顶板钻头尖、顶板钻头尖本体以及用于顶板钻头尖的硬质切削镶片 |
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| 申请号 | CN201080005124.9 | 申请日 | 2010-01-25 | 公开(公告)号 | CN102292514A | 公开(公告)日 | 2011-12-21 |
| 申请人 | 钴碳化钨硬质合金公司; | 发明人 | C·A·斯沃普; D·E·比塞; K·E·斯特罗斯曼; T·D·希尔; | ||||
| 摘要 | 一种顶板 钻头 尖(18)具有一个狭长的顶板钻头尖本体(20)，该本体具有一个前端(22)和一个后端(24)。顶板钻头尖本体(20)包含在前端(22)处的一个槽缝(28A)。顶板钻头尖本体(20)包含一个出灰端口(50A、50B)，其中该出灰端口(50A、50B)具有一条中心纵向出灰轴线(D-D)。这种顶板钻头尖进一步具有一个接收在槽缝(28)内的硬质镶片(72)，其中硬质镶片(72)具有一个前导表面(82)。硬质镶片(72)的前导表面(82)是在旋转意义上超前于该出灰端口(50A、50B)的中心纵向出灰轴线(D-D)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种顶板钻头尖，包括： |
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| 说明书全文 | 顶板钻头尖、顶板钻头尖本体以及用于顶板钻头尖的硬质切削镶片 [0001] 背景 [0002] 本发明涉及一种顶板钻头尖、连同一种顶板钻头尖本体以及用于顶板钻头尖中的一种硬质切削镶片，该顶板钻头尖具有在矿井顶板中钻削井孔的典型用途。更具体地说，本发明涉及一种顶板钻头尖、连同一种顶板钻头尖本体以及用于顶板钻头尖中的一种硬质切削镶片，该顶板钻头尖由于在钻削碎片的排出以及硬质切削镶片的固持方面的改进而显示出在顶板栓接操作中钻削井孔的性能的改进。该顶板钻头尖的主要部件，即，顶板钻头尖本体以及硬质切削镶片，有助于这些性能改进。授予Monyak的美国专利号5,200,967、授予Dunn等人的美国专利号6,595,305B1、授予Bise等人的美国专利号6,684,968B2、授予Bise的美国专利号6,915,867B2、授予Bise等人的美国专利号6,945,340B2以及授予Woods等人的美国专利号7,168,511B2披露了示例性的顶板钻头尖。这些专利各自特此通过引用结合在此。 [0003] 扩充一个地下矿(例如，煤矿)要求挖掘一个隧道，该隧道最初具有一个无支撑的顶板。为了给顶板提供支撑，操作者使用一种顶板钻头尖来钻削井孔，其中这些井孔可以从大约两英尺到二十英尺而延伸进入地层中。顶板钻头尖附接在一个钎钢上，该钎钢连接到一个旋转驱动件上。旋转驱动件给顶板钻头尖提供动力以便钻削井孔。然后操作者将顶板螺栓固定在这些井孔内并且一个顶板支架(例如，一个顶板面板)连接到顶板螺栓上以便支撑该地下矿的顶板。 [0004] 正如大家可以理解的，钻削操作产生了钻削碎片。重要的是从井孔的附近移除这种钻削碎片。从井孔的附近移除或排出钻削碎片的一种典型方式是在顶板钻头尖本体中的出灰端口处施加真空。在真空下，钻削碎片经过出灰端口并且经过一个中空钎钢的孔进入一个碎片收集器中。该碎片收集器远离该井孔。 [0005] 尽管利用真空来排出钻削碎片的早期顶板钻头尖是以一种令人满意的方式操作，但还存在一种需要来对顶板钻头尖的操作进行改进。更确切地说，存在需要来提供一种改进的顶板钻头尖，该改进的顶板钻头尖显示了在钻削碎片的排出方面的一种改进。 [0006] 顶板钻头尖以高的旋转速度操作。例如，一个典型的旋转速度是650rpm(转每分钟)。当以这样的速度操作时，典型地，钻削碎片不直接进入出灰端口，而是在进入一个出灰端口之前在顶板钻头尖的圆周附近行进。换句话说，钻削碎片不直接进入最靠近产生钻削碎片的接合点的出灰端口。而是，钻削碎片在进入一个出灰端口之前在顶板钻头尖本体的圆周附近行进，该出灰端口不是最靠近接合点的出灰端口。显著的缺点产生于早期顶板钻头尖无力不能直接经出灰端口而排出钻削碎片。 [0007] 一个这样的缺点是在钻头尖本体的表面上的过度磨损。钻削碎片显示出磨料特征，这样在顶板钻头尖以高速度旋转时，在限定了井孔的地层与顶板钻头尖本体之间的钻削碎片磨蚀了顶板钻头尖本体。这种磨损减小了硬质切削镶片的下面支撑，随着时间的过去这可以导致顶板钻头尖过早脱离服务，即，减小了预期的有效工具寿命。