支撑。每个轴栓34、 35中具有第二通孔37，所述通孔位于(port)布置凸缘的法线N同一 侧的支撑面36中。孔37具有中心线CL2，与法线N成α角，所述中 心线位于布置凸缘的法线N同一侧的支撑面36中。角α为0°-60°。 如果所述角α是0°，中心线CL2与法线N重合。孔37的中心线CL2 与牙轮的旋转轴CL不相交，但是在离牙轮旋转轴垂直距离为X的下 面延伸。距离X为支撑面36的半径R2的10-50％。半径R1和R2基 本上相同。两个轴栓34、35中孔37的中心线CL2与轴栓根部42的轴 向距离为Y。但是，轴栓35比轴栓34短一些，使得牙轮14能够定位 在钻头上任意的(optional)鞍座中。
以下首先参照图2A-2C将牙轮14安装到鞍座15上。鞍座15连接 在钻头10上。重约125kg的牙轮14被提起和旋转，使得每个轴栓34、 35的最大直径小于鞍座中台肩25和斜面27之间的开口。从而，牙轮 能够放下进入鞍座中，直至支撑面36与支撑面23相邻接。由于由背 离支撑面23的斜面27的端部和停止面26所界定的平面P中，能够充 分肯定轴33的最大尺寸比平面P中凹槽50的最小尺寸小，所以前述 放下时能够保持孔37的中心线CL2垂直，但中心线CL2的角度可相 对于孔30的中心线CL1变化。支撑面23由半径R1确定，其中心位于 平面P上，实质是在旋转轴CL上。因而，中心线CL2的角可在距法 线N左侧20°与距法线右侧大约30°之间的范围内变动。随后，轴栓 通过手或者插入孔37中的杆件，例如螺栓43，在牙轮的旋转方向RC 上旋转。在所述旋转期间，在表面41和台肩25之间存在间隔。轴栓 绕着旋转轴CL旋转，直至凸缘40与台肩25的停止面26相邻接。凸 缘40和台肩25也能称为阻止(counteract)轴33旋转的部件。部件 25、40仅在支撑面23、36法线N的一侧。该位置上，中心线CL1和 CL2基本上相互对齐，因此，螺栓43形式的固定部件可能通过垫圈(未 显示)能够穿过两个孔37、30，直至螺栓头与表面38相邻接。从而， 螺栓有螺纹的另一端在凹槽31上凸出，使得螺母44沿所述端旋紧， 拉紧所述连接。从而，螺栓43相对于旋转轴CL偏心转动，因此拉紧 力将凸缘40和台肩25的停止面基本上恒定地保持在一起。螺栓43与 法线N形成0°-60°的角。即使在钻孔期间螺栓折断或者松动，旋转 方向RC上仍将保持凸缘40和台肩25的停止面26之间的接触，使得 牙轮会保持在鞍座中。螺栓43的偏置引起其在拉紧期间轴33的旋转， 从而，轴被预压到台肩25上。
如US-A-5,984,024中所述，轴33优选地具有一个内腔，形成空间 用于放置球轴承或滚珠轴承，以及用于接受润滑装置和停止部件，因 此其被引入到本说明书中作为参考。
因此，本发明涉及一种钻头及其牙轮和鞍座，用于旋转钻探土层 和岩层前面，通过设计更加耐用的牙轮有助于获得更长的生产周期， 并且即使固定部件变松，该设计也能防止所述牙轮和鞍座互相松开。