深海小型电动取芯潜钻的制作方法
【专利摘要】本实用新型旨在提供一种深海小型电动取芯潜钻。所述的海底钻机取芯组件，T型轴垂直穿过端板的中心位置与顶板中心固定连接，端板的周向均匀设置长轴，长轴垂直穿过推板，并在长轴末端设有定位钉，穿过推板的长轴上设有弹簧挡板，弹簧挡板与推板之间的长轴上套有弹簧，顶板设置在端板和推板之间，顶板周向均匀设置短轴，短轴垂直固定连接在推板上，推板的中心位置设有止推轴承，止推轴承的中心位置的旋转短轴与岩芯钻具动力端连接；所述的水下动力组件，电机端联轴器将传动软轴和水密电机固定连接，岩芯钻具端联轴器将传动软轴与旋转短轴固定连接。本实用新型实现了提供一种与“蛟龙号”潜水器匹配作业能力的取芯作业工具，具有极好的实用性。
【专利说明】深海小型电动取芯潜钻
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及深海原位岩芯取样领域，尤其涉及一种深海小型电动取芯潜钻。
【背景技术】
[0002]目前基于深海载人潜水器平台的水下小型取芯器一般是一种结构简单的微小型钻机，它安装在潜至水底的专用设备上，用专用微型夹具卡住取芯器；国外在这方面研究起步较早，如美国的ALVIN号配备有HSTR取芯器，英国的CONSUB号、法国的ST-1号和俄罗斯的APTYC号载人潜水器都配有专用的水下微型取芯器对海底岩石进行取样。这类微型取样器的钻孔深度和岩芯直径都较小，水下作业工作效率较低，近年来随着“蚊龙号”载人潜水器的研制，我国也做过水下岩芯取样器的研制工作，但是一直未实现与蚊龙号潜水器的匹配作业，并且重量太大，还需进一步进行升级改造和优化，一直未付诸实际应用。因此，急需一种技术方案来解决这一问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型旨在提供一种丰富潜水器水下作业工具包，提高原位取芯作业能力，实现与蚊龙号潜水器的匹配作业能力的配套岩石取芯作业工具，即深海小型电动取芯潜钻。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型包括海底钻机取芯组件和水下动力组件，所述的海底钻机取芯组件包括端板、顶板、推板、长轴、短轴、T型轴、止推轴承和岩芯钻具，端板中心、顶板中心、推板中心和岩芯钻具的中心均位于同一轴线上，T型轴垂直穿过端板的中心位置与顶板中心固定连接，端板的周向均匀设置长轴，长轴垂直穿过推板，并在长轴末端设有定位钉，穿过推板的长轴上设有弹簧挡板，弹簧挡板与推板之间的长轴上套有弹簧，顶板设置在端板和推板之间，顶板周向均匀设置短轴，短轴垂直固定连接在推板上，推板的中心位置设有止推轴承，止推轴承的中心位置设有旋转短轴，旋转短轴与岩芯钻具动力端连接；所述的水下动力组件包括水密电机、电机端联轴器、传动软轴、岩芯钻具端联轴器，电机端联轴器将传动软轴和水密电机固定连接，岩芯钻具端联轴器将传动软轴与旋转短轴固定连接。
[0005]所述的岩芯钻具包括内管总成和外管总成，所述的外管总成包括外管、扩孔器和钻头，外管一端与旋转短轴固定连接，另一端与扩孔器套接，扩孔器与钻头固定连接；所述的内管总成包括盖头、轴承、调节螺母、内管、卡簧、卡簧座，内管设置在外管的内部，外管连接旋转短轴的一端连接有盖头，盖头上设有轴承座，轴承座上设有轴承，轴承的中心位置设有调节短轴，调节短轴上设有调节螺母，与调节短轴对应的一端的内管上设有调节头；短节设置在内管靠近钻头的一端上，卡簧座与短节套接，卡簧设置在卡簧座的内部。所述的外管总成主要完成岩石钻孔工作。钻头采用金刚石钻头，金刚石镶制在钻头的厚壁，保证钻头有足够的内台，以使钻取的岩芯能够顺利通过卡簧进入内管；扩孔器部分连接钻头和外管，对孔径进行必要的扩充，以利于下钻、取芯；外管连接盖头、扩孔器和钻头，保护内管；盖头连接内、外管，内置海水进水孔使循环水从内管与外管间顺利到达孔底。所述的内管总成主要是保护、储存岩芯，卡簧固定在卡簧座内，起卡住岩芯的作用，使岩芯能通过卡簧后进入内管中，既是岩芯破碎也能完整的保存于内管中；短节在卡簧座与内管之间，连接卡簧座与内管，与卡簧座和内管的连接均为套接式，以保证卡簧座接触到钻头内台时不至于损坏；调节头、调节螺母、调节短轴组成机械调节机构，作用是内外管装配时，通过调节接头进行调节，优选的调节范围为Omm?30mm,调节内管总成前端的卡簧座与金刚石钻头内台之间的间隙，优选的，此间隙要保持2mm?4mm的尺寸，满足尺寸要求后，用调节螺母锁紧；轴承和轴承座起到保证外管单动性的作用，工作时，内管保持不动，外管及钻头高速旋转打孔从岩层取芯。
