一种用于取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统的制作方法

本发明涉及一种用于搭载式深海矿产资源取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统。

背景技术：

现有深海取芯钻机，体积均较为庞大，无行走功能。若需要调整钻机坐底位置，需要通过移动母船带动光缆实现钻机移址。在深海地质复杂的情况下，往往面临寻址、定位难的问题。目前，载人潜器（如蛟龙号），及有缆水下机器人(rov)广泛应用于海洋矿物开采、水下工程施工、海洋救助与打捞、军事和国防建设等诸多方面,能较好辅助钻机完成矿区内定点开采任务。但在矿区内通过选址取芯进行样品研究时，现有深海钻机的使用局限性较大。

现有传统钻机一般空气中重达5t以上，外形框架尺寸一般在2m×2m×4m以上，结构复杂，质量过重，下放时往往需要水下遥控机器人预先勘测海底，选择平面度达标区域供其坐底工作；也就是说，需先通过水下遥控机器人寻址，然后再通过钻机至已寻好的地址处实现钻取。且，钻机无自移动功能，只能靠母船移动来拖动，仅适用于已完成勘探的矿区进行定点取芯工作，不适合搭载于载人潜器和缆水下机器人(rov)上，无法实现随机取址。

现有深海取芯钻机的动力回转系统与冲洗系统均分开布置，体积非常庞大，重量重，液压管路及冲洗管路长，整机功耗大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种体积小，有利于缩短冲洗液压管路的用于搭载式深海矿产资源取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统，包括液压回转马达、轴承座、主轴和给水套，液压回转马达安装于轴承座上端面，给水套安装于轴承座下端面，轴承座和给水套中心开有通孔，主轴上端穿过轴承座中心通孔和给水套中心通孔后与液压回转马达的输出轴固连。主轴下端开有轴向中心孔。主轴下端开有与轴向中心孔连通的横向孔，给水套一侧亦开有横向孔，给水套的横向孔与主轴下端的横向孔连通。冲洗排渣系统安装于轴承座上。

进一步，冲洗排渣系统包括齿轮马达、连接套、齿轮泵和冲洗液压管路。动力回转系统的轴承座上安装有马达安装板和齿轮泵安装板，齿轮马达安装于马达安装板上，齿轮泵安装于齿轮泵安装板上。齿轮马达通过连接套与齿轮泵连接，保证两者转速相同。齿轮泵与冲洗液压管路相连，冲洗液压管路伸入给水套的横向孔中。

进一步，还包括导轨滑板，轴承座与导轨滑板固连。取芯钻机的钻机框架上设有导轨。导轨滑板安装于取芯钻机的钻机框架的导轨上。动力回转系统与钻机框架滑动连接。动力回转系统通过导轨滑板可在钻机框架的导轨上滑动。

进一步，导轨滑板上固连有两根钢丝绳。其中一根钢丝绳的一端绕过动滑轮组后与导轨滑板相连，另一端绕过顶滑轮组后固定于钻机框架上，顶滑轮组安装于钻机框架的顶部内侧。另外一根钢丝绳的一端绕过动滑轮组后亦与动力回转系统的导轨滑板相连，另一端绕过底滑轮组后固定于钻机框架上，底滑轮组安装于钻机框架的底部内侧。动滑轮组设于顶滑轮组和底滑轮组之间。动滑轮组固定在液压缸的活塞杆端，液压缸的缸筒固定在钻机框架上。

进一步，主轴下端与取芯钻机的取芯钻具固连。通过动力回转系统的主轴可带动取芯钻具回转。取芯钻具中心开有轴向中心孔。主轴下端的轴向中心孔与取芯钻具的轴向中心孔连通。取芯钻具是外购现有产品。

钻机框架背部设有搭载安装接口。钻具头部安装有钻头。钻头包括钻头本体和镶嵌在钻头本体外圈的合金齿，合金齿的外圈径大于钻头本体外径和钻具外径。

本发明之搭载式深海矿产资源取芯钻机的搭载安装接口可通过螺栓螺母固定于载人潜器或有缆水下机器人上。

将冲洗排渣系统和动力回转系统集成安装在一起，集成冲洗排渣系统于动力回转系统的动力回转系统上，最大外形尺寸体积，比相同取芯长度能力的钻机减小逾80%。集成后，在保证功能性前提下，有利于减少整机体积、减轻整机重量、缩短液压管路及冲洗管路长度以降低压降、降低整机功耗。

本发明结构简单、紧凑、体积小、质量轻、可靠性高。本发明通过功能集成化（即冲洗排渣系统安装于动力回转系统上），有利于使得整个钻机轻量化，使钻机可搭载于载人潜器或有缆水下机器人(rov)上，跟随其在矿区内自由移动，实现随机选址的取芯工作，即可随意选取任意点进行取样工作，便捷性高，无需先寻址，符合以水下机器人（rov）为平台进行扩展功能的趋势。

