一种海底岩芯取样微型钻机制造技术

本发明专利技术公开了一种海底岩芯取样微型钻机，包括动力头、减速箱、紧急抛弃装置及钻具；减速箱的顶板上安装有给水接头和动力头，动力头的输出轴与减速箱的输入轴相连，所述的减速箱的输出轴设有中心孔，中心孔与给水接头的进水孔连通，减速箱的输出轴与主轴连接。本发明专利技术结构简单紧凑、体积小、可靠性高，其能传动大扭矩，机械手持，应急抛弃钻具；保证潜水器安全，降低故障维护的成本。

A micro drill for seabed core sampling

【技术实现步骤摘要】
一种海底岩芯取样微型钻机
本专利技术涉及一种海底岩芯取样微型钻机。
技术介绍
利用钻探取样装备对海底固体矿产资源进行钻探取样,是分析海底固体矿产资源矿体成分和品位的重要技术手段，随着如“蛟龙号”载人潜水器、“深海勇士号”载人潜水器、“海马号”ROV等海洋装备的研制并广泛应用于海底资源勘查之中，研制载人潜水器/ROV配套海底岩芯取样钻机，满足海底固体矿产资源特别是赋存在海底表层的锰结核、富钴结壳等矿产资源钻探的迫切需求。专利ZL200420036284.1公开了一种深海载人潜水器浅孔取芯器，该取芯器主要由液压钻进动力头、钻进动力头角度调整装置、补偿与稳杆装置、抛弃取芯器装置、卡钻事故丢弃钻具装置等部分构成，具有良好的工作可靠性、稳定性和安全性。并且当取芯出现卡钻等破坏性故障时，利用抛弃装置可丢弃取芯器或其部件，以保证潜水器和人能安全返回。然而，该取芯器整体结构复杂、执行机构多、操控点多、操控难度较大、且必须固定安装在潜水器上，使得在每次进行海底固体矿产资源取芯作业前，必须先操控载人潜水器靠近待取芯点，由于海底固体矿产资源在海底存现凸凹不平的分布状态，当载人潜水器过于靠近待取芯点，将给载人潜水器带来很大的安全隐忧。与此同时，由于该取芯器固定安装在潜水器，并且只能通过前后调角油缸和左右摆动油缸来调整钻探角度，使得可调整的钻探角度范围较小。目前，潜水器/ROV上均配备有作业机械手，利用作业机械手抓取作业工具开展海底固体矿产资源钻探取样作业，不仅可以有效解决潜水器/ROV过于靠近待取芯点，对潜水器/ROV带来的安全隐忧，同时还可以利用作业机械手的灵活性，实现不同钻探角度的灵活调整。为了克服现有深海载人潜水器浅孔取芯器技术存在的不足，亟待研制一种可以利用潜水器/ROV作业机械手把持的，结构简单、操作方便、钻探角度可随作业机械手灵活调整的，且紧急情况下可快速抛弃钻具的海底岩芯取样微型钻机。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、操作方便，紧急情况下可丢弃钻具的海底岩芯取样微型钻机。1.本专利技术采用的技术方案是：一种海底岩芯取样微型钻机，包括动力头、减速箱、紧急抛弃装置及钻具；其特征在于：减速箱的顶板上安装有给水接头和动力头，动力头的输出轴与减速箱的输入轴相连；所述的减速箱的输出轴设有中心孔，中心孔与给水接头的进水孔连通；紧急抛弃装置包括壳体、固定环、主轴、弃轴活塞及钢珠卡套；壳体安装在减速箱上，主轴通过轴承安装于壳体内，主轴为管状结构，输出轴轴的下端与主轴内孔的上端通过键连接；主轴内孔的下端通过键与可抛弃连接轴上端连接；主轴的下端处设有多个钢珠孔，多个钢珠孔位于同一水平面内，每个钢珠孔内分别设有一个钢珠；所述的钢珠卡套和固定环套设在主轴外侧，钢珠卡套对应于钢珠孔设置，钢珠卡套内孔的下部为楔形，能将钢