将高度希望的是提供一种改进的顶板钻头尖，该改进的顶板钻头尖提供了在出灰端口处的真空影响下排出钻削碎片的一种改进。 [0008] 与早期的顶板钻头尖不能直接经出灰端口排出钻削碎片相关联的另一个显著的缺点是一旦顶板钻头尖停止运行，顶板钻头尖变得粘黏的倾向增大。在顶板钻头尖与限定该井孔的地层之间存在钻削碎片可能使顶板钻头尖-钎钢组件的移除是困难的。实际上钻削碎片可以将顶板钻头尖摩擦性地保持或保留在井孔内。因此，当顶板钻头尖的旋转停止时，操作者试图移出该顶板钻头尖-钎钢组件可能遇到问题。例如，操作者可能不能没有很大困难地移出整个顶板钻头尖-钎钢组件。作为另一个实例，在试图从井孔中移出顶板钻头尖-钎钢组件的过程中，钎钢可能与顶板钻头尖脱接合。结果是顶板钻头尖仍然粘在孔中。正如大家可以理解的，这些困难降低了采矿操作的总生产效率。因此，他们将高度希望提供一种改进的顶板钻头尖，该顶板钻头尖更好地排出了钻削碎片，从而减少或消除了保留在限定井孔的地层与顶板钻头尖之间的钻削碎片。 [0009] 典型地，一种顶板钻头尖使用一种烧结碳化物硬质镶片来首先冲击基底或地层，该硬质镶片是在该钻头尖本体的轴向前端处。该硬质镶片被钎焊在顶板钻头尖本体的轴向前端处的一个槽缝内，所以在顶板钻头尖本体与硬质镶片之间存在一个钎焊接点。典型地，钎焊接点面积的增加通常导致钎焊接点强度的增加。这种钎焊接点强度的增加有助于使硬质镶片更好地保持在顶板钻头尖本体上。更好的钻孔效率产生于使用具有更好地保持在其上的硬质镶片(或切削构件)的一种顶板钻头尖。因此，将高度希望提供一种改进的顶板钻头尖，该顶板钻头尖具有在硬质镶片与顶板钻头尖本体之间的一个钎焊接点，该钎焊接点显示出比此前的更大的钎焊接点面积。 [0010] 在一个顶板钻头尖中，顶板钻头尖本体为附连在其上的硬质镶片提供支撑。迄今为止，顶板钻头尖本体没有为附连在其上的硬质镶片提供全力的支撑。换句话说，顶板钻头尖本体没有接触或支撑硬质镶片的整个底表面，而是，邻近切削刃的硬质镶片的拐角缺少该顶板钻头尖本体的支撑。缺少这种支撑可能导致硬质镶片的损失，该损失可能等同于顶板钻头尖的过早失效。因此，将高度希望提供一种改进的顶板钻头尖，该改进的顶板钻头尖为附连在其上的硬质镶片提供全力的支撑。 [0011] 地下矿的工作环境由于一个无支撑的顶板而具有固有的危险。因此，有利的是能够以一种有效率的方式钻削井孔以将顶板无支撑的时间最小化。人们可以通过提供一种经其出灰端口而更好地排出钻削碎片的顶板钻头尖来增加钻削操作的总效率。人们可以通过提供一种在钻削操作过程中更好地将硬质镶片保持在顶板钻头尖本体上的顶板钻头尖来增加钻削操作的总效率。 [0012] 概述 [0013] 在其一种形式中，本发明是一种顶板钻头尖，该顶板钻头尖包括一个狭长的顶板钻头尖本体，该顶板钻头尖本体具有一个前端以及一个后端。该顶板钻头尖本体包含在该前端处的一个槽缝以及一个出灰端口，其中该出灰端口具有一条中心纵向出灰轴线。该顶板钻头尖进一步具有一个硬质镶片，该硬质镶片被接收在该槽缝内、具有一个前导表面。该硬质镶片的前导表面是在旋转意义上超前该出灰端口的中心纵向轴线。 [0014] 在其另一种形式中，本发明是一种顶板钻头尖本体，该顶板钻头尖本体包括一个狭长的本体构件，该构件具有一个前端以及一个后端。该狭长的本体构件包含在其前端中的一个槽缝，由此该槽缝将该狭长的本体构件的前端二等分成相对的对称部分。该顶板钻头尖本体进一步包含一个在其中的内部孔。该顶板钻头尖本体包含一对出灰端口，其中这些出灰端口各自对应于一个相应的对称部分。这些对称部分各自具有一个扭转的螺旋表面，其中该扭转的螺旋表面具有在其对应的出灰端口处的一个轴向向后的终止端。这些扭转的螺旋部分各自具有一个最小横向尺寸。这对扭转的螺旋部分的最小横向尺寸之和是等于该顶板钻头尖本体中的内部孔的内部横向尺寸。 [0015] 在其又一种形式中，本发明是与一个顶板钻头尖一起使用的一种硬质镶片，其中该顶板钻头尖包含在其轴向前端处的一个槽缝。该硬质镶片包括一个硬质镶片本体，该硬质镶片本体具有一个底表面，该底表面具有相反的横向末端。该底表面具有邻近这些横向末端之一的一个横向表面以及邻近这些横向末端中另一个的另一个横向表面。该底表面具有一个居中的弧形部分，该居中的弧形部分介于该一个横向表面与该另一个横向表面之间并且与它们相邻接。 [0017] 以下是对附图的简要说明，这些附图形成本专利申请的一部分： [0018] 图1是一个顶板钻头尖本体的一个具体实施方案的等角视图； [0019] 图2是图1的顶板钻头尖本体的具体实施方案的等角侧视图； [0020] 图3是沿图4的截面线3-3截取的图1的顶板钻头尖本体的截面视图； [0021] 图4是图1的顶板钻头尖本体的俯视图； [0022] 图5是图1的顶板钻头尖本体的底视图； [0023] 图6是使用图1的顶板钻头尖本体的具体实施方案的一种顶板钻头尖的一个具体实施方案的等角视图； [0024] 图7是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于一种取向； [0025] 图8是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于超前图7的取向九十度的一种取向； [0026] 图9是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的俯视图； [0027] 图10是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的等角视图，其中将硬质镶片从该顶板钻头尖本体上分解出； [0028] 图11A是一个现有技术的顶板钻头尖的侧视图； [0029] 图11B是图11A的现有技术的顶板钻头尖的俯视图； [0030] 图12A是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于钻孔操作中一个井孔内的一种取向； [0031] 图12B是图6的顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于钻孔操作中一个井孔内的另一种取向，该取向是相对于图12A的取向被旋转超前九十度； [0032] 图13A是图11A和11B的现有技术顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于钻孔操作中一个井孔内的一种取向；并且 [0033] 图13B是图11A和11B的现有技术顶板钻头尖的具体实施方案的侧视图，其中该顶板钻头尖是处于钻孔操作中一个井孔内的另一种取向，该取向是相对于图13A的取向被旋转超前九十度。 [0034] 详细说明 [0035] 参见图1，示出了总体上表示为20的一个顶板钻头尖本体的一个具体实施方案，该顶板钻头尖本体是整个顶板钻头尖18的一个主要部件。顶板钻头尖本体20具有一个轴向前端22和一个轴向后端24。顶板钻头尖本体20具有一条中心纵向本体轴线A-A。制造该顶板钻头尖本体20的优选方法是冷成形。正如从以下讨论中将变得清楚的，使用冷成形技术来制造顶板钻头尖本体20产生了会改进该顶板钻头尖自身的整体性能的多个优点。授予Bise的美国专利号6,915,867B2(转让给Kennametal Inc.of Latrobe，Pennsylvania)披露了通过冷成形技术制造的一种顶板钻头尖本体。 [0036] 尽管优选的制造技术是冷成形，但应理解粉末冶金技术也适合于制造顶板钻头尖本体20。粉末冶金技术提供了采用多种多样的材料来制造该顶板钻头尖本体的机会。这与要求机加工或广泛机加工的制造过程是大不相同的。 [0037] 顶板钻头尖本体20包含在其轴向前端22中的一个直径槽缝28。直径槽缝28实质上将轴向前端22分成两个总体上对称的部分，这两个对称的部分总体上被指出为一个对称部分30A以及另一个(相对的)对称部分30B。 [0038] 仍参见图1，对称部分30B(如在图1中所见是在直径槽缝28的右侧)呈现出了在轴向向后的方向上移动的多个跟随表面。该轴向最靠前的表面是一个向前的弧形表面34B。该前部弧形表面34B然后与前部的居中表面36B融成一体，该前部的居中表面进而与后部的居中表面38B融成一体。后部的居中表面38B与后表面40B融成一体，该后表面进而与螺旋的扭转表面42B融成一体。螺旋的扭转表面42B具有一种成螺旋角“B”的螺旋取向。 螺旋角B的范围可以在大约10度与大约50度之间。优选的螺旋角B是大约30度。螺旋的扭转表面42B具有等于4.375英寸的一个优选间距。扭转的螺旋表面42B的间距的范围可以在大约0.1英寸与大约5英寸之间。螺旋的扭转表面42B在该轴向向后的方向上延伸并且通向出灰端口50B，这样当它在轴向向后的方向上移动时，它最后在其对应的出灰端口 50B处终止。 [0039] 应该理解，上述表面中的前四个(即，前部的弧形表面34B、前部的居中表面36B、前部的居中表面38B、以及后表面40B)的几何形状不必须完全像在此说明的这些表面。