專利名稱：一種海底深孔取芯鉆機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海底深孔取芯鉆機。
背景技術(shù)：
海洋資源的開發(fā)，特別是深海底賦存的多金屬硫化礦等礦產(chǎn)資源的開發(fā)是一個新開拓的 技術(shù)領(lǐng)域，由于深海底復(fù)雜的地質(zhì)、洋流、壓力等環(huán)境條件，研制在深海底適用的遙控鉆進 及取巖芯設(shè)備，特別是深孔鉆進、需要遙控接卸鉆桿的大型海底取芯鉆機，是當(dāng)今世界的前 沿技術(shù)。目前，國內(nèi)尚未研制出國產(chǎn)的大型海底深孔取芯鉆機，而國外研制的海底深孔取芯 鉆機則是針對國外深?？碧酱哂写笮团涮椎墓δ芡陚涞募装逶O(shè)備，其下放回收止蕩及升沉 補償?shù)饶芰姶蠖O(shè)計的，因而沒有堅固的可以保護其內(nèi)部關(guān)鍵部件的機架、且外形不規(guī)整 無法采用傳統(tǒng)下放回收方法，不能適應(yīng)目前國內(nèi)深海勘探船甲板設(shè)備較小且能力低、無升沉 補償功能和專用下放回收裝置的現(xiàn)實情況。國外海底深孔取芯鉆機還存在對底盤強度及變形 量要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜和控制環(huán)節(jié)多，對操作工藝特別是下放回收坐底調(diào)平等工藝要求高、對 海底地形適應(yīng)性差等問題，在深海的復(fù)雜工作條件下，工作可靠性及環(huán)境適應(yīng)性難以滿足要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服克服已有技術(shù)的不足，提供一種能夠保護內(nèi)部關(guān)鍵部件、對機架 特別是底盤的受沖擊變形不敏感、對勘探母船配套甲板設(shè)備要求不高、對海底地形適應(yīng)性強 、操作和控制較為簡單的海底深孔取芯鉆機。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括機架、安裝固定于機架上的三條液壓驅(qū)動伸縮支腿、桅桿架 、深水壓力補償器、鉆機液壓動力系統(tǒng)、鉆進動力頭、鉆進動力頭推進機構(gòu)、步進旋轉(zhuǎn)式鉆 桿存儲架、鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手、鉆桿接卸機構(gòu)、水下控制與通訊系統(tǒng)，其特征在 于，所述機架呈鳥籠形桁架結(jié)構(gòu)，其外形為四邊形柱體或三角形柱體，三條伸縮支腿裝在四 邊形柱體或三角形柱體的下部外側(cè)；所述步進旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架及鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機
械手通過上支架、下支架、托板、存儲架轉(zhuǎn)動軸和機械手轉(zhuǎn)動軸安裝固定于桅桿架的一個側(cè) 面上，與機架特別是底盤沒有直接接觸連接關(guān)系，所述鉆桿接卸機構(gòu)中的液壓卡盤組安裝固 定在桅桿架前面面板上、垂直滑軌的下部。
所述機架的上部呈錐形向上收縮，其外形是在一個等腰三角形柱體下部的三個角切除后形成的六邊形截面，三條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿安裝于三個被切除角的空間內(nèi)。
所述機架的上部呈錐形向上收縮，其外形是在一個四邊形柱體下部切除四個或兩個相鄰 角所形成的八邊形或六邊形水平截面，三條液壓驅(qū)動伸縮支腿中的兩條安裝于被切除角的空 間內(nèi)，另外一條安裝于四邊形柱體一個側(cè)面的中心凹槽中，與安裝于切除角上的兩條調(diào)平支 腿構(gòu)成正三角形對稱布置。