珠向主轴中心挤压，固定环位于钢珠卡套上方；所述的抛弃连接轴对应于钢珠孔设有凸台，凸台的上端和下端为球形，中部为圆柱形；多个钢珠能够支撑抛弃连接轴的凸台；所述的弃轴活塞套在钢珠卡套和固定环外侧，弃轴活塞内孔设有两个台阶面，钢珠卡套和固定环的上端分别设有凸缘，通过钢珠卡套和固定环上端的凸缘分别支撑在弃轴活塞内孔的两个台阶面上；弃轴活塞内孔内设有弹簧卡环，弹簧卡环位于固定环上端处；所述的弃轴活塞的外圈上中部与壳体的内孔配合，弃轴活塞的外圈的两端直径小于中部直径；弃轴活塞的外圈的两端分别与壳体的内孔围成两个油液腔隙，两个油液腔隙分别与壳体上的两个进油口连通。上述的海底岩芯取样微型钻机中，所述的抛弃连接轴的下端设有与钻具连接的螺纹，可抛弃连接轴下部套有转速传感器。上述的海底岩芯取样微型钻机中，还包括压力补偿器，压力补偿器固定安装在减速箱的侧壁上；压力补偿器包括压力补偿筒、端盖、活塞及弹簧；所述的压力补偿筒下端开口，压力补偿筒下端开口处设有端盖，压力补偿筒下端处侧壁上设有海水入口；压力补偿筒内设有活塞，活塞与端盖之间通过弹簧连接；所述的压力补偿筒顶部设有两个油管接头，一个油管接头连接进油管，进油管上设单向阀，另一油管接头连接出油管的一端，所述的减速箱的顶板上设有一个油管接头，出油管的另一端与减速箱上的油管接头连接。上述的海底岩芯取样微型钻机中，所述的端盖的顶面上设有支柱，弹簧套在支柱上。上述的海底岩芯取样微型钻机中，还包括把手，所述的把手固定安装在减速箱的侧壁上。上述的海底岩芯取样微型钻机中，所述的紧急抛弃装置的壳体包括弃轴油缸和下盖，所述的弃轴油缸为管状结构，弃轴油缸的上端和下端分别设有连接法兰，弃轴油缸的上端通过螺栓与减速箱的底板连接，弃轴油缸上端的连接法兰与减速箱的底板之间设有密封垫；所述的下盖通过螺栓与弃轴油缸下端的连接法兰连接，下盖与弃轴油缸下端的连接法兰之间设有密封垫；下盖的中心处设有供可抛弃连接轴穿过的中心孔，下盖的中心孔与可抛弃连接轴之间设有油封。上述的海底岩芯取样微型钻机中，弃轴油缸内孔下部直径大于上部直径，弃轴油缸内孔下部设有活塞套，活塞套与弃轴油缸内孔之间设有密封圈。上述的海底岩芯取样微型钻机中，给水接头顶部进水孔处设有进水接口，进水接口用于连接进水管。上述的海底岩芯取样微型钻机中，所述的主轴中侧壁上设有4-10个钢珠孔，钢珠孔为变径通孔，钢珠孔的内端为锥形或球形，钢珠孔与主轴内孔侧壁贯通处的直径小于钢珠的直径。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术结构简单紧凑、体积小、可靠性高，其能传动大扭矩，机械手持，应急抛弃钻具。本专利技术主要由动力头、减速箱、紧急抛弃装置、钻具和压力补偿器组成，极大地减小了钻机体积；钻机可由潜水器抓手持，根据海底地形变化进行多角度钻探，非作业时可收放于指定位置；钻机动力头采用液压驱动，使钻机满足不同硬度岩石的钻进取样；通过更换不同钻头，可实现海底取芯、钻孔等多种功能；本专利技术主轴的下端设有与钻具连接的螺纹，采用螺纹连接方式与钻具连接，发生卡钻事故时，可通过反转钻机转向松卸连接轴与钻具螺纹丢弃钻具，紧急情况下，可通过丢弃可抛弃连接轴甚至整机的方式，保证潜水器安全，降低故障维护的成本。附图说明图1是本专利技术的结构图。