这些表面可以呈现出任何适合的几何形状，只要它们起到将撞击在其上的钻削碎片朝着螺旋扭转的表面42B引导或转移的作用。尽管将在以下进行说明，钻削碎片在螺旋扭转的表面42B上行进并且在施加于出灰端口50B处的真空的影响下进入出灰端口50B中。 [0040] 总的来说，一个对称部分30A提供了引导切削碎片沿着其表面进入出灰端口50A中的多个表面。另一个对称部分30B提供了引导切削碎片沿着其表面进入出灰端口50B中的多个表面。这种钻削碎片是由该硬质镶片的邻近切削刃的钻削/切削产生的碎片。钻削碎片可以处于灰尘和小微粒的形式。钻削碎片还可以包括地层的较大颗粒和片。 [0041] 一个直立表面44B邻近螺旋扭转表面42B。直立表面44B起一个挡板的作用以帮助保持切削碎片的流动朝向出灰端口50B。在此方面，任何在扭转的螺旋表面42B上在一个径向向内方向上流动的切削碎片可以撞击直立表面44B，该直立表面引导切削碎片返回该扭转的螺旋表面42B。直立壁44B的存在有助于切削碎片更有效率地向该出灰端口传送。 [0042] 另一个对称部分30A在几何形状上类似于该一个对称部分30B。在此方面，对称部分30A包含与对称部分30B相同的几何特征、并且关于切削碎片的排出是以相同的方式起作用。 [0043] 如从附图清楚地看到，进入这些出灰端口的钻削碎片直接进入到该顶板钻头尖的中心内部孔中。在真空的影响下，钻削碎片然后进入到中空钎钢(未展示)中。该中空钎钢起一个管道的作用，来将切削碎片携带至一个收集器。 [0044] 如特别在图3中示出的，直径槽缝28具有一个总体上平面的外周横向表面部分56，其中这一个横向表面部分56的一个末端在钻头尖本体20的外周表面46处终止。该一个横向表面部分56的另一个末端与一个弧形(弓形)表面部分58相邻接。弧形表面58呈现出一个弓形表面。弧形表面部分58在其一个末端处与该一个外周横向表面部分56相邻接。弧形表面部分58在其另一末端处与另一个外周横向表面部分60相邻接，该外周横向表面部分在钻头尖本体20的外周表面处终止。弧形表面部分58沿着槽缝28中的横向尺寸是位于中心。因为弧形表面部分58在槽缝28中位于中心，所以这些外周横向表面部分(56、60)中的每一个的横向长度是相同的。 [0045] 直径槽缝28具有一对相对的直立侧表面64和66。这些侧表面64、66总体上平行于顶板钻头尖本体20的纵向轴线A-A。该底表面和这些相对的侧表面64、66一起限定了直径槽缝28。 [0046] 特别参见图8和9，顶板钻头尖18进一步包含一个总体上表示为72的硬质镶片(或硬质切削构件)。硬质切削构件72典型地包括一种硬质材料，例如像烧结碳化(钴)钨。对于硬质切削构件72有用的常规烧结碳化(钴)钨材料包括钴-钨碳化物的一种组合物，其中钴的范围在大约按重量百分之2与大约按重量百分之12之间，余量是碳化钨和经确认的杂质。更确切地说，用于硬质切削构件72的一种优选组合物包括大约按重量百分之6的钴以及余量的碳化钨和经确认的杂质。应该理解，不存在通过列举特定的烧结碳化物组合物或烧结碳化物组合物的范围来限制本发明的范围的意图。限定本发明的真正精神和范围的是权利要求书。 [0047] 硬质镶片72具有一个顶(或轴向的前部)表面74，该表面呈现出两个倾斜的表面76和78。一个凹口80分隔了这些倾斜的表面76、78。硬质切削镶片72进一步具有一对侧表面82、84以及一对相对的边缘表面86、88。这些侧表面(76、78)各自对应地与其对应的倾斜表面(76、78)和边缘表面(86、88)相交，以对应地形成一个径向切削刃(90、92)并且对应地形成一个外周切削刃(94、96)。这些切削刃接合了地层，这样在顶板钻头尖18旋转时，它们切削(钻削)出一个井孔。这样的钻削产生了钻削碎片(包括灰尘和地层的更大颗粒和片)。 [0048] 参见图10，硬质镶片(或切削构件)72具有一个总体上表示为100的总体上平面的底表面。底表面100具有一个横向的总体上平面的表面部分102，其中该一个横向表面部分102的一个末端在该硬质镶片的一个末端处终止而另一个末端与一个弧形(或弓形)表面部分104相邻接。弧形表面部分104在其一个末端处与一个横向表面部分102相邻接。弧形表面部分104在其另一个末端处与另一个横向表面部分106相邻接。横向的总体上平面的表面部分106在硬质切削构件72的另一个末端处终止。 [0049] 钎焊是可用来将硬质镶片72在直径槽缝28内附接或附连在顶板钻头尖本体20上的一种典型方法。