所述鉆進動力頭推進機構(gòu)包含安裝于桅桿架內(nèi)部的一根推進油缸及推進油缸活塞桿頭部 動滑輪組、桅桿架上部和下部的定滑輪組、桅桿架前面的垂直滑軌及在垂直滑軌上滑動并支 撐鉆進動力頭的鉆進動力頭滑架、以及繞過動滑輪組及定滑輪組和鉆進動力頭滑架的兩根鋼 絲繩，其中鉆進動力頭的位移量為大致兩倍于推進油缸的行程。
所述所述三條液壓驅(qū)動伸縮支腿，在三條液壓驅(qū)動伸縮支腿的著地點部位裝有帶液壓剎 車的滾筒，在滾筒表面刻有軸向和徑向的多條刻槽。
所述三條液壓驅(qū)動伸縮支腿，是通過液壓馬達帶動絲桿螺母驅(qū)動方式，其驅(qū)動液壓馬達 和絲桿的推力軸承及軸承座均裝于絲桿的下方，絲桿上端處于軸向自由狀態(tài)，以保證絲桿不 會受到軸向壓力而失穩(wěn)。
所述鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手，其驅(qū)動液壓油缸內(nèi)部活塞的有桿腔一側(cè)裝有剛度較 大的碟形彈簧、無桿腔一側(cè)裝有剛度較小的普通彈簧或碟簧，使活塞能自動回位至兩邊彈簧 壓力平衡的位置。本發(fā)明的優(yōu)點是整機具有規(guī)整外形，機架強度高、能夠保護內(nèi)部關(guān)鍵部件，對機架特 別是底盤的受沖擊變形不敏感、對勘探母船配套甲板設(shè)備要求不高、對海底地形適應(yīng)性強， 所采用的油缸驅(qū)動鋼絲繩倍程給進提鉆機構(gòu)、鉆桿抓送機械手"虛握"定位機構(gòu)和帶液壓剎 車支腿滾筒的工作簡單可靠。


圖l為實施例l的結(jié)構(gòu)示意圖2為鉆桿存儲架、機械手和卡盤組安裝示意圖3為桅桿架及油缸驅(qū)動鋼絲繩倍程給進機構(gòu)原理圖；其中A為側(cè)面視圖；B為正面視圖
圖4為支腿驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為支腿滾筒結(jié)構(gòu)示意圖6為機械手驅(qū)動油缸結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例l:參照附圖
本實施例的鉆機的機架l呈鳥籠形桁架結(jié)構(gòu)且外形基本為四邊形柱體，鉆機的其他部件 全部安裝固定于機架l的內(nèi)部，使之一般不會因在海上惡劣環(huán)境中工作因受到外部撞擊而損 壞。四邊形柱體的機架上部呈方錐形向上收縮，其下部有兩個相鄰的角被切除，使之實際變 成六邊形，三條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿中的兩條安裝于機架下部四邊形柱體的兩個相鄰的被 切除的角的空間內(nèi)，另外一條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿則安裝于機架下部四邊形柱體的一個側(cè) 面的中心的凹槽中，與安裝于切除角上的兩條調(diào)平支腿構(gòu)成正三角形對稱布置。三條支腿在 縮回(收起)狀態(tài)時均位于機架四邊形柱體的四條邊線之內(nèi)，受到機架的保護；三條可液壓 驅(qū)動伸縮的支腿中的每一條在伸出時都應(yīng)具有足夠的力度，以將鉆機整機頂起，當(dāng)鉆機因下 放到有坡度的海底而未能基本垂直直立時，可通過分別調(diào)整三條可液壓驅(qū)動伸縮支腿的伸出 長度將鉆機調(diào)整至基本垂直直立狀態(tài)；
桅桿架3頂部有與鉆機臍帶纜7和承重裝置8連接的連接機構(gòu)9;鉆機液壓動力系統(tǒng)IO、液 壓控制閥箱ll、深水壓力補償器12、控制系統(tǒng)耐壓倉13、電源變壓器箱14、水下攝像頭15及 照明燈16、離底高度計17等部件直接安裝固定于機架1上，鉆機臍帶纜7為鎧裝承重纜，為鉆 機提供所需下放回收支撐和供電及光纖通訊能力。
