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，尤其涉及一種盤刀鉆頭。

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。鉆頭的破巖效率和使用壽命直接影響鉆頭的使用指標(biāo)和性能。

西南石油大學(xué)提出“一種以切削形式破巖的輪式鉆頭”（專利號(hào)ZL 201010229375.7）和“一種以切削形式破巖的復(fù)合式鉆頭”（專利號(hào)ZL 201010229371.9），此兩鉆頭上的轉(zhuǎn)輪（即盤刀，又稱輪刀）具有較大的偏移角（偏移角的范圍是20°～90°或-90°～-20°），大偏移角使鉆頭盤刀上的切削齒以切削或刮切方式緩慢交替破碎巖石。兩種鉆頭上的盤刀偏移角較大，盤刀在鉆頭徑向上的覆蓋范圍較大，盤刀上的切削齒從切入井底到切出井底的刮切距離和時(shí)間均較長，盤刀切削齒在破巖的過程中，切削齒相對(duì)巖石的作用方向在不斷變化。固定在盤刀上的切削齒刮切破巖過程中相對(duì)巖石的刮切方向變化，不利于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)的金剛石類切削齒的使用。原因在于聚晶金剛石復(fù)合片（PDC齒）是由基體和聚晶金剛石層兩部分組成，對(duì)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。

固定在盤刀上的切削齒刮切破巖時(shí)相對(duì)巖石的作用方向變化，會(huì)加劇切削齒的磨損和損壞，影響鉆頭的使用壽命；同時(shí)，切削齒刮切巖石的方向變化會(huì)降低切削齒刮切破巖的效率，從而降低鉆頭的破巖效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種盤刀上切削齒可旋轉(zhuǎn)的鉆頭，以提高鉆頭的破巖效率和使用壽命。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種盤刀上具有旋轉(zhuǎn)齒的金剛石鉆頭，包括鉆頭體和盤刀，盤刀與鉆頭體為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，盤刀能相對(duì)鉆頭體轉(zhuǎn)動(dòng)，盤刀上設(shè)置有切削齒，鉆頭體上設(shè)有至少一個(gè)盤刀，盤刀上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒，旋轉(zhuǎn)齒與盤刀形成轉(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(duì)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(duì)后切削面靠近旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線，并能繞旋轉(zhuǎn)軸線在盤刀上旋轉(zhuǎn)。

本專利中提到的盤刀是指具有較大偏移角的盤刀，鉆頭體上的盤刀的偏移角的范圍是20°～90°或-90°～-20°。

本專利所述前切削面（也可以稱為前刀面）是指切削齒對(duì)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(duì)的表面，后切削面一般是正對(duì)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。

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(duì)基體而言，其耐磨性更強(qiáng)，對(duì)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)一種盤刀上具有旋轉(zhuǎn)齒的金剛石鉆頭，包括鉆頭體和盤刀，盤刀與鉆頭體為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，盤刀能相對(duì)鉆頭體轉(zhuǎn)動(dòng)，盤刀上設(shè)置有切削齒，鉆頭體上設(shè)有至少一個(gè)盤刀，盤刀上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒，旋轉(zhuǎn)齒與盤刀形成轉(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(duì)旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線偏移，且耐磨層的前端面相對(duì)基體靠近旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸線，并能繞旋轉(zhuǎn)軸線在盤刀上旋轉(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(duì)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11）。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(duì)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12），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齒在工作過程中其相對(duì)巖石的刮切運(yùn)動(dòng)方向變化過大，將明顯降低PDC齒的刮切破巖效率，也易引起PDC齒的損壞和失效。

本專利較現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、本專利盤刀上的旋轉(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)，由于盤刀上的旋轉(zhuǎn)齒能相對(duì)盤刀轉(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(duì)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，無論盤刀如何旋轉(zhuǎn)，盤刀與巖石的接觸關(guān)系如何，盤刀上的旋轉(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(duì)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。這將增強(qiáng)盤刀上切削齒的破巖效率和使用壽命。

2、本專利盤刀上的旋轉(zhuǎn)齒可相對(duì)盤刀轉(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(duì)巖石刮切工作。無論鉆頭盤刀如何旋轉(zhuǎn)，盤刀及其上的旋轉(zhuǎn)齒的位置如何，不管盤刀上切削齒的刮切運(yùn)動(dòng)方向如何變化，盤刀上的旋轉(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(duì)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(duì)巖石的刮切摩擦方向不變，較普通盤刀上的切削齒工作時(shí)相對(duì)巖石的刮切方向不斷變化的工作方式，切削齒的磨損及磨損鈍化速度均要慢。

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。普通盤刀上的切削齒在鉆頭破巖工作過程中，切削齒相對(duì)巖石之間的刮切方向在不斷變化，盤刀上的切削齒在刮切方向不斷變化的過程中刮切效率將降低。旋轉(zhuǎn)齒上采用PDC齒，無論盤刀如何旋轉(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(duì)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(shì)的充分發(fā)揮，能充分利用PDC齒的耐磨性和自銳特性。因此，鉆頭的盤刀上使用旋轉(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)齒包括與盤刀轉(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（片）、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(duì)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(duì)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(duì)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)齒在盤刀不斷旋轉(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，造成盤刀布齒空間的浪費(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(duì)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)盤刀。鉆頭外徑確定后，鉆頭上的空間是有限且寶貴的。鉆頭上只設(shè)置1個(gè)盤刀，有利于鉆頭的小尺寸化。當(dāng)所鉆的井眼較小，對(duì)應(yīng)鉆頭外徑較小時(shí)，鉆頭上留給盤刀的空間有限，鉆頭上可只設(shè)置1個(gè)盤刀形成。只有1個(gè)盤刀的鉆頭，其盤刀與井底巖石的接觸面積一般較大，盤刀上大多數(shù)表面與井底巖石接觸，盤刀上的切削齒將以較長距離的刮切方式破碎巖石，盤刀上采用本專利的旋轉(zhuǎn)齒，有利于提高盤刀及鉆頭的破巖效率，延長鉆頭使用壽命。

