一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽的製造方法
2023-10-31 06:08:47
一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽的製造方法
【專利摘要】本發明屬於深海巖芯取樣領域，是一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機。包括電池和控制艙、水密電纜、手柄、鑽具、深水傳動單元、傳動軟軸和深水動力單元，電池和控制艙通過水密電纜和深水動力單元連接；深水動力單元通過軟軸和傳動單元連接；傳動單元和鑽具通過螺紋連接；整個鑽機安裝在載人深潛器前端的採樣籃中。它是為載人深潛器設計製造的專用海底結殼巖芯鑽機，其設計製造依據「安全、可靠、先進、經濟實用」的原則，可安裝於載人深潛器採樣籃支架上，通過機械手操作的方式，對海底結殼有效地鑽探取芯。本發明主要用於海底結殼巖芯的取樣，具有很好的實用性。
【專利說明】一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機
【技術領域】
[0001]本發明屬於深海巖芯取樣領域，具體為一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機。
【背景技術】
[0002]基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機是載人深潛器進行海底地質調查，海底礦產勘探等作業時必須的作業工具。隨著載人深潛器應用範圍的擴大，基於載人深潛器機械手操作的小型深海巖芯取樣鑽機的研製非常緊迫。美國伍茲霍爾海洋研宄所的八1^111號曾於1991年10月攜帶！1311？取芯器成功獲得硫化物煙囪樣品。1995年81-^011海洋研宄所為美國海洋工程技術協會研製了工作海深超過7000！！！的取芯器。該取芯器曾安裝在1叫611311如乂上，在超過3000111的海深裡取得多個巖石樣品。除此之外英國的⑶吧口8號、法國的31-1號和俄羅斯的八?號載人潛水器都曾攜帶過水下微型取芯器對海底巖石進行取樣。專利號為201320798560.7的中國專利公開了一種深海小型電動取芯潛鑽，解決了和蛟龍號潛水器的匹配問題，但是仍然存在尺寸大、重量重、水下作業效率較低等問題，因此，急需一種技術方案來解決這些問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服現有技術重量大、作業效率低等不足，提供一種結構簡單緊湊、質量輕、基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0005]一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機，包括水密電纜、手柄、鑽具，其特徵是還包括電池和控制艙、深水傳動單元、傳動軟軸和深水動力單元；電池和控制艙通過水密電纜和深水動力單元連接；深水動力單元通過傳動軟軸和深水傳動單元連接；深水傳動單元和鑽具連接；電池和控制艙包括水密接頭、後端蓋、密封圈、艙體、電池和控制模塊以及前端蓋；
[0006]所述的鑽具包括鑽頭、取芯套和取芯管三部分，鑽頭選用硬質材料製作，鑽頭中空；鑽頭內部裝有取芯套，取芯套採用倒刺結構，鑲嵌在取芯管內，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有螺紋，一端和鑽頭連接，另一端和傳動單元連接；
[0007]所述的深水動力單元由傳動軸、絲堵、軸承、螺釘、端蓋、密封圈、中間法蘭、電機法蘭、電機、殼體、補償裝置、水密插頭組成，深水電機通過電機法蘭與中間法蘭固定在一起；螺釘把端蓋和中間法蘭固定在殼體上；兩盤深溝球軸承分別安裝在端蓋和中間法蘭上，用來固定傳動軸；傳動軸通過平鍵和電機軸連接；螺釘把法蘭和補償裝置固定在殼體上；深水傳動單元殼體內充滿了油液，補償海水產生的壓力；深水電機通電轉動，帶動傳動軸轉動，傳動軸和軟軸連接，從而帶動軟軸轉動，最終實現動力輸出；