鉆桿18或鉆具19懸掛連接于鉆進動力頭5上，可在鉆進動力頭5和鉆進動力頭推進機構(gòu)4 驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)和給進，以實現(xiàn)鉆進取芯；步進旋轉(zhuǎn)式鉆桿或鉆具存儲架6及與之配套的一對用 于抓送鉆桿18或鉆具19的雙聯(lián)機械手通過上支架21、下支架22、托板23、存儲架轉(zhuǎn)動軸24和 機械手轉(zhuǎn)動軸25等部件安裝固定于桅桿架3的一個側(cè)面上，不與機架l直接連接或接觸；為了 使鉆機的鉆孔深度能力更大，也可在桅桿架3的左右兩個側(cè)面上都安裝固定一套步進旋轉(zhuǎn)式 鉆桿(或鉆具)存儲架6及與之配套的一對用于抓送鉆桿18或鉆具19的雙聯(lián)機械手；用于鉆 桿和鉆具接卸的液壓卡盤組26安裝固定在桅桿架3的前面板上垂直滑軌27的下部，不與機架 直接連接或接觸。
鉆進動力頭推進機構(gòu)4，包含安裝于桅桿架3內(nèi)部的一根推進油缸28及推進油缸活塞桿頭 部動滑輪組29、桅桿架3上部和下部的定滑輪組30和桅桿架前面的垂直滑軌27及在垂直滑軌 上滑動并支撐鉆進動力頭的鉆進動力頭滑架31、以及繞過動滑輪組及定滑輪組和鉆進動力頭 滑架的兩根鋼絲繩32，推進油缸28的推動力及位移通過兩根鋼絲繩32及滑輪組和驅(qū)動鉆進動 力頭5在垂直滑軌27上上下滑動，且由于采用了動滑輪組29，使得鉆進動力頭5的位移量剛好 兩倍于推進油缸28的推進量。用于抓送鉆桿18或鉆具19的雙聯(lián)機械手20，其驅(qū)動液壓油缸37內(nèi)部活塞的有桿腔一側(cè)裝 有剛度較大的碟形彈簧38、無桿腔一側(cè)裝有剛度較小的普通彈簧或碟簧39，當(dāng)活塞兩側(cè)均不 送壓力液壓油時，活塞將自動回位至兩邊彈簧壓力平衡的一個位置，該位置使得機械手20握 住的鉆桿或鉆具既不能水平脫離機械手20的掌握又可以自由上下滑動或轉(zhuǎn)動。
支腿采用液壓馬達帶動絲桿螺母驅(qū)動方式，其驅(qū)動液壓馬達33和絲桿34的推力軸承及軸 承座35均裝于絲桿34的下方，且使絲桿上端處于軸向自由狀態(tài)，以保證絲桿不會受到軸向壓 力而失穩(wěn)。支腿2的腿根部的著地點部位裝有帶液壓剎車40的滾筒36，滾筒36表面刻有軸向 和徑向的多條刻槽以增加對地面的摩擦力，當(dāng)支腿處于伸出或收回過程中，支腿根部與地面 需要有相對滑移時，通過液壓操作使?jié)L筒36的液壓剎車40松開，滾筒即可在地面滾動；當(dāng)支 腿伸出完畢不再需要滾筒滾動時，通過液壓操作將滾筒36的液壓剎車40鎖死，滾筒即在地面 靠摩擦力固定，從而使鉆機在工作過程中不發(fā)生移位。
實施例2:
與實施例l不同的是鉆機的機架呈鳥籠形桁架結(jié)構(gòu)且外形為三角形柱體，三角形柱體 下部的三個角上安裝有三條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿。 實施例3 :
與實施例2不同的是三角形柱體下部的三個角被切除，使之實際變成六邊形截面，三
條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿安裝于機架下部三角形柱體的三個被切除的角的空間內(nèi)。三條支腿 在縮回收起狀態(tài)時均位于機架三角形柱體的三條邊線之內(nèi)，受到機架l頂框架的保護。除機 架結(jié)構(gòu)不同外，其余結(jié)構(gòu)與原理與實施例l完全相同。
權(quán)利要求
1.一種海底深孔取芯鉆機，包括機架、安裝固定于機架上的三條液壓驅(qū)動伸縮支腿、桅桿架、深水壓力補償器、鉆機液壓動力系統(tǒng)、鉆進動力頭、鉆進動力頭推進機構(gòu)、步進旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架、鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手、鉆桿接卸機構(gòu)、水下控制與通訊系統(tǒng)，其特征在于，所述機架呈鳥籠形桁架結(jié)構(gòu)，其外形為四邊形柱體或三角形柱體，三條伸縮支腿裝在四邊形柱體或三角形柱體的下部外側(cè)；所述步進旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架及鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手通過上支架、下支架、托板、存儲架轉(zhuǎn)動軸和機械手轉(zhuǎn)動軸安裝固定于桅桿架的一個側(cè)面上，所述鉆桿接卸機構(gòu)中的液壓卡盤組安裝固定在桅桿架前面面板上、垂直滑軌的下部。