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

作為選擇，鉆頭體上還設(shè)置有固定切削結(jié)構(gòu)。盤刀與固定切削結(jié)構(gòu)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭，該復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭可形成多種刮切同時(shí)作用與井底，形成交叉刮切，有利于提高鉆頭的破巖效率。作為選擇，鉆頭體上還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)。盤刀與沖擊切削結(jié)構(gòu)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭，該復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭將沖擊和刮切復(fù)合在一起能明顯提高鉆頭的破巖效率。作為選擇，鉆頭體上還可設(shè)置牙輪結(jié)構(gòu)、或盤式鉆頭結(jié)構(gòu)切削結(jié)構(gòu)等，也可是上述多種結(jié)構(gòu)的組合與盤刀結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭。

作為選擇，鉆頭體上還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)。作為選擇，鉆頭體上還可設(shè)置牙輪。盤刀可與固定切削結(jié)構(gòu)、沖擊切削結(jié)構(gòu)、牙輪等破巖結(jié)構(gòu)中的一種或多種組合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭。

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(duì)巖石的刮切方向變化較大且變化頻繁。旋轉(zhuǎn)齒應(yīng)用于鉆頭體上的固定切削結(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)軸與盤刀之間設(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)置在盤刀上時(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)齒與盤刀之間設(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(duì)盤刀的轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒的旋轉(zhuǎn)軸與盤刀之間采用滾珠鎖緊。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)軸與盤刀之間設(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(duì)盤刀旋轉(zhuǎn)，為防止其他物質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)齒與盤刀的旋轉(zhuǎn)副之間可在旋轉(zhuǎn)齒與盤刀之間設(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(shí)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2鉆頭體上設(shè)置有固定切削結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例4、實(shí)施例5的旋轉(zhuǎn)齒與盤刀之間設(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11為常規(guī)PDC齒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為常規(guī)PDC齒正常刮切破巖時(shí)的示意圖。

圖13、圖14、圖15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、盤刀，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：

一種盤刀上具有旋轉(zhuǎn)齒的金剛石鉆頭，包括鉆頭體1和盤刀2，盤刀2與鉆頭體1為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，盤刀2能相對(duì)鉆頭體1轉(zhuǎn)動(dòng)，盤刀2上設(shè)置有切削齒，盤刀2上的切削齒至少有一顆為旋轉(zhuǎn)齒3，旋轉(zhuǎn)齒3與盤刀2形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)齒3能相對(duì)盤刀2轉(zhuǎn)動(dòng)。作為選擇，如本實(shí)施例所示，旋轉(zhuǎn)齒3包括與盤刀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，盤刀2上對(duì)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)在盤刀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(duì)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(duì)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在盤刀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（片）、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11），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13）、楔形（參考圖14）或豎向設(shè)置的圓柱形（參考圖15）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(duì)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10）。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(duì)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）、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(duì)旋轉(zhuǎn)軸線34左右均布。鉆頭體1上可設(shè)置1個(gè)或多個(gè)盤刀2。作為選擇，鉆頭體1上設(shè)置1個(gè)盤刀2；作為選擇，鉆頭體1上設(shè)置有2-4個(gè)盤刀，參考圖1、2、8、9所示，鉆頭體1上設(shè)置有2個(gè)盤刀。

實(shí)施例2：

參考圖8、9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：鉆頭體1上還設(shè)置有固定切削結(jié)構(gòu)4，固定切削結(jié)構(gòu)4上設(shè)置有固定切削齒41。作為選擇，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：

本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：鉆頭體1上還設(shè)置有沖擊切削結(jié)構(gòu)。作為選擇，鉆頭體1上同時(shí)設(shè)置有盤刀2、固定切削結(jié)構(gòu)4和沖擊切削結(jié)構(gòu)。盤刀2可與固定切削結(jié)構(gòu)、沖擊切削結(jié)構(gòu)、牙輪等破巖結(jié)構(gòu)中的一種或多種組合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)鉆頭。

實(shí)施例4：

參考圖10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(duì)盤刀2運(yùn)動(dòng)的鎖緊結(jié)構(gòu)6。旋轉(zhuǎn)齒3的旋轉(zhuǎn)軸與盤刀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與盤刀2之間可設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu)，通過螺帽將旋轉(zhuǎn)齒3限位在盤刀2的旋轉(zhuǎn)齒孔內(nèi)防止旋轉(zhuǎn)齒3沿旋轉(zhuǎn)軸線34的方向竄動(dòng)或脫落。作為進(jìn)一步選擇，旋轉(zhuǎn)齒3與盤刀2之間采用滾珠鎖緊（如圖10）。

實(shí)施例5：

參考圖10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)軸與盤刀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)。