专利名称：模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台的制作方法
技术领域：
本发明属于航天航空设备测试实验领域，涉及模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，用于测试钻探月壤时钻头工作的热力特性。
背景技术：
航天航空是人类探索自然界的前沿工程，走向太空已成为科技强国必不可少的标志，探月工程是我国航天事业下一阶段的重要内容之一，之前探月工程主要是通过遥测遥感来了解月球，要想揭开月球环境的神秘面纱最终还是要通过登月来实现，登月后要针对月球展开一系列的科研项目，每个环节都非常重要，其中之一就是要获取月球表面物质标本，如何在低引力环境下钻采收集月壤是一件十分不容易的事情，需要一种专用钻采工具来实 施，与传统钻具不同，这种钻具要用合航天项目的特殊性，既要体积小质量轻便于发送，又要具有高的可靠性，所以在钻具研制过程中通过理论计算后还要通过模拟实验来验证，获得第一手实验数据作为对后期研发改的基础，在诸多测试实验项目中，大部分都可以使用实验室现有设备进行，而在工作部钻头的测试项目中有一项是钻头在模拟工作环境下工作的热力特性参数测试，必须要有专用测试台来完成，作为工作核心部件的钻头不进行模拟测就应用是有违科学发展规律的，所以试研发测试台的工作势在必行。
发明内容
为了更好的完成钻头热力特性参数测试，本发明提供一种模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，能满足实验需求，实现对钻头工作时各种参量的测量。本发明采用的技术方案是一种模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，包括基座和机架，其特征在于机架设置在基座上，机架下方设有月壤桶，机架上设有垂直的导轨，导轨上滑动连接有钻机；机架上方设有轴线水平的旋转轴，旋转轴一端连接有恒力加载轮，恒力加载轮表面设有螺旋凹槽，螺旋凹槽内缠绕有牵引绳，牵引绳一端固定在恒力加载轮上，另一端连接加载块，旋转轴与恒力加载轮间通过键连接，旋转轴上固定连接有同心的蜗轮，对应蜗轮机架上设有蜗杆，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮与电机驱动轴连接，旋转轴上固定连接有加载齿轮，钻机上端通过拉力传感器连接有链条，链条向上延展与加载齿轮啮合换向后向下延展，和机架下端连接的支撑齿轮啮合换向后通过拉力传感器和张紧弹簧与钻机下端连接；钻机向下连接有钻杆，钻杆与钻头间设有轴向力传感器和扭力传感器，钻头上连接有温度传感器，三种传感器引线沿钻杆内壁轴向凹槽延伸到钻杆上端穿过钻杆壁开孔，与过孔滑环连接。所述钻杆与钻头间设有储线转接轴，转接轴内部设有储线空间。所述钻杆内浮动连接有不转动的保持管，保持管底部设有测温光纤，测温光纤沿保持管侧壁向上延伸到钻机外部与解调主机连接。所述基座上连接有将机架罩在内部的密封真空罩。所述机架与基座活动连接，机架上设有重力和重心调节机构。所述月壤桶内设有月壤固定装置。所述过孔滑环电气连接有数据分析处理器。
本发明可以实现不同模拟环境下的轴向力、扭力、温度参量的测量，结构紧凑，测量精度高，能够反应真实的工况，为研发提供有力可靠地实验数据，为研制适用于月表物质钻采的钻头打下基础，对探月工程意义重大。
图I为本发明实施例整体结构示意图。图中标不名称1基座；2机架；3月壤桶；4导轨；5钻机；6旋转轴；7恒力加载轮；8牵引绳；9加载块；10蜗轮；11蜗杆；12电机；13加载齿轮；14拉力传感器；15链条；16支撑齿轮；17钻杆。
具体实施例方式 本发明实施例如图I所示，该模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台包括基座I 和机架2，机架2放置在基座I上，机架2下方设有月壤桶3，月壤桶3内置模拟月壤，模拟月壤可按推测有不同构成方案，机架2上设有垂直的导轨4，导轨4通过滑块滑动连接有钻机5 ;机架2上方设有轴线水平的旋转轴6，旋转轴6 —端连接有恒力加载轮7，恒力加载轮7表面设有螺旋凹槽，螺旋凹槽内缠绕有牵引绳8，牵引绳8 —端固定在恒力加载轮7上’另一端连接加载块9，旋转轴6与恒力加载轮7间通过花键连接，恒力加载轮7可拔出调换方向来改变旋转轴6旋转方向，旋转轴6上固定连接有同心的蜗轮10，对应蜗轮10机架2上设有可离合的蜗杆11，需传递动力时蜗轮10与蜗杆11啮合，不需递动力时蜗轮10与蜗杆11分离，蜗轮10上连接有电机12，旋转轴6上固定连接有加载齿轮13，钻机5上端通过拉力传感器14连接有链条15，链条15向上延展与加载齿轮13啮合换向后向下延展，和机架2下端连接的支撑齿轮16啮合换向后通过拉力传感器14和张紧弹簧与钻机5下端连接；钻机5向下连接有钻杆17，钻杆17与钻头间设有轴向力传感器和扭力传感器，钻头上连接有温度传感器，三种传感器引线沿钻杆17内壁轴向凹槽延伸到钻杆17上端穿过钻杆17壁开孔，与过孔滑环连接；钻杆17内浮动连接有不转动的保持管，保持管底部设有测温光纤，测温光纤沿保持管侧壁向上延伸到钻机5外部与解调主机连接。