一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于深海巖芯取樣領(lǐng)域，具體為一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)是載人深潛器進(jìn)行海底地質(zhì)調(diào)查，海底礦產(chǎn)勘探等作業(yè)時(shí)必須的作業(yè)工具。隨著載人深潛器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型深海巖芯取樣鉆機(jī)的研制非常緊迫。美國(guó)伍茲霍爾海洋研宄所的Alvin號(hào)曾于1991年10月攜帶HSTR取芯器成功獲得硫化物煙囪樣品。1995年HarborBranch海洋研宄所為美國(guó)海洋工程技術(shù)協(xié)會(huì)研制了工作海深超過(guò)7000m的取芯器。該取芯器曾安裝在Magellan ROV上，在超過(guò)3000m的海深里取得多個(gè)巖石樣品。除此之外英國(guó)的CONSUB號(hào)、法國(guó)的ST-1號(hào)和俄羅斯的APTYC號(hào)載人潛水器都曾攜帶過(guò)水下微型取芯器對(duì)海底巖石進(jìn)行取樣。專利號(hào)為201320798560.7的中國(guó)專利公開(kāi)了一種深海小型電動(dòng)取芯潛鉆，解決了和蛟龍?zhí)枬撍鞯钠ヅ鋯?wèn)題，但是仍然存在尺寸大、重量重、水下作業(yè)效率較低等問(wèn)題，因此，急需一種技術(shù)方案來(lái)解決這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)重量大、作業(yè)效率低等不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、質(zhì)量輕、基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)。
[0004]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)，包括水密電纜、手柄、鉆具，其特征是還包括電池和控制艙、深水傳動(dòng)單元、傳動(dòng)軟軸和深水動(dòng)力單元；電池和控制艙通過(guò)水密電纜和深水動(dòng)力單元連接；深水動(dòng)力單元通過(guò)傳動(dòng)軟軸和深水傳動(dòng)單元連接；深水傳動(dòng)單元和鉆具連接；電池和控制艙包括水密接頭、后端蓋、密封圈、艙體、電池和控制模塊以及前端蓋；
[0006]所述的鉆具包括鉆頭、取芯套和取芯管三部分，鉆頭選用硬質(zhì)材料制作，鉆頭中空；鉆頭內(nèi)部裝有取芯套，取芯套采用倒刺結(jié)構(gòu)，鑲嵌在取芯管內(nèi)，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有螺紋，一端和鉆頭連接，另一端和傳動(dòng)單元連接；
[0007]所述的深水動(dòng)力單元由傳動(dòng)軸、絲堵、軸承、螺釘、端蓋、密封圈、中間法蘭、電機(jī)法蘭、電機(jī)、殼體、補(bǔ)償裝置、水密插頭組成，深水電機(jī)通過(guò)電機(jī)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(lái)固定傳動(dòng)軸；傳動(dòng)軸通過(guò)平鍵和電機(jī)軸連接；螺釘把法蘭和補(bǔ)償裝置固定在殼體上；深水傳動(dòng)單元?dú)んw內(nèi)充滿了油液，補(bǔ)償海水產(chǎn)生的壓力；深水電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸和軟軸連接，從而帶動(dòng)軟軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出；
[0008]深水傳動(dòng)單元由螺釘、端蓋、箱體、密封圈、傳動(dòng)軸、軸承、軸套、鍵、彈性擋圈、齒輪組成；軸承、軸套、端蓋把傳動(dòng)軸固定在箱體內(nèi)；傳動(dòng)軸和錐齒輪通過(guò)平鍵連接；軸承、端蓋把傳動(dòng)軸固定在箱體內(nèi)；傳動(dòng)軸和錐齒輪通過(guò)平鍵連接；通過(guò)一對(duì)錐齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；箱體內(nèi)充滿油液，用來(lái)補(bǔ)償箱體承受的壓力，減小箱體的變形；
[0009]整個(gè)鉆機(jī)安裝在深潛器前端的采樣籃中；作業(yè)時(shí)深潛器使用伺服機(jī)械手抓緊鉆機(jī)的手柄，將鉆機(jī)從取樣籃中取出，將鉆具對(duì)準(zhǔn)要取樣的巖石；使用開(kāi)關(guān)機(jī)械手觸發(fā)安裝在電池和控制艙端蓋上的紅色磁性開(kāi)關(guān)，接通電源，深水動(dòng)力單元中的電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)軟軸和深水傳動(dòng)單元帶動(dòng)鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；伺服機(jī)械手按壓鉆機(jī)手柄，開(kāi)始取樣作業(yè)，20-30分鐘后，伺服機(jī)械手向上提，將鉆機(jī)從巖石中取出；開(kāi)關(guān)機(jī)械手觸發(fā)黃色開(kāi)關(guān)，鉆機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服機(jī)械手把鉆機(jī)放回到采樣籃中，作業(yè)完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0010]基于深海潛器機(jī)械臂操作的海底結(jié)殼巖芯鉆機(jī)最大工作水深達(dá)到4000m，取芯尺寸彡Φ 10x100mm，巖芯硬度彡6級(jí)(莫氏)(鈷結(jié)殼)。