图中：1-把手，2-从动齿轮，3-减速箱，4-减速箱下盖，5-主轴，6-固定环，7-弃轴活塞，8-活塞套，9-钢珠卡套，10-紧急抛弃装置，11-钻具，12-进水管，13-进水接口，14-从动齿轮轴，15-给水接头，16-动力头，17-连接套，18-动力头输出轴，19-主动齿轮轴，20-活塞，21-支柱，22-弹簧，23-进油管，24-进油口，25-钢珠，26-弃轴油缸下盖，27-转速传感器，28-可抛弃连接轴，29-密封圈，30-轴承，31-密封垫，32-弹簧卡环，33-油封，34-花瓣结构，35-单向阀，36-油管接头，37-海水入口，38-键，39-端盖，40-压力补偿筒，41-出油管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术包括把手1、动力头16、减速箱3、紧急抛弃装置10、钻具11和压力补偿器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底岩芯取样微型钻机，包括动力头、减速箱、紧急抛弃装置及钻具；其特征在于：减速箱的顶板上安装有给水接头和动力头，动力头的输出轴与减速箱的输入轴相连；所述的减速箱的输出轴设有中心孔，中心孔与给水接头的进水孔连通；/n紧急抛弃装置包括壳体、固定环、主轴、弃轴活塞及钢珠卡套；壳体安装在减速箱上，主轴通过轴承安装于壳体内，主轴为管状结构，输出轴轴的下端与主轴内孔的上端通过键连接；主轴内孔的下端通过键与可抛弃连接轴上端连接；主轴的下端处设有多个钢珠孔，多个钢珠孔位于同一水平面内，每个钢珠孔内分别设有一个钢珠；所述的钢珠卡套和固定环套设在主轴外侧，钢珠卡套对应于钢珠孔设置，钢珠卡套内孔的下部为楔形，能将钢珠向主轴中心挤压，固定环位于钢珠卡套上方；所述的抛弃连接轴对应于钢珠孔设有凸台，凸台的上端和下端为球形，中部为圆柱形；多个钢珠能够支撑抛弃连接轴的凸台；所述的弃轴活塞套在钢珠卡套和固定环外侧，弃轴活塞内孔设有两个台阶面，钢珠卡套和固定环的上端分别设有凸缘，通过钢珠卡套和固定环上端的凸缘分别支撑在弃轴活塞内孔的两个台阶面上；弃轴活塞内孔内设有弹簧卡环，弹簧卡环位于固定环上端处；所述的弃轴活塞的外圈上中部与壳体的内孔配合，弃轴活塞的外圈的两端直径小于中部直径；弃轴活塞的外圈的两端分别与壳体的内孔围成两个油液腔隙，两个油液腔隙分别与壳体上的两个进油口连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海底岩芯取样微型钻机，包括动力头、减速箱、紧急抛弃装置及钻具；其特征在于：减速箱的顶板上安装有给水接头和动力头，动力头的输出轴与减速箱的输入轴相连；所述的减速箱的输出轴设有中心孔，中心孔与给水接头的进水孔连通；
紧急抛弃装置包括壳体、固定环、主轴、弃轴活塞及钢珠卡套；壳体安装在减速箱上，主轴通过轴承安装于壳体内，主轴为管状结构，输出轴轴的下端与主轴内孔的上端通过键连接；主轴内孔的下端通过键与可抛弃连接轴上端连接；主轴的下端处设有多个钢珠孔，多个钢珠孔位于同一水平面内，每个钢珠孔内分别设有一个钢珠；所述的钢珠卡套和固定环套设在主轴外侧，钢珠卡套对应于钢珠孔设置，钢珠卡套内孔的下部为楔形，能将钢珠向主轴中心挤压，固定环位于钢珠卡套上方；所述的抛弃连接轴对应于钢珠孔设有凸台，凸台的上端和下端为球形，中部为圆柱形；多个钢珠能够支撑抛弃连接轴的凸台；所述的弃轴活塞套在钢珠卡套和固定环外侧，弃轴活塞内孔设有两个台阶面，钢珠卡套和固定环的上端分别设有凸缘，通过钢珠卡套和固定环上端的凸缘分别支撑在弃轴活塞内孔的