[0006]端板中心位置设有与T型轴配合使用的T型轴轴套,推板上设有与长轴配合使用的长轴轴套，T型轴套与T型轴之间以及长轴轴套和长轴之间均为间隙配合。T型轴方便机械手抓取和施加取芯过程中的压力。
[0007]端板、顶板和推板均为圆盘板，推板的直径大于端板的直径，端板的直径大于顶板的直径。优选的，端板周向均布开4个通孔，连接长轴，中心开导向孔，T型轴穿过导向孔与顶板固定连接，导向孔内部镶嵌T型轴轴套。顶板周向均布开4个通孔，连接短轴，中心开通孔与T型轴用螺母连接。短轴为阶梯轴结构，两端均加工螺纹，一端与推板的沉孔旋紧配合，另一端用螺母固定连接到顶板。
[0008]长轴和短轴均至少设置4根，长轴与端板之间的连接、短轴与顶板之间的连接，均包括阶梯型螺纹连接。
[0009]挡板与长轴之间设有固定夹子，固定架子将挡板固定在长轴上。弹簧保证了取芯钻具在从岩层中提出时，更加便捷。
[0010]卡簧座与钻头对应的一端均匀设有半圆形缺口。半圆形缺口保证了海水从取芯钻具中及时排出。
[0011]所述的盖头内部设有海水进水孔。海水进水孔保证了海水能从内管与外管之间的空隙顺利到达钻头处。
[0012]所述的电机端联轴器与水密电机之间、取芯潜钻端联轴器与旋转短轴之间均为左旋螺纹连接。左螺旋连接保证了电机端联轴器与传动软轴、传动软轴与旋转短轴之间不脱扣，保持牢固旋紧状态。所述传动软轴为双层结构，外层为软轴皮套，内层为软轴芯，一端通过电机端联轴器与水密电机相连接，电机的输出轴与电机端联轴器27相连驱动软轴芯旋转传递扭矩；另一端通过钻头端联轴器与旋转短轴连接，软轴芯驱动旋转短轴旋转传递扭矩。所述的水密电机，优选的，选用耐70MPa钛合金壳体直流电机，水密电机壳体基座上开有四个紧固螺孔，通过至少4个螺钉与蚊龙号载人潜水器的采样篮连接。
[0013]旋转短轴与止推轴承之间过盈配合。
[0014]本实用新型采用如上技术方案丰富了潜水器水下作业工具包，提高了原位取芯作业能力，实现了与“蚊龙号”潜水器的匹配作业能力的配套岩石取芯作业工具，具有极好的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1本实用新型结构示意图；[0016]图2为图1的A向视图；
[0017]图3为图1的B-B向剖视图；
[0018]图4为图1的C-C向剖视图。
[0019]图中:1_卡簧座；2-钻头；3-卡簧；4_短节；5-扩孔器；6_内管；7-外管；8-调节头；9_调节螺母；10_轴承；11_轴承座；12_固定卡子；13_弹簧挡板；14_弹簧；15_止推轴承；16_长轴轴套；17_推板；18_长轴；19_短轴；20_旋转短轴；21_钻头端联轴器；22_传动软轴；23_顶板；24_端板；25-T型轴轴套；26-Τ型轴；27_电机端联轴器；28_水密电机；29-定位钉；30-盖头；31-调整短轴。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图作对本实用新型做进一步的描述:
[0021]本实用新型的深海小型电动取芯潜钻包括海底钻机取芯组件和水下动力组件，所述的海底钻机取芯组件包括端板24、顶板23、推板17、长轴18、短轴19、T型轴26、止推轴承15和岩芯钻具,端板24中心、顶板23中心、推板17中心和岩芯钻具的中心均位于同一轴线上,T型轴26垂直穿过端板24的中心位置与顶板23中心固定连接，端板24的周向均匀设置长轴18，长轴18垂直穿过推板17，并在长轴18末端设有定位钉29，穿过推板17的长轴18上设有弹簧挡板13，弹簧挡板13与推板17之间的长轴18上套有弹簧14，顶板23设置在端板24和推板17之间，顶板23周向均匀设置短轴19，短轴19垂直固定连接在推板17上，推板17的中心位置设有止推轴承15，止推轴承15的中心位置设有旋转短轴20，旋转短轴20与岩芯钻具动力端连接；所述的水下动力组件包括水密电机28、电机端联轴器27、传动软轴22、岩芯钻具端联轴器21，电机端联轴器27将传动软轴22和水密电机28固定连接，岩芯钻具端联轴器21将传动软轴22与旋转短轴20固定连接。
[0022]所述的岩芯钻具包括内管总成和外管总成，所述的外管总成包括外管7、扩孔器5和钻头2，外管7 —端与旋转短轴20固定连接，另一端与扩孔器5套接，扩孔器5与钻头2固定连接；所述的内管总成包括盖头30、轴承10、调节螺母9、内管6、卡簧3、卡簧座1，内管6设置在外管7的内部，外管连接旋转短轴20的一端连接有盖头30，盖头30上设有轴承座11，轴承座11上设有轴承10，轴承10的中心位置设有调节短轴31，调节短轴31上设有调节螺母9，与调节短轴31对应的一端的内管6上设有调节头8 ;短节4设置在内管6靠近钻头2的一端上，卡簧座I与短节4套接，卡簧3设置在卡簧座I的内部。
[0023]端板24中心位置设有与T型轴25配合使用的T型轴轴套26，推板17上设有与长轴18配合使用的长轴轴套16，T型轴套26与T型轴25之间以及长轴轴套16和长轴18之间均为间隙配合。
[0024]端板24、顶板23和推板17均为圆盘板，推板17的直径大于端板24的直径，端板24的直径大于顶板23的直径。
[0025]长轴18和短轴19均至少设置4根，长轴18与端板24之间的连接、短轴19与顶板23之间的连接，均包括阶梯型螺纹连接。
[0026]挡板13与长轴18之间设有固定夹子12，固定架子12将挡板13固定在长轴18上。
[0027]卡簧座I与钻头2对应的一端均匀设有半圆形缺口。[0028]所述的盖头30内部设有海水进水孔。
[0029]所述的电机端联轴器27与水密电机28之间、取芯潜钻端联轴器21与旋转短轴20之间均为左旋螺纹连接。
[0030]旋转短轴20与止推轴承15之间为过盈配合。
[0031]本实用新型的具体工作过程是:
[0032](I)本实用新型由载人潜水器机械手在水下操作，首先将水密电机等动力组件部分安装到潜水器采样篮固定位置，连接好动力源。动力输出端的软轴与水密电机28连接，传动软轴22前端与海底钻机取芯组件连接。
[0033](2)组装好海底钻机取芯组件，放置到潜水器的采样篮内。当潜水器下潜到指定的作业区位置后，主从机械手抓住T型轴26，将海底钻机取芯组件从采样篮中取出，调整好姿态对准要钻进取芯的岩石位置，并用长轴18的前端定位钉29进行定位和导向。
[0034](3)打开电源，使水密电机28开始运转，主从机械手推动“T”型把手26沿长轴18前进开钻，持续送进，当钻进到达一定深度后优选的为100mm，保持一段时间。然后关闭电源重启一次，使水密电机28开始运转，完成岩芯的取芯工作，主从机械手后退取出整段岩芯，最后停机。将整体放置于采样篮内部，待潜水器浮出水面后，打开取芯钻机内管6，得到岩石样品。
【权利要求】
1.一种深海小型电动取芯潜钻，包括海底钻机取芯组件和水下动力组件，其特征在于，所述的海底钻机取芯组件包括端板(24)、顶板(23)、推板(17)、长轴(18)、短轴(19)、T型轴(26)、止推轴承(15)和岩芯钻具，端板(24)中心、顶板(23)中心、推板(17)中心和岩芯钻具的中心均位于同一轴线上，T型轴(26)垂直穿过端板(24)的中心位置与顶板(23)中心固定连接，端板(24)的周向均匀设置长轴(18)，长轴(18)垂直穿过推板(17)，并在长轴(18)末端设有定位钉(29)，穿过推板(17)的长轴(18)上设有弹簧挡板(13)，弹簧挡板(13)与推板(17)之间的长轴(18)上套有弹簧(14)，顶板(23)设置在端板(24)和推板(17)之间，顶板(23 )周向均匀设置短轴(19 )，短轴(19 )垂直固定连接在推板(17 )上，推板(17 )的中心位置设有止推轴承(15)，止推轴承(15)的中心位置设有旋转短轴(20)，旋转短轴(20)与岩芯钻具动力端连接；所述的水下动力组件包括水密电机(28)、电机端联轴器(27)、传动软轴(22 )、岩芯钻具端联轴器(21)，电机端联轴器(27 )将传动软轴(22 )和水密电机(28 )固定连接，岩芯钻具端联轴器(21)将传动软轴(22)与旋转短轴(20)固定连接。
2.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，所述的岩芯钻具包括内管总成和外管总成，所述的外管总成包括外管(7)、扩孔器(5)和钻头(2)，外管(7)—端与旋转短轴(20)固定连接，另一端与扩孔器(5)套接，扩孔器(5)与钻头(2)固定连接；所述的内管总成包括盖头(30)、轴承(10)、调节螺母(9)、内管(6)、卡簧(3)、卡簧座(1)，内管(6)设置在外管(7)的内部，外管连接旋转短轴(20)的一端连接有盖头(30)，盖头(30)上设有轴承座(11)，轴承座(11)上设有轴承(10 )，轴承(10 )的中心位置设有调节短轴(31)，调节短轴(31)上设有调节螺母(9)，与调节短轴(31)对应的一端的内管(6)上设有调节头(8);短节(4)设置在内管(6)靠近钻头(2)的一端上，卡簧座(1)与短节(4)套接，卡簧(3)设置在卡簧座(1)的内部。`
3.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，端板(24)中心位置设有与T型轴(25)配合使用的T型轴轴套(26)，推板(17)上设有与长轴(18)配合使用的长轴轴套(16 )，T型轴套(26 )与T型轴(25 )之间以及长轴轴套(16 )和长轴(18 )之间均为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，端板(24)、顶板(23)和推板(17)均为圆盘板，推板(17)的直径大于端板(24)的直径，端板(24)的直径大于顶板(23)的直径。
5.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，长轴(18)和短轴(19)均至少设置4根，长轴(18)与端板(24)之间的连接、短轴(19)与顶板(23)之间的连接，均包括阶梯型螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，挡板(13)与长轴(18)之间设有固定夹子(12)，固定架子(12)将挡板(13)固定在长轴(18)上。
7.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，卡簧座(1)与钻头(2)对应的一端均匀设有半圆形缺口。
8.根据权利要求2所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，所述的盖头(30)内部设有海水进水孔。
9.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，所述的电机端联轴器(27)与水密电机(28)之间、取芯潜钻端联轴器(21)与旋转短轴(20)之间均为左旋螺纹连接。
10.根据权利要求1所述的深海小型电动取芯潜钻，其特征在于，旋转短轴(20)与止推轴承(15 )之间过盈配合。`
【文档编号】E21B7/124GK203626676SQ201320798560
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】杨磊, 丁忠军, 任玉刚, 李德威, 李宝钢, 杨雷, 于凯本, 刘庆亮 申请人:国家深海基地管理中心