附图说明

图1为用于取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统的剖视图；

图2为轴承座立体结构图；

图3为导轨滑板的立体结构图；

图4为给水套的立体结构图；

图5为由钻机框架、动力回转系统、取芯钻具组装而成的搭载式深海矿产资源取芯钻机的主视图；

图6为图5所示搭载式深海矿产资源取芯钻机的左视图；

图7为图5所示搭载式深海矿产资源取芯钻机的俯视图；

图8为图5所示搭载式深海矿产资源取芯钻机的后视图。

图中：1——钻机框架；2——动力回转系统；2-1——液压回转马达；2-2——轴承座；2-3——导轨滑板；2-4——主轴；2-4-1——主轴下端的轴向中心孔；2-4-2——主轴横向孔；2-5——给水套；2-5-1——给水套横向孔；3——冲洗排渣系统；3-1——齿轮马达；3-2——连接套；3-3——齿轮泵；3-4——冲洗液压管路；4——取芯钻具；5——搭载安装接口。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照附图，一种用于取芯钻机的集成有冲洗排渣系统的动力回转系统，所述动力回转系统2包括液压回转马达2-1、轴承座2-2、主轴2-4和给水套2-5。液压回转马达2-1通过螺钉安装于轴承座2-2上端面，给水套2-5通过螺钉安装于轴承座2-2下端面，轴承座2-2和给水套2-5中心开有通孔，主轴2-4上端穿过轴承座2-2中心通孔和给水套2-5中心通孔后与液压回转马达2-1的输出轴固连。主轴2-4下端开有轴向中心孔2-4-1。主轴2-4下端开有与轴向中心孔2-4-1连通的横向孔2-4-2，给水套2-5一侧亦开有横向孔2-5-1，给水套2-5的横向孔2-5-1与主轴2-4下端的横向孔2-4-2连通。冲洗排渣系统3安装于轴承座2-2上，随动力回转系统升降。

冲洗排渣系统3包括齿轮马达3-1、连接套3-2、齿轮泵3-3和冲洗液压管路3-4。轴承座2-2上安装有马达安装板（图中未示出）和齿轮泵安装板（图中未示出），齿轮马达3-1通过螺栓螺母安装于马达安装板上，齿轮泵3-3通过螺栓螺母安装于齿轮泵安装板上。齿轮马达3-1通过连接套3-2与齿轮泵3-3连接，保证两者转速相同。齿轮泵3-3与冲洗液压管路3-4相连，冲洗液压管路3-4伸入给水套2-5的横向孔2-5-1中。

还包括导轨滑板2-3，轴承座2-2通过焊接或螺栓螺母与导轨滑板2-3固连。取芯钻机的钻机框架1上设有导轨。导轨滑板2-3安装于钻机框架1的导轨上。动力回转系统与钻机框架1滑动连接。动力回转系统2通过导轨滑板2-3可在钻机框架1的导轨上滑动。动力回转系统2通过导轨滑板2-3可在钻机框架1的导轨上滑动。

导轨滑板上固连有两根钢丝绳。其中一根钢丝绳的一端绕过动滑轮组后与导轨滑板2-3相连，另一端绕过顶滑轮组后固定于钻机框架1上，顶滑轮组安装于钻机框架1的顶部内侧。另外一根钢丝绳的一端绕过动滑轮组后亦与动力回转系统的导轨滑板2-3相连，另一端绕过底滑轮组后固定于钻机框架1上，底滑轮组安装于钻机框架1的底部内侧。动滑轮组设于顶滑轮组和底滑轮组之间。动滑轮组固定在液压缸的活塞杆端，液压缸的缸筒固定在钻机框架1上。

主轴2-4下端与取芯钻具4固连。通过动力回转系统2的主轴2-4可带动取芯钻具4回转。取芯钻具4中心开有轴向中心孔。取芯钻具4是外购现有产品。主轴2-4下端的轴向中心孔2-4-1与取芯钻具4的轴向中心孔连通。

钻机框架1背部设有搭载安装接口5。钻具头部安装有钻头。钻头包括钻头本体和镶嵌在钻头本体外圈的合金齿，合金齿的外圈径大于钻头本体外径和钻具外径。

本发明之搭载式深海矿产资源取芯钻机的搭载安装接口5可通过螺栓螺母固定于载人潜器或有缆水下机器人上。

通过液压回转马达2-1可带动主轴2-4旋转，进而带动取芯钻具4回转。液压回转马达2-1具有低速正转、高速正转和低速度反转等功能，配合不同钻压，实现最佳钻进效果。齿轮马达3-1驱动齿轮泵3-3提供压力海水。压力海水经冲洗液压管路3-4、给水套2-5的横向孔2-5-1、主轴2-4下端的横向孔2-4-2流入主轴2-4下端的轴向中心孔2-4-1。流入主轴2-4下端轴向中心孔2-4-1的压力海水经取芯钻具4的轴向中心孔和钻头后流向钻头所钻孔的孔底。

因为钻具钻头在钻进时产生圆柱形孔，且由于钻具外径与钻头本体外径均小于镶嵌在钻头本体外圈的合金齿外圈径，所以钻出的孔的孔壁与钻具外壁之间形成环形空间。该环形空间将用于排出钻进时产生的岩渣。因齿轮泵持续将海水压入钻具，故冲洗液（即压力海水）从钻头流出后，会在该压力下沿环形空间向孔口端流出，并带出岩渣，实现钻孔排渣和冷却钻头。

通过液压缸的活塞杆伸出与收缩，带动动滑轮组向上或向下运动，动滑轮组通过钢丝绳带动导轨滑板在钻机框架1的导轨上向上或向下滑动，从而实现对整个动力回转系统2上下行的控制，实现取芯钻具4的提升与下放，为钻进过程提供钻进压力控制，为收取岩心提供拔心力。

以上对本发明的一种优选具体实施方式作了详细介绍。所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。