Akmens urbšanas instrumentu konstrukcijas princips ir balstīts uz dziļu izpratni par iežu laušanas mehānismu. Izmantojot koordinētu mehāniskās struktūras un energosistēmas konfigurāciju, ievadītā enerģija tiek efektīvi pārveidota destruktīvā spēkā, kas iedarbojas uz iezi urbuma apakšā, tādējādi panākot ātru caurumu veidošanos un stabilu darbību. Būtībā tas izmanto triecienu, rotāciju un kombinētas darbības, lai izraisītu plaisas un plaisāšanu klintī sprieguma koncentrācijas un bīdes apstākļos. Viss dizains ir saistīts ar enerģijas pārnesi, stresa saskaņošanu un pielāgošanos darba apstākļiem.
No iežu laušanas mehānisma viedokļa iežu spiedes izturība ir daudz augstāka nekā tā stiepes un bīdes izturība. Šī īpašība bieži tiek izmantota dizainā. Trieciens rada pārejošus augsta spiediena sprieguma viļņus urbuma apakšā, veidojot radiālas un apļveida plaisas klintī. Pēc tam rotācija vai nepārtraukta trieciena rezultātā plaisas izplešas un iekļūst, galu galā izspiežot iežu fragmentus no cauruma zem aksiālas vilces. Pamatojoties uz litoloģiskajām atšķirībām, rīkus var iedalīt trieciena-dominējošajos, rotācijas-griešanas-dominējošajos un trieciena-rotācijas kombinētajos-dominējošajos veidos, kas atbilst dažādiem spriedzes darbības režīmiem un izdedžu noņemšanas metodēm.
Enerģijas pārvades struktūra ir dizaina galvenais elements. Pneimatiskie iežu urbšanas instrumenti kā enerģijas avotu izmanto saspiestu gaisu. Gaisa plūsmu kontrolē sadales vārsts, lai pārmaiņus iekļūtu abās cilindra kamerās, virzot virzuli augstfrekvences abpusējā kustībā, pārvēršot gaisa spiediena enerģiju trieciena enerģijā. No otras puses, hidrauliskie iežu urbšanas instrumenti izmanto hidraulisko sūkni, lai izvadītu augsta-spiediena eļļu, darbinot trieciena virzuli un rotācijas motoru, apvienojot augstā griezes momenta un regulējamās trieciena frekvences priekšrocības. Abiem enerģijas veidiem ir nepieciešami risinājumi enerģijas pārveidošanas efektivitātei, trieciena enerģijas un frekvences saskaņošanai, kā arī kustīgo daļu zemai berzei un augstajai uzticamībai.
Izstrādājot izpildmehānismu, jāņem vērā koordinācija starp trieciena galu un rotējošo galu. Kontaktu pārim starp virzuli un urbi trieciena galā jābūt ar augstu nodilumizturību un noguruma izturību; gājiens un masa nosaka vienas trieciena enerģijas lielumu. Rotējošais gals nodod rotācijas kustību uz urbšanas stieni caur zobratiem vai šķautnēm, nodrošinot stabilu pārvadi pat trieciena reakcijas spēku gadījumā. Piedziņas un virzošo mehānismu konstrukcijai jānodrošina, lai urbšanas stieņa ass būtu saskaņota ar urbuma asi, lai izvairītos no novirzes, kas izraisa urbuma iesprūšanu vai neregulāras cauruma formas. Regulējama aksiālā spēka kontrole nodrošina optimālu trieciena un rotācijas darbību saskaņošanu.
Palīgsistēmas dizains atspoguļo iespēju pielāgoties darba apstākļiem. Ūdens apgādes sistēma ievada tīru ūdeni urbuma dibenā, lai atdzesētu urbi un novērstu putekļu un akmeņu izgriezumus. Tās plūsmas ātrumam un spiedienam jābūt saskaņotam ar trieciena frekvenci. Eļļošanas sistēma nepārtraukti piegādā eļļas miglu vai hidraulisko eļļu kustīgajām daļām, lai samazinātu nodilumu un saglabātu blīvējumu. Trokšņa samazināšanas un vibrāciju slāpēšanas struktūras samazina trokšņa un vibrācijas nelabvēlīgo ietekmi uz operatoriem un pašu iekārtu.
Mūsdienu dizainā sensoru un vadības bloku ieviešana paplašina principu no vienkāršas mehāniskās enerģijas izvades līdz viedai regulēšanai. Reāllaikā pārraugot tādus parametrus kā trieciena frekvence, rotācijas griezes moments, piedziņas spēks un temperatūra, vadības sistēma var dinamiski pielāgot jaudu un darbības parametrus, lai pielāgotos dažādiem iežu veidiem un darba apstākļiem, saglabājot efektīvu iežu šķelšanos un zemu -zaudējumu darbību.
Kopumā klinšu urbšanas instrumentu projektēšanas princips ir balstīts uz iežu mehāniku. Izmantojot jaudas pārveidošanu, trieciena un rotācijas koordināciju, dzinējspēka vadību un palīgsistēmu integrāciju, tas nodrošina efektīvu enerģijas izmantošanu un pielāgojamus darba apstākļus, nodrošinot uzticamus iežu laušanas un urbumu veidošanas līdzekļus ieguves un ģeotehniskās inženierijas vajadzībām.
