專利名稱：模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天航空設(shè)備測(cè)試實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，涉及模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，用于測(cè)試鉆探月壤時(shí)鉆頭工作的熱力特性。
背景技術(shù)：
航天航空是人類探索自然界的前沿工程，走向太空已成為科技強(qiáng)國必不可少的標(biāo)志，探月工程是我國航天事業(yè)下一階段的重要內(nèi)容之一，之前探月工程主要是通過遙測(cè)遙感來了解月球，要想揭開月球環(huán)境的神秘面紗最終還是要通過登月來實(shí)現(xiàn)，登月后要針對(duì)月球展開一系列的科研項(xiàng)目，每個(gè)環(huán)節(jié)都非常重要，其中之一就是要獲取月球表面物質(zhì)標(biāo)本，如何在低引力環(huán)境下鉆采收集月壤是一件十分不容易的事情，需要一種專用鉆采工具來實(shí) 施，與傳統(tǒng)鉆具不同，這種鉆具要用合航天項(xiàng)目的特殊性，既要體積小質(zhì)量輕便于發(fā)送，又要具有高的可靠性，所以在鉆具研制過程中通過理論計(jì)算后還要通過模擬實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，獲得第一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為對(duì)后期研發(fā)改的基礎(chǔ)，在諸多測(cè)試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，大部分都可以使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行，而在工作部鉆頭的測(cè)試項(xiàng)目中有一項(xiàng)是鉆頭在模擬工作環(huán)境下工作的熱力特性參數(shù)測(cè)試，必須要有專用測(cè)試臺(tái)來完成，作為工作核心部件的鉆頭不進(jìn)行模擬測(cè)就應(yīng)用是有違科學(xué)發(fā)展規(guī)律的，所以試研發(fā)測(cè)試臺(tái)的工作勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
為了更好的完成鉆頭熱力特性參數(shù)測(cè)試，本發(fā)明提供一種模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，能滿足實(shí)驗(yàn)需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭工作時(shí)各種參量的測(cè)量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，包括基座和機(jī)架，其特征在于機(jī)架設(shè)置在基座上，機(jī)架下方設(shè)有月壤桶，機(jī)架上設(shè)有垂直的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上滑動(dòng)連接有鉆機(jī)；機(jī)架上方設(shè)有軸線水平的旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸一端連接有恒力加載輪，恒力加載輪表面設(shè)有螺旋凹槽，螺旋凹槽內(nèi)纏繞有牽引繩，牽引繩一端固定在恒力加載輪上，另一端連接加載塊，旋轉(zhuǎn)軸與恒力加載輪間通過鍵連接，旋轉(zhuǎn)軸上固定連接有同心的蝸輪，對(duì)應(yīng)蝸輪機(jī)架上設(shè)有蝸桿，蝸輪與蝸桿嚙合，蝸輪與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接，旋轉(zhuǎn)軸上固定連接有加載齒輪，鉆機(jī)上端通過拉力傳感器連接有鏈條，鏈條向上延展與加載齒輪嚙合換向后向下延展，和機(jī)架下端連接的支撐齒輪嚙合換向后通過拉力傳感器和張緊彈簧與鉆機(jī)下端連接；鉆機(jī)向下連接有鉆桿，鉆桿與鉆頭間設(shè)有軸向力傳感器和扭力傳感器，鉆頭上連接有溫度傳感器，三種傳感器引線沿鉆桿內(nèi)壁軸向凹槽延伸到鉆桿上端穿過鉆桿壁開孔，與過孔滑環(huán)連接。所述鉆桿與鉆頭間設(shè)有儲(chǔ)線轉(zhuǎn)接軸，轉(zhuǎn)接軸內(nèi)部設(shè)有儲(chǔ)線空間。所述鉆桿內(nèi)浮動(dòng)連接有不轉(zhuǎn)動(dòng)的保持管，保持管底部設(shè)有測(cè)溫光纖，測(cè)溫光纖沿保持管側(cè)壁向上延伸到鉆機(jī)外部與解調(diào)主機(jī)連接。所述基座上連接有將機(jī)架罩在內(nèi)部的密封真空罩。所述機(jī)架與基座活動(dòng)連接，機(jī)架上設(shè)有重力和重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述月壤桶內(nèi)設(shè)有月壤固定裝置。所述過孔滑環(huán)電氣連接有數(shù)據(jù)分析處理器。