[0008]深水傳動單元由螺釘、端蓋、箱體、密封圈、傳動軸、軸承、軸套、鍵、彈性擋圈、齒輪組成；軸承、軸套、端蓋把傳動軸固定在箱體內；傳動軸和錐齒輪通過平鍵連接；軸承、端蓋把傳動軸固定在箱體內；傳動軸和錐齒輪通過平鍵連接；通過一對錐齒輪嚙合實現傳動；箱體內充滿油液，用來補償箱體承受的壓力，減小箱體的變形；
[0009]整個鑽機安裝在深潛器前端的採樣籃中；作業時深潛器使用伺服機械手抓緊鑽機的手柄，將鑽機從取樣籃中取出，將鑽具對準要取樣的巖石；使用開關機械手觸發安裝在電池和控制艙端蓋上的紅色磁性開關，接通電源，深水動力單元中的電機順時針旋轉，通過傳動軟軸和深水傳動單元帶動鑽具順時針旋轉；伺服機械手按壓鑽機手柄，開始取樣作業，20-30分鐘後，伺服機械手向上提，將鑽機從巖石中取出；開關機械手觸發黃色開關，鑽機停止轉動，伺服機械手把鑽機放回到採樣籃中，作業完成。與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0010]基於深海潛器機械臂操作的海底結殼巖芯鑽機最大工作水深達到4000%取芯尺寸彡①10x100111111，巖芯硬度彡6級(莫氏)(鈷結殼)。
[0011]選用由人造金剛石的聚晶表層和硬質合金(碳化鎢)的底層在高溫壓過程中製造出來的？IX:鑽頭，複合片切削塊工作時，金剛石聚晶體不斷剝落，新的鋒利的小晶體不斷出露而使複合片切削塊自銳，所以能夠在較低的轉速帶條件下實現高速鑽進，並能在整個使用過程中保持高速鑽進的效果；此外，由於複合片的硬質合金底層提供了抗衝擊強度，所以複合片既具有其聚晶金剛石的硬度、耐磨性，又有硬質合金的結構強度及抗衝擊性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明結構示意圖；
[0013]圖2為本發明深水動力單元結構示意圖；
[0014]圖3為本發明深水傳動單元結構示意圖。
[0015]圖中:1、電池和控制艙；2、水密電纜；3、水密電纜；4、深水動力單元；5、傳動軟軸；6、深水傳動單元；7、手柄；8、鑽具；9、傳動軸；10、絲堵；11、軸承；12、螺釘；13、端蓋；14、密封圈；15、中間法蘭；16、電機法蘭；17、螺釘；18、螺釘；19、深水電機；20、殼體；21、補償裝置；22、法蘭；23、螺釘；24、水密插頭；25、水密插頭；26、螺釘；27、端蓋；28、箱體；29、密封圈；30、螺釘；31、端蓋；32、傳動軸；33、軸承；34、軸套；35、螺釘；36、螺釘；37、密封圈；38、軸承；39、端蓋；40、傳動軸；41、平鍵；42、彈性擋圈；43、齒輪；44、軸承；45、密封圈；46、密封圈。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖給出本發明三個最佳實施例:
[0017]實施例一:
[0018]如圖1所示，一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機，包括水密電纜2和3、手柄7、鑽具8、電池和控制艙1、深水傳動單元6、傳動軟軸5和深水動力單元4等；電池和控制艙1通過水密電纜2及3和深水動力單元4連接；深水動力單元4通過傳動軟軸5和深水傳動單元6連接；深水傳動單元6和鑽具8通過螺紋連接；整個鑽機安裝在深潛器前端的採樣籃中。鑽具8包括鑽頭、取芯套和取芯管三部分，取芯套採用倒刺結構，鑲嵌在取芯管內，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有內螺紋，一端和鑽頭連接，另一端和傳動單元連接，鑽頭選用鑽頭。如圖2所示，深水動力單元，深水電機19通過電機法蘭16與中間法蘭15固定在一起。螺釘12把端蓋13和中間法蘭15固定在殼體20上。兩盤深溝球軸承分別安裝在端蓋13和中間法蘭15上，用來固定傳動軸9。傳動軸9通過平鍵和電機軸連接。螺釘23把法蘭22和補償裝置21固定在殼體20上。深水傳動單元殼體內充滿了油液，補償45000海水產生的壓力。深水電機19通電轉動，帶動傳動軸9轉動，傳動軸9和傳動軟軸5連接，帶動傳動軟軸5轉動，實現動力輸出。