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所述機架 的上部呈錐形向上收縮，其外形是在一個等腰三角形柱體下部的三個角切除后形成的六邊形 截面，三條可液壓驅(qū)動伸縮的支腿安裝于三個被切除角的空間內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所述 機架的上部呈錐形向上收縮，其外形是在一個四邊形柱體下部切除四個或兩個相鄰角所形成 的八邊形或六邊形水平截面，三條液壓驅(qū)動伸縮支腿中的兩條安裝于被切除角的空間內(nèi)，另 外一條安裝于四邊形柱體一個側(cè)面的中心凹槽中，與安裝于切除角上的兩條調(diào)平支腿構(gòu)成正 三角形對稱布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所 述鉆進動力頭推進機構(gòu)包含安裝于桅桿架內(nèi)部的一根推進油缸及推進油缸活塞桿頭部動滑輪 組、桅桿架上部和下部的定滑輪組、桅桿架前面的垂直滑軌及在垂直滑軌上滑動并支撐鉆進 動力頭的鉆進動力頭滑架、以及繞過動滑輪組及定滑輪組和鉆進動力頭滑架的兩根鋼絲繩， 其中鉆進動力頭的位移量為大致兩倍于推進油缸的行程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所 述三條液壓驅(qū)動伸縮支腿，在三條液壓驅(qū)動伸縮支腿的著地點部位裝有帶液壓剎車的滾筒， 在滾筒表面刻有軸向和徑向的多條刻槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所 述三條液壓驅(qū)動伸縮支腿是通過液壓馬達帶動絲桿螺母驅(qū)動方式，其驅(qū)動液壓馬達和絲桿的 推力軸承及軸承座均裝于絲桿的下方，絲桿上端處于軸向自由狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的海底深孔取芯鉆機，其特征在于，所 述鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手，其驅(qū)動液壓油缸內(nèi)部活塞的有桿腔一側(cè)裝有剛度較大的碟 形彈簧、無桿腔一側(cè)裝有剛度較小的普通彈簧或碟簧，使活塞能自動回位至兩邊彈簧壓力平 衡的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海底深孔取芯鉆機，其機架呈鳥籠形桁架結(jié)構(gòu)，其外形為四邊形柱體或三角形柱體，三條伸縮支腿裝在四邊形柱體或三角形柱體的下部外側(cè)；所述步進旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架及鉆桿抓送機構(gòu)中的雙聯(lián)機械手通過上支架、下支架、托板、存儲架轉(zhuǎn)動軸和機械手轉(zhuǎn)動軸安裝固定于桅桿架的一個側(cè)面上，與機架特別是底盤沒有直接接觸連接關(guān)系，所述鉆桿接卸機構(gòu)中的液壓卡盤組安裝固定在桅桿架前面面板上、垂直滑軌的下部。本發(fā)明鉆機具有規(guī)整外形，機架強度高能夠保護內(nèi)部關(guān)鍵部件，對機架特別是底盤的撞擊變形不敏感、對勘探母船配套甲板設(shè)備要求不高、對海底地形適應(yīng)性強，所采用的油缸驅(qū)動鋼絲繩倍程給進提鉆機構(gòu)、鉆桿抓送機械手“虛握”定位機構(gòu)和帶液壓剎車支腿滾筒的工作簡單可靠。
文檔編號E21B7/12GK101555774SQ20091030261
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者萬步炎, 黃筱軍 申請人:長沙礦山研究院