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)不同模擬環(huán)境下的軸向力、扭力、溫度參量的測(cè)量，結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量精度高，能夠反應(yīng)真實(shí)的工況，為研發(fā)提供有力可靠地實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為研制適用于月表物質(zhì)鉆采的鉆頭打下基礎(chǔ)，對(duì)探月工程意義重大。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)不名稱1基座；2機(jī)架；3月壤桶；4導(dǎo)軌；5鉆機(jī)；6旋轉(zhuǎn)軸；7恒力加載輪；8牽引繩；9加載塊；10蝸輪；11蝸桿；12電機(jī)；13加載齒輪；14拉力傳感器；15鏈條；16支撐齒輪；17鉆桿。
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明實(shí)施例如圖I所示，該模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)包括基座I 和機(jī)架2，機(jī)架2放置在基座I上，機(jī)架2下方設(shè)有月壤桶3，月壤桶3內(nèi)置模擬月壤，模擬月壤可按推測(cè)有不同構(gòu)成方案，機(jī)架2上設(shè)有垂直的導(dǎo)軌4，導(dǎo)軌4通過滑塊滑動(dòng)連接有鉆機(jī)5 ;機(jī)架2上方設(shè)有軸線水平的旋轉(zhuǎn)軸6，旋轉(zhuǎn)軸6 —端連接有恒力加載輪7，恒力加載輪7表面設(shè)有螺旋凹槽，螺旋凹槽內(nèi)纏繞有牽引繩8，牽引繩8 —端固定在恒力加載輪7上’另一端連接加載塊9，旋轉(zhuǎn)軸6與恒力加載輪7間通過花鍵連接，恒力加載輪7可拔出調(diào)換方向來改變旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)軸6上固定連接有同心的蝸輪10，對(duì)應(yīng)蝸輪10機(jī)架2上設(shè)有可離合的蝸桿11，需傳遞動(dòng)力時(shí)蝸輪10與蝸桿11嚙合，不需遞動(dòng)力時(shí)蝸輪10與蝸桿11分離，蝸輪10上連接有電機(jī)12，旋轉(zhuǎn)軸6上固定連接有加載齒輪13，鉆機(jī)5上端通過拉力傳感器14連接有鏈條15，鏈條15向上延展與加載齒輪13嚙合換向后向下延展，和機(jī)架2下端連接的支撐齒輪16嚙合換向后通過拉力傳感器14和張緊彈簧與鉆機(jī)5下端連接；鉆機(jī)5向下連接有鉆桿17，鉆桿17與鉆頭間設(shè)有軸向力傳感器和扭力傳感器，鉆頭上連接有溫度傳感器，三種傳感器引線沿鉆桿17內(nèi)壁軸向凹槽延伸到鉆桿17上端穿過鉆桿17壁開孔，與過孔滑環(huán)連接；鉆桿17內(nèi)浮動(dòng)連接有不轉(zhuǎn)動(dòng)的保持管，保持管底部設(shè)有測(cè)溫光纖，測(cè)溫光纖沿保持管側(cè)壁向上延伸到鉆機(jī)5外部與解調(diào)主機(jī)連接。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過調(diào)節(jié)加載塊9質(zhì)量可以實(shí)現(xiàn)用不同的恒力對(duì)鉆機(jī)5進(jìn)行軸向加載，通過電機(jī)12轉(zhuǎn)速調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)用不同的恒速度對(duì)鉆機(jī)5進(jìn)行軸向加載；選擇一種構(gòu)成方案的月壤固定在月壤桶3內(nèi)部，啟動(dòng)鉆機(jī)5選擇加載模式下鉆，開始鉆采測(cè)試，下鉆過程中軸向力傳感器、扭力傳感器、溫度傳感器通過過孔滑環(huán)將信號(hào)送到數(shù)據(jù)分析處理器，同時(shí)解調(diào)主機(jī)將測(cè)溫光纖檢測(cè)到的信號(hào)解調(diào)后送到數(shù)據(jù)分析處理器、拉力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)送到數(shù)據(jù)分析處理器，數(shù)據(jù)分析處理器將收到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算后得出曲線圖譜，用于判斷鉆頭是否符合太空鉆探需要，為后續(xù)研發(fā)提供參考依據(jù)；本試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量精度高，能夠反應(yīng)真實(shí)的工況，適用于開發(fā)不同環(huán)境下的鉆采鉆頭，對(duì)探月工程乃至以后深空火星探測(cè)意義重大。本發(fā)明實(shí)施時(shí)還可以在鉆桿與鉆頭間設(shè)儲(chǔ)線轉(zhuǎn)接軸，轉(zhuǎn)接軸內(nèi)部設(shè)有儲(chǔ)線空間，可以將鉆桿內(nèi)多余的信號(hào)線收納起來；還可以在機(jī)架2上連接可水平移動(dòng)加載箱，通過調(diào)節(jié)加載箱質(zhì)量和位置，可以調(diào)節(jié)機(jī)架2重力和重心，用于模擬鉆機(jī)支撐環(huán)境；根據(jù)需要可以再基座I上連接將機(jī)架2罩在內(nèi)部的密封真空罩，用于模擬真空環(huán)境測(cè)試鉆頭熱參量。