实验时，通过调节加载块9质量可以实现用不同的恒力对钻机5进行轴向加载，通过电机12转速调整可以实现用不同的恒速度对钻机5进行轴向加载；选择一种构成方案的月壤固定在月壤桶3内部，启动钻机5选择加载模式下钻，开始钻采测试，下钻过程中轴向力传感器、扭力传感器、温度传感器通过过孔滑环将信号送到数据分析处理器，同时解调主机将测温光纤检测到的信号解调后送到数据分析处理器、拉力传感器检测到的信号送到数据分析处理器，数据分析处理器将收到的信号数据进行对比运算后得出曲线图谱，用于判断钻头是否符合太空钻探需要，为后续研发提供参考依据；本试验台结构紧凑，测量精度高，能够反应真实的工况，适用于开发不同环境下的钻采钻头，对探月工程乃至以后深空火星探测意义重大。本发明实施时还可以在钻杆与钻头间设储线转接轴，转接轴内部设有储线空间，可以将钻杆内多余的信号线收纳起来；还可以在机架2上连接可水平移动加载箱，通过调节加载箱质量和位置，可以调节机架2重力和重心，用于模拟钻机支撑环境；根据需要可以再基座I上连接将机架2罩在内部的密封真空罩，用于模拟真空环境测试钻头热参量。
权利要求
1.一种模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，包括基座(I)和机架(2)，其特征在于机架(2)设置在基座(I)上，机架(2)下方设有月壤桶(3)，机架(2)上设有垂直的导轨(4)，导轨(4)上滑动连接有钻机(5);机架(2)上方设有轴线水平的旋转轴(6)，旋转轴(6)一端连接有恒力加载轮(7)，恒力加载轮(7)表面设有螺旋凹槽，螺旋凹槽内缠绕有牵弓I绳(8),牵引绳(8) —端固定在恒力加载轮(7)上,另一端连接加载块(9),旋转轴(6)与恒力加载轮(7 )间通过键连接，旋转轴(6 )上固定连接有同心的蜗轮(10 )，对应蜗轮(10 )机架(2 )上设有蜗杆(11 )，蜗轮(10 )与蜗杆(11)啮合，蜗轮(10 )与电机(12 )驱动轴连接，旋转轴(6 )上固定连接有加载齿轮(13 )，钻机(5 )上端通过拉力传感器(14)连接有链条(15 )，链条(15)向上延展与加载齿轮(13)啮合换向后向下延展，和机架(2)下端连接的支撑齿轮(16)啮合换向后通过拉力传感器(14)和张紧弹簧与钻机(5)下端连接；钻机(5)向下连接有钻杆(17)，钻杆(17)与钻头间设有轴向力传感器和扭力传感器，钻头上连接有温度传感器，三种传感器引线沿钻杆(17)内壁轴向凹槽延伸到钻杆(17)上端穿过钻杆(17)壁开孔，与过孔滑环连接。
2.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述钻杆(17)与钻头间设有储线转接轴，转接轴内部设有储线空间。
3.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述钻杆(17)内浮动连接有不转动的保持管，保持管底部设有测温光纤，测温光纤沿保持管侧壁向上延伸到钻机(5)外部与解调主机连接。
4.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述基座(I)上连接有将机架(2 )罩在内部的密封真空罩。
5.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述机架(2)与基座(I)活动连接，机架(2)上设有重力和重心调节机构。
6.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述月壤桶(3)内设有月壤固定装置。
7.根据权利要求I所述的模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于所述过孔滑环电气连接有数据分析处理器。
全文摘要
本发明公布了一种模拟月壤钻探取心热力特性参数综合试验台，其特征在于机架设置在基座上，机架下方设有月壤桶，机架上设有垂直的导轨，导轨上滑动连接有钻机；机架上方设有旋转轴，旋转轴连接有恒力加载轮，恒力加载轮表面螺旋凹槽内缠绕有牵引绳，牵引绳一端固定在恒力加载轮上，另一端连接加载块，旋转轴上连接有蜗轮，对应蜗轮机架上设有蜗杆，蜗轮与电机驱动轴连接，旋转轴上连接有加载齿轮，钻机通过与加载齿轮和支撑齿轮啮合的链条连接；钻杆与钻头间设有轴向力传感器和扭力传感器，钻头上连接有温度传感器，三种传感器引线与过孔滑环连接；本试验台结构紧凑，测量精度高，能够反应真实的工况，对深空探测意义重大。
文档编号G01M13/00GK102749191SQ201210250288
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者侯绪研, 全齐全, 吴湘, 唐德威, 姜生元, 崔金生, 赵德明, 邓宗全 申请人:哈尔滨工业大学