[0011]選用由人造金剛石的聚晶表層和硬質(zhì)合金(碳化鎢)的底層在高溫壓過(guò)程中制造出來(lái)的PDC鉆頭，復(fù)合片切削塊工作時(shí)，金剛石聚晶體不斷剝落，新的鋒利的小晶體不斷出露而使復(fù)合片切削塊自銳，所以能夠在較低的轉(zhuǎn)速帶條件下實(shí)現(xiàn)高速鉆進(jìn)，并能在整個(gè)使用過(guò)程中保持高速鉆進(jìn)的效果；此外，由于復(fù)合片的硬質(zhì)合金底層提供了抗沖擊強(qiáng)度，所以復(fù)合片既具有其聚晶金剛石的硬度、耐磨性，又有硬質(zhì)合金的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗沖擊性能。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型深水動(dòng)力單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型深水傳動(dòng)單元結(jié)構(gòu)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(dòng)力單元；5、傳動(dòng)軟軸；6、深水傳動(dòng)單元；7、手柄；8、鉆具；9、傳動(dòng)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(jī)法蘭；17、螺釘；18、螺釘；19、深水電機(jī)；20、殼體；21、補(bǔ)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(dòng)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(dòng)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(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型三個(gè)最佳實(shí)施例:
[0017]實(shí)施例一:
[0018]如圖1所示，一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)，包括水密電纜2和3、手柄7、鉆具8、電池和控制艙1、深水傳動(dòng)單元6、傳動(dòng)軟軸5和深水動(dòng)力單元4等；電池和控制艙I通過(guò)水密電纜2及3和深水動(dòng)力單元4連接；深水動(dòng)力單元4通過(guò)傳動(dòng)軟軸5和深水傳動(dòng)單元6連接；深水傳動(dòng)單元6和鉆具8通過(guò)螺紋連接；整個(gè)鉆機(jī)安裝在深潛器前端的采樣籃中。鉆具8包括鉆頭、取芯套和取芯管三部分，取芯套采用倒刺結(jié)構(gòu)，鑲嵌在取芯管內(nèi)，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有內(nèi)螺紋，一端和鉆頭連接，另一端和傳動(dòng)單元連接，鉆頭選用PDC鉆頭。如圖2所示，深水動(dòng)力單元，深水電機(jī)19通過(guò)電機(jī)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(lái)固定傳動(dòng)軸9。傳動(dòng)軸9通過(guò)平鍵和電機(jī)軸連接。螺釘23把法蘭22和補(bǔ)償裝置21固定在殼體20上。深水傳動(dòng)單元?dú)んw內(nèi)充滿了油液，補(bǔ)償4500m海水產(chǎn)生的壓力。深水電機(jī)19通電轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸9和傳動(dòng)軟軸5連接，帶動(dòng)傳動(dòng)軟軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
[0019]如圖3所示，所述的一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)的深水傳動(dòng)單元，一對(duì)圓錐滾子軸承33、軸套34、端蓋31把傳動(dòng)軸32固定在箱體28內(nèi)。傳動(dòng)軸32和錐齒輪通過(guò)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(dòng)軸40固定在箱體28內(nèi)。傳動(dòng)軸40和錐齒輪43通過(guò)平鍵41連接。通過(guò)一對(duì)錐齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。箱體28內(nèi)充滿油液，用來(lái)補(bǔ)償箱體承受的壓力，減小箱體28的變形。使用一對(duì)錐齒輪改變傳動(dòng)的方向，動(dòng)力水平輸入垂直輸出，方便機(jī)械手的操作。使用兩對(duì)圓錐滾子軸承消除錐齒輪傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的軸向力。動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸32輸入，傳動(dòng)軸32帶動(dòng)錐齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)一對(duì)錐齒輪的嚙合，帶動(dòng)傳動(dòng)軸40順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸40和鉆具8通過(guò)螺紋連接，帶動(dòng)鉆具8順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)取樣作業(yè)。