因此，在硬质切削构件72的底表面与限定了直径槽缝28的这些表面之间存在一个钎焊接点。可用在这种应用中的典型钎焊合金包括高温钎焊合金。更确切地说，这些种类的钎焊包括以下这些：由Handy & Harmon，Inc.，859 Third Avenue，New York，N.Y.10022制造和销售的Handy HI TEMP 548钎焊合金。HANDY HI-TEMP 548钎焊合金具有一种标称的组成(按重量百分比计)，为54.0％-56.0％的铜；5.5％-6.5％的镍；3.5％-4.5％的锰；0.01％-0.40％的硅；除了等于按重量百分之0.50的最大含量的其他元素之外，余量是锌。应该理解，不存在通过列举一种特定钎焊合金来限制本发明范围的意图。限定本发明的真正精神和范围的是权利要求书。 [0050] 当硬质切削构件72被附连在直径槽缝28内时，硬质切削构件72的底表面82是邻近直径槽缝28的表面。更确切地说，该一个横向表面部分102是邻近槽缝28的该一个横向表面部分56。弧形表面104是邻近槽缝28的弧形表面58。另一个横向表面部分60是邻近槽缝28的另一个横向表面部分106。这些设施是彼此邻近的而不是彼此抵靠，因为在它们之间存在该钎焊接点(即，一层钎焊合金)。此外，如从附图清楚地看到，槽缝28的这些表面与硬质镶片72的底表面是互补的或相对应的。槽缝28的弧形表面58具有与硬质镶片72的弧形表面104相同的曲度。 [0051] 该硬质切削构件的底表面的这些对应表面、以及该槽缝的这些表面的几何形状有助于将硬质切削构件72保持在槽缝28内。在此方面，在该硬质镶片与该顶板钻头尖本体中的槽缝之间存在两个方面的连接，这些连接有助于将该硬质镶片极好地保持在该槽缝中(或在该顶板钻头尖本体上)。 [0052] 第一方面是与邻近的平面或总体上平面的表面之间的一个钎焊接点相比存在具有增加的钎焊接点表面积的一个钎焊接点。由于凹口28中的弧形表面58、和硬质镶片72的底表面中对应的弧形表面部分104的存在，发生了钎焊接点表面积的增加。具有相同曲度的对应弧形表面(58、104)的存在也呈现出一个支点或多个抵靠表面，这有助于对抗施加于硬质镶片72上的任何横向力的冲击。 [0053] 如特别在图7中所示，第二方面是存在着实质上沿硬质镶片72的全部底表面的实质上全力的支撑。如图7所示，无支撑的硬质镶片72的长度(在图7中是“ZZ”)是极小的。更确切地说，在该具体实施方案中，无支撑的硬质镶片72的范围是大约百分之7.7，即，硬质镶片72的轴向长度的大约百分之92.3被该钻头尖本体支撑。关于一个范围，无支撑的硬质镶片72的范围是在硬质镶片72的轴向长度的大约百分之2与大约百分之20之间变化，即，硬质镶片72的轴向长度的大约百分之80与大约百分之98之间是被该钻头尖本体支撑。换句话说，存在着硬质镶片72在槽缝28的底表面上的一个实质上全部的足迹。硬质镶片72与槽缝28之间的这种关系从其他附图(如图10)中也是清楚的。这种所谓的全部足迹通过顶板钻头尖本体20为硬质镶片72提供了额外的支撑。这样的通过顶板钻头尖本体20提供的支撑范围的增加导致了顶板钻头尖18保持硬质镶片72的能力的增加。 [0054] 这种全部足迹还导致了总的钎焊接点表面积的增加。如以上所讨论的，钎焊接点表面积的增加增强了该顶板钻头尖保持该硬质镶片的能力。 [0055] 本发明的顶板钻头尖的这种所谓的全部足迹与图11A和11B所示的现有技术的顶板钻头尖对该硬质镶片的支撑是对比鲜明的。图11B显示，邻近切削刃的硬质镶片212的每个拐角缺少该硬质镶片的这部分下面的支撑。 [0056] 因此很显然，硬质镶片72和槽缝28的这些对应表面的几何形状有助于增加顶板钻头尖18将硬质镶片72保持在其上的能力。 [0057] 存在着由硬质镶片72和一个槽缝28的对应的相协作的几何形状所提供的另一个特征。硬质镶片72的弧形表面58与槽缝28的弧形表面104之间的协作提供了一种自定中心的特征。换句话说，因为弧形表面58和弧形表面104的几何形状是互补的(或彼此相对应)，所以它们之间的协作导致了硬质镶片72相对于槽缝28的正确定向或定位。这种自定中心的特征是本发明的一个有利的与制造有关的特征。它改善了制造效率，因为它确保了槽缝28中的硬质镶片72相对于顶板钻头尖本体20的正确定位。 [0058] 关于出灰端口(50A、50B)的位置或取向，出灰端口50A和50B各自是轴向落后于直径槽缝28。