權(quán)利要求
1.一種模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，包括基座(I)和機(jī)架(2)，其特征在于機(jī)架(2)設(shè)置在基座(I)上，機(jī)架(2)下方設(shè)有月壤桶(3)，機(jī)架(2)上設(shè)有垂直的導(dǎo)軌(4)，導(dǎo)軌(4)上滑動(dòng)連接有鉆機(jī)(5);機(jī)架(2)上方設(shè)有軸線水平的旋轉(zhuǎn)軸(6)，旋轉(zhuǎn)軸(6)一端連接有恒力加載輪(7)，恒力加載輪(7)表面設(shè)有螺旋凹槽，螺旋凹槽內(nèi)纏繞有牽弓I繩(8),牽引繩(8) —端固定在恒力加載輪(7)上,另一端連接加載塊(9),旋轉(zhuǎn)軸(6)與恒力加載輪(7 )間通過鍵連接，旋轉(zhuǎn)軸(6 )上固定連接有同心的蝸輪(10 )，對(duì)應(yīng)蝸輪(10 )機(jī)架(2 )上設(shè)有蝸桿(11 )，蝸輪(10 )與蝸桿(11)嚙合，蝸輪(10 )與電機(jī)(12 )驅(qū)動(dòng)軸連接，旋轉(zhuǎn)軸(6 )上固定連接有加載齒輪(13 )，鉆機(jī)(5 )上端通過拉力傳感器(14)連接有鏈條(15 )，鏈條(15)向上延展與加載齒輪(13)嚙合換向后向下延展，和機(jī)架(2)下端連接的支撐齒輪(16)嚙合換向后通過拉力傳感器(14)和張緊彈簧與鉆機(jī)(5)下端連接；鉆機(jī)(5)向下連接有鉆桿(17)，鉆桿(17)與鉆頭間設(shè)有軸向力傳感器和扭力傳感器，鉆頭上連接有溫度傳感器，三種傳感器引線沿鉆桿(17)內(nèi)壁軸向凹槽延伸到鉆桿(17)上端穿過鉆桿(17)壁開孔，與過孔滑環(huán)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述鉆桿(17)與鉆頭間設(shè)有儲(chǔ)線轉(zhuǎn)接軸，轉(zhuǎn)接軸內(nèi)部設(shè)有儲(chǔ)線空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述鉆桿(17)內(nèi)浮動(dòng)連接有不轉(zhuǎn)動(dòng)的保持管，保持管底部設(shè)有測(cè)溫光纖，測(cè)溫光纖沿保持管側(cè)壁向上延伸到鉆機(jī)(5)外部與解調(diào)主機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述基座(I)上連接有將機(jī)架(2 )罩在內(nèi)部的密封真空罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述機(jī)架(2)與基座(I)活動(dòng)連接，機(jī)架(2)上設(shè)有重力和重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述月壤桶(3)內(nèi)設(shè)有月壤固定裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述過孔滑環(huán)電氣連接有數(shù)據(jù)分析處理器。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種模擬月壤鉆探取心熱力特性參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)，其特征在于機(jī)架設(shè)置在基座上，機(jī)架下方設(shè)有月壤桶，機(jī)架上設(shè)有垂直的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上滑動(dòng)連接有鉆機(jī)；機(jī)架上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸連接有恒力加載輪，恒力加載輪表面螺旋凹槽內(nèi)纏繞有牽引繩，牽引繩一端固定在恒力加載輪上，另一端連接加載塊，旋轉(zhuǎn)軸上連接有蝸輪，對(duì)應(yīng)蝸輪機(jī)架上設(shè)有蝸桿，蝸輪與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接，旋轉(zhuǎn)軸上連接有加載齒輪，鉆機(jī)通過與加載齒輪和支撐齒輪嚙合的鏈條連接；鉆桿與鉆頭間設(shè)有軸向力傳感器和扭力傳感器，鉆頭上連接有溫度傳感器，三種傳感器引線與過孔滑環(huán)連接；本試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)量精度高，能夠反應(yīng)真實(shí)的工況，對(duì)深空探測(cè)意義重大。
文檔編號(hào)G01M13/00GK102749191SQ201210250288
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者侯緒研, 全齊全, 吳湘, 唐德威, 姜生元, 崔金生, 趙德明, 鄧宗全 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)