[0020]作業(yè)時(shí)深潛器使用伺服機(jī)械手抓緊鉆機(jī)的手柄7，將鉆機(jī)從取樣籃中取出，將鉆具8對(duì)準(zhǔn)要取樣的巖石；使用開(kāi)關(guān)機(jī)械手觸發(fā)安裝在電池和控制艙I端蓋上的紅色磁性開(kāi)關(guān)，接通電源，深水動(dòng)力單元4中的電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)軟軸5和深水傳動(dòng)單元6帶動(dòng)鉆具8順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；伺服機(jī)械手按壓鉆機(jī)手柄7，開(kāi)始取樣作業(yè)，20-30分鐘后，伺服機(jī)械手向上提，將鉆機(jī)從巖石中取出；開(kāi)關(guān)機(jī)械手觸發(fā)黃色開(kāi)關(guān)，鉆機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服機(jī)械手把鉆機(jī)放回到采樣籃中，作業(yè)完成。
[0021]實(shí)施例二:
[0022]鉆頭采用耐磨硬質(zhì)陶瓷，取芯管兩端加工有外螺紋，深水電機(jī)19焊接在深水動(dòng)力單元4的殼體20上，其他同實(shí)施例一。
[0023]實(shí)施例三:
[0024]深水傳動(dòng)單元6和鉆具8通過(guò)焊接的形式連接，保證其連接可靠性，其他同實(shí)施例
O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)，包括水密電纜(2)和(3)、手柄(7)、鉆具(8)，其特征是還包括電池和控制艙(I)、深水傳動(dòng)單元￠)、傳動(dòng)軟軸(5)和深水動(dòng)力單元(4);電池和控制艙(I)通過(guò)水密電纜(2)、(3)和深水動(dòng)力單元(4)連接；深水動(dòng)力單元(4)通過(guò)傳動(dòng)軟軸(5)和深水傳動(dòng)單元(6)連接；深水傳動(dòng)單元(6)和鉆具(8)連接；電池和控制艙(I)包括水密接頭、后端蓋、密封圈、艙體、電池和控制模塊以及前端蓋；鉆具(8)包括鉆頭、取芯套和取芯管三部分，取芯套采用倒刺結(jié)構(gòu)，鑲嵌在取芯管內(nèi)，防止巖芯脫落；取芯管兩端加工有螺紋，一端和鉆頭連接，另一端和傳動(dòng)單元連接；深水動(dòng)力單元(6)由傳動(dòng)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(jī)法蘭(16)、螺釘(17)、電機(jī)(19)、殼體(20)、補(bǔ)償裝置(21)、水密插頭(24)組成，深水電機(jī)(19)通過(guò)電機(jī)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(lái)固定傳動(dòng)軸(9)，傳動(dòng)軸(9)通過(guò)平鍵和電機(jī)軸連接，螺釘(13)把法蘭和補(bǔ)償裝置固定在殼體(20)上，深水傳動(dòng)單元?dú)んw(20)內(nèi)充滿了油液，補(bǔ)償海水產(chǎn)生的壓力；深水傳動(dòng)單元(4)包括螺釘(26)、端蓋(27)、箱體(28)、密封圈(29)、傳動(dòng)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(dòng)軸(32)固定在箱體(28)內(nèi)，傳動(dòng)軸(32)和錐齒輪(43)通過(guò)平鍵(41)連接，通過(guò)錐齒輪(43)嚙合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；箱體(28)內(nèi)充滿油液，用來(lái)補(bǔ)償箱體(28)承受的壓力，減小箱體(28)的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)，其特征是，鉆頭選用PDC鉆頭。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于深海巖芯取樣領(lǐng)域，是一種基于載人深潛器機(jī)械手操作的小型巖芯取樣鉆機(jī)。包括電池和控制艙、水密電纜、手柄、鉆具、深水傳動(dòng)單元、傳動(dòng)軟軸和深水動(dòng)力單元，電池和控制艙通過(guò)水密電纜和深水動(dòng)力單元連接；深水動(dòng)力單元通過(guò)軟軸和傳動(dòng)單元連接；傳動(dòng)單元和鉆具通過(guò)螺紋連接；整個(gè)鉆機(jī)安裝在載人深潛器前端的采樣籃中。它是為載人深潛器設(shè)計(jì)制造的專用海底結(jié)殼巖芯鉆機(jī)，其設(shè)計(jì)制造依據(jù)“安全、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的原則，可安裝于載人深潛器采樣籃支架上，通過(guò)機(jī)械手操作的方式，對(duì)海底結(jié)殼有效地鉆探取芯。本實(shí)用新型主要用于海底結(jié)殼巖芯的取樣，具有很好的實(shí)用性。
【IPC分類】E21B25-18
【公開(kāi)號(hào)】CN204327020
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420796548
【發(fā)明人】劉敬喜, 劉延俊, 丁忠軍, 于凱本, 高平, 湛國(guó)林
【申請(qǐng)人】山東拓普液壓氣動(dòng)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日