[0019]如圖3所示，所述的一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機的深水傳動單元，一對圓錐滾子軸承33、軸套34、端蓋31把傳動軸32固定在箱體28內。傳動軸32和錐齒輪通過平鍵連接。圓錐滾針軸承38、圓錐滾子軸承44、端蓋27、端蓋39把傳動軸40固定在箱體28內。傳動軸40和錐齒輪43通過平鍵41連接。通過一對錐齒輪嚙合實現傳動。箱體28內充滿油液，用來補償箱體承受的壓力，減小箱體28的變形。使用一對錐齒輪改變傳動的方向，動力水平輸入垂直輸出，方便機械手的操作。使用兩對圓錐滾子軸承消除錐齒輪傳動時產生的軸向力。動力通過傳動軸32輸入，傳動軸32帶動錐齒輪順時針旋轉，通過一對錐齒輪的嚙合，帶動傳動軸40順時針旋轉，傳動軸40和鑽具8通過螺紋連接，帶動鑽具8順時針旋轉，實現取樣作業。
[0020]作業時深潛器使用伺服機械手抓緊鑽機的手柄7，將鑽機從取樣籃中取出，將鑽具8對準要取樣的巖石；使用開關機械手觸發安裝在電池和控制艙1端蓋上的紅色磁性開關，接通電源，深水動力單元4中的電機順時針旋轉，通過傳動軟軸5和深水傳動單元6帶動鑽具8順時針旋轉；伺服機械手按壓鑽機手柄7，開始取樣作業，20-30分鐘後，伺服機械手向上提，將鑽機從巖石中取出；開關機械手觸發黃色開關，鑽機停止轉動，伺服機械手把鑽機放回到採樣籃中，作業完成。
[0021]實施例二:
[0022]鑽頭採用耐磨硬質陶瓷，取芯管兩端加工有外螺紋，深水電機19焊接在深水動力單元4的殼體20上，其他同實施例一。
[0023]實施例三:
[0024]深水傳動單元6和鑽具8通過焊接的形式連接，保證其連接可靠性，其他同實施例
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【權利要求】
1.一種基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機，包括水密電纜(2)和(3)、手柄(7)、鑽具(8),其特徵是還包括電池和控制艙深水傳動單元￠)、傳動軟軸(5)和深水動力單元(4)；電池和控制艙(1)通過水密電纜(2)、(3)和深水動力單元(4)連接；深水動力單元(4)通過傳動軟軸(5)和深水傳動單元(6)連接；深水傳動單元(6)和鑽具(8)連接；電池和控制艙(1)包括水密接頭、後端蓋、密封圈、艙體、電池和控制模塊以及前端蓋；鑽具(8)包括鑽頭、取芯套和取芯管三部分，取芯套採用倒刺結構，鑲嵌在取芯管內，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有螺紋，一端和鑽頭連接，另一端和傳動單元連接；深水動力單元(6)由傳動軸(9)、絲堵(10)、軸承(11)、螺釘(12)、端蓋(13)、密封圈(14)、中間法蘭(15)、電機法蘭(16)、螺釘(17)、電機(19)、殼體(20)、補償裝置(21)、水密插頭(24)組成，深水電機(19)通過電機法蘭(16)與中間法蘭(15)固定在一起，螺釘(17)把端蓋(13)和中間法蘭(15)固定在殼體(20)上，兩盤深溝球軸承分別安裝在端蓋(13)和中間法蘭(15)上用來固定傳動軸(9)，傳動軸(9)通過平鍵和電機軸連接，螺釘(13)把法蘭和補償裝置固定在殼體(20)上，深水傳動單元殼體(20)內充滿了油液，補償海水產生的壓力；深水傳動單元(4)包括螺釘(26^端蓋(27^箱體(28^密封圈(29)、傳動軸(32^軸承(33^軸套(34^平鍵(41)、彈性擋圈(42^齒輪(43),軸承(33)、軸套(34)、端蓋(27)把傳動軸(32)固定在箱體(28)內，傳動軸(32)和錐齒輪(43)通過平鍵(41)連接，通過錐齒輪(43)嚙合實現傳動；箱體(28)內充滿油液，用來補償箱體(28)承受的壓力，減小箱體(28)的變形。
2.根據權利要求1所述的基於載人深潛器機械手操作的小型巖芯取樣鑽機，其特徵是，鑽頭選用鑽頭。
【文檔編號】E21B25/18GK104481441SQ201410777710
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】劉敬喜, 劉延俊, 丁忠軍, 於凱本, 高平, 湛國林 申請人:山東拓普液壓氣動有限公司