在此方面，提及出灰端口50B为例，出灰端口50B的轴向前边缘52B是轴向落后于直径槽缝28的底表面一个距离“C”。优选的是这个距离“C”的范围是在槽缝28的底表面与该顶板钻头尖本体的底表面之间的轴向距离(图8中的C1)的大约百分之5.3与大约百分之53.4之间。在一个具体实施方案中，距离C等于0.12英寸，而距离C1等于1.873英寸，这样，距离“C”是槽缝28的底表面与该顶板钻头尖本体的底表面之间的轴向距离(图8中的C1)的大约百分之6.4。 [0059] 参见图8，出灰端口50呈现出一种总体上圆形的或椭圆形的形状。出灰端口50具有一条中心的竖直(或纵向)出灰轴线D-D，该轴线总体上平行于顶板钻头尖本体20的中心纵向轴线A-A。硬质镶片72在槽缝28中具有一种取向使得邻近切削刃90以及外周切削刃94的前导表面82总体上平行于该可旋转切削刀头本体20的纵向轴线A-A。线(E-E)是沿着前导表面82的表面。线E-E总体上平行于中心纵向出灰轴线D-D并且平行于顶板钻头尖本体20的中心纵向轴线A-A。 [0060] 仍参见图8，大家可以看到，出灰端口(50A和50B)各自具有一种取向使得其纵向轴向轴线(D-D)是在旋转意义上落后于硬质镶片72的对应前导表面82。图8显示，轴线D-D与线E-E间隔开一个距离“F”。在此，术语“在旋转意义上落后于”在出灰端50B与硬质镶片72之间的关系的情况中是指在顶板钻头尖18的旋转过程中出灰端50B的纵向轴线(D-D)将在前导表面82(见线E-E)经过一个选定的位置之后经过相同的位置。换句话说，在操作过程中，硬质镶片72的前导表面82将相对于出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)首先行进经过一个选定的位置。 [0061] 如在此使用的，术语“在旋转意义上超前于”是指与术语“在旋转意义上落后于”相反。换句话说，当出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)是在旋转意义上落后于硬质镶片72的前导表面82时，前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)。更确切地说，当在操作过程中前导表面82在出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)行进经过一个选定的位置之前行进经过相同的点，则表面82是在旋转意义上超前于出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)。当在操作中，出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)在前导表面82(见线E-E)行进经过一个选定的位置之后行进经过相同的点，则出灰端口50B的中心纵向轴线(D-D)是在旋转意义上落后于前导表面82。 [0062] 在顶板钻头尖18的这个具体实施方案中，前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端50B的中心纵向轴线(D-D)。出灰端50的中心纵向轴线(D-D)是在旋转意义上落后于硬质镶片72的前导表面82。 [0063] 参见图8和图9，如以上说明的，在图8和9中所示的取向中，出灰端口50B的中心纵向轴线(D-D)是与硬质镶片72的中心横向轴线Y-Y垂直对齐的。硬质镶片72的前导表面82(见线E-E)是在旋转意义上超前于出灰端口50B的纵向轴线(D-D)。这种关系还在图9中被示出，但是是在一个旋转角度的情况下。更确切地说，角“RD”限定了出灰端口50B的纵向轴线(D-D)与前导表面82之间的旋转关系。在图9中，线D’-D’是与出灰端口50B的纵向轴线(D-D)对齐的。线E’-E’穿过了前导表面82上的外周切削刃94。线D’-D’与E’-E’之间的角度包括角RD，该角是前导表面82在旋转意义上超前于出灰端口50B的纵向轴线(D-D)的程度。在此，具体的角RD等于15度。应该理解，角RD可以从如图9所示的角RD在顺时针方向或逆时针方向上变化高达10度。换句话说，角RD的范围可以在大约5度与大约25度之间，由此前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端口50B的纵向轴线(D-D)。在又一个范围中，角RD的范围可以在大约10度与大约20度之间，由此前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端口50B的纵向轴线(D-D)。 [0064] 如以下将解释的，这些出灰端口的取向、连同导向这些出灰端口的表面的几何形状提供了钻削碎片从钻削操作附近经这些出灰端口的增强的排出作用。这种增强的碎片排出作用改进了该顶板钻头尖的整体操作。 [0065] 参见图2，扭转的螺旋表面42B具有一个最小横向尺寸“G”，该尺寸是在扭转的螺旋表面42B在出灰端口50B处终止的位置处。大家应该理解，最小横向尺寸G是在一个方向上测量的，该方向相对于该扭转的螺旋表面的纵向轴线在它终止于出灰端口中的点处是横向的(即，九十度)。 [0066] 扭转的螺旋表面(42A、42B)的最小横向尺寸“G”之和优选等于顶板钻头尖本体20的内部直径“H”(见图3和5)。另一种选择是扭转的螺旋表面(42A、42B)的最小横向尺寸“G”的和小于顶板钻头尖本体20的内部直径“H”。 [0067] 这种尺寸关系为该顶板钻头尖的操作提供了一个显著的优点。通过将这些螺旋扭转表面的最小横向尺寸之和维持在等于或小于该顶板钻头尖本体的内部直径，该顶板钻头尖在所有的可能性中将不具有被过多的钻削碎片填塞或堵塞的倾向。换句话说，对这些螺旋扭转表面的最小横向尺寸(或宽度)的这种限制将不让过多体积的钻削碎片进入这些出灰端口(50A和50B)中，并且因此减小该顶板钻头尖被钻削碎片填塞或堵塞的倾向。 [0068] 硬质切削构件72相对于出灰端口50A和50B的取向有助于钻削碎片从钻孔操作附近的排出。关于以上讨论的取向，图8显示，硬质镶片72的前导表面82呈现出一种纵向取向，使得穿过前导表面82的线E-E是在旋转意义上超前于出灰端口50B的中心纵向轴线(D-D)一个距离“F”。前导表面82对于出灰端口50B的中心纵向轴线D-D的这种旋转意义上超前的偏移的存在有助于钻削碎片有效且直接地排出而进入这些出灰端口中。 [0069] 如在本发明的顶板钻头尖18的具体实施方案与在图11A和11B中所展示的一个对比性的现有技术顶板钻头尖200之间的比较中可以看到，本发明提供了钻削碎片从孔附近的增强的排出作用。以下讨论多半是关于图12A和12B、以及图13A和13B。 [0070] 图12A展示了在一个井孔中的本发明的顶板钻头尖18。硬质镶片72切削或钻削地层。通过硬质镶片72进行的这种切削产生了钻削碎片，在图12A中以箭头“I”表示。正如一个熟练的业内人士可以理解的，钻削碎片在其产生之后开始向下落(即，在箭头I的方向上)。参见图12B，即使顶板钻头尖18以高速旋转(例如，650rpm)，钻削碎片“I”也直接进入出灰端口50B中。这是因为前导表面82在旋转意义上超前于出灰端口50B的中心纵向轴线(D-D)而发生。当前导表面82在旋转意义上超前于出灰端口50B的中心纵向轴线D-D时，钻削碎片具有更长的时间(如与一个现有技术顶板钻头尖相比)来下落足以在真空的影响下进入该出灰端口之中的一个距离。此前给出了这种关系。清楚的是，因为硬质镶片72的前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端口50B的中心纵向轴线D-D，所以存在一个有意义的优点。 [0071] 在这个具体实施方案中，硬质镶片72相对于出灰端口50B的优选取向是硬质镶片72的中心轴线与出灰端口50B的中心纵向轴线D-D是横向上同轴的。这是在图12A和12B、连同在此的其他附图中所展示的安排。在此，前导表面82是在旋转意义上超前于出灰端口 50B的中心纵向轴线D-D一个距离，该距离等于硬质镶片72的厚度的一半。另一个替代方案是前导表面82在旋转意义上超前于出灰端口50B的中心纵向轴线D-D的程度是等于大于硬质镶片72的厚度的一半。 [0072] 参见图11A、11B、以及13A和13B，该现有技术顶板钻头尖总体上表示为200。顶板钻头尖200具有一个顶板钻头尖本体202，该本体具有一个顶端204和一个底端206。一个横向槽缝210位于顶端204处并且携带一个硬质镶片212。硬质镶片212具有一个前导表面214。顶板钻头尖本体202包含一对相对的出灰端口220。 [0073] 如图11A所展示的，出灰端口200具有一条中心纵向轴线J-J。总体上平行于中心纵向轴线J-J的一条线K-K沿硬质镶片212的前导表面214经过。前导表面214是在旋转意义上落后于出灰端口220的中心纵向轴线J-J。前导表面214在旋转意义上落后于中心纵向轴线J-J的程度是一个距离“L”。 [0074] 参见图13A和13B，图13A展示了在一个井孔中的现有技术顶板钻头尖200。硬质镶片212切削或钻削地层。通过硬质镶片212进行的这种切削产生了钻削碎片，在图13A中以箭头“M”表示。正如一个熟练的业内人士可以理解的，钻削碎片在其产生之后开始向下落(即，在箭头M的方向上)。参见图13B，如以上提到的，该现有技术顶板钻头尖200以高速旋转(例如，650rpm)。其结果是，钻削碎片“M”不直接进入出灰端口220中。这是因为前导表面214在旋转意义上落后于出灰端口220的中心纵向轴线(J-J)而发生。当前导表面214在旋转意义上落后于出灰端口220的中心纵向轴线J-J时，钻削碎片不具有足够的时间来下落足以在真空的影响下进入该出灰端口之中的一个距离，因为该出灰点已经旋转经过了直接接收钻削碎片的一个点。结果是钻削碎片沿着顶板钻头尖200的表面行进直到它到达该相对的出灰端口。在这点处，钻削碎片可以在真空的影响下进入该相对的出灰端口。 [0075] 钻削碎片在该顶板钻头尖的表面附近行进的事实可以造成多个问题。首先是这种行进可以磨蚀或侵蚀该顶板钻头尖本体，这可以导致该顶板钻头尖的过早失效。其次是顶板钻头尖可以变得在停止旋转之后仍然粘在井孔中。在上面给出了对这些问题的更详细的说明。 [0076] 本发明的顶板钻头尖18与现有技术的顶板钻头尖200之间的这种对比清楚地显示了与硬质镶片(并且尤其是该硬质镶片的前导表面)相对于出灰端口的定位有关的显著优点。 [0077] 进行一个对比试验以证实本发明的顶板钻头尖与一个现有技术顶板钻头尖相比排出钻削碎片的能力的差异。该试验是通过在一个模拟井孔中放置样品的顶板钻头尖而设置。使这些顶板钻头尖以相同的速度(即，670rpm)旋转，并且将等体积的沙子(即，57.75立方英寸)倒入该模拟井孔的顶部中，以复制在将一个井孔钻削到等于5.78英寸的深度的过程中钻削碎片的产生。下表1列出了试验结果，结果显示与一个常规的顶板钻头尖相比如该具体实施方案的一种顶板钻头尖展现出了改进的性能。 [0078] 表1 [0079] 顶板钻头尖的对比试验结果 [0080]参数 标准的顶板钻头尖 顶板钻头尖的具体实施方案 旋转速度(转每分钟) 670 670 沙子体积(立方英寸) 57.75 57.75 对于同等体积的孔深度(英尺) 5.78 5.78 开始至清完的时间(秒) 32.19 26.6 基于体积的英尺每分钟 10.77353215 13.03759398 [0081] 测量了从井孔中清除所有沙子的时间以确定该顶板钻头尖排出钻削碎片的效率。如很清楚的，与现有技术的顶板钻头尖的32.19秒相比，本发明的顶板钻头尖用了26.6秒来清除所有沙子。这转换成了13.03759398英尺每分钟的钻削速度，相比之下现有技术的顶板钻头尖是10.77353215英尺每分钟。这些试验结果确立了归因于本发明顶板钻头尖的显著的性能改进。 [0082] 清楚的是，本发明提供了一种基于多个不同优点的改进的顶板钻头尖。一个这样的优点是关于本发明的顶板钻头尖从井孔附近排出钻削碎片的改进的能力。通过这样做，本发明的顶板钻头尖克服了早期顶板钻头尖共有的问题。这些问题包括在钻头尖本体的表面上的过度磨损。这些问题还包括一旦顶板钻头尖停止操作，顶板钻头尖变得粘黏的趋势的增加。正如大家可以理解的，这些困难降低了采矿操作的总生产效率。因此，本发明的顶板钻头尖增加了顶板螺栓钻削操作的总效率。鉴于在具有一个无支撑的顶板的顶板栓接操作过程中地下矿的固有是危险性的工作环境，这是重要的。 [0083] 另一个这样的优点是关于顶板钻头尖保持硬质碳化物硬质镶片的能力。本发明的顶板钻头尖提供了一种几何形状，该几何形状增加了钎焊接点面积，这导致了钎焊接点强度的增大。这种钎焊接点强度的增大有助于使硬质镶片更好地保持在顶板钻头尖本体上。本发明的顶板钻头尖还提供了沿着硬质镶片的底表面对顶板钻头尖本体的全力支撑。这个特征增大了顶板钻头尖保持硬质镶片的能力。更好的钻学效率产生于使用将硬质镶片(或切削构件)更好地保持在其上的一种顶板钻头尖。 [0084] 在此提及的专利以及其他文献通过引用结合在此。通过考虑本说明书或通过实施在此披露的发明，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是清楚的。本说明书和这些实例旨在仅是说明性的而无意限制本发明的范围。本发明的真正范围和精神是由以下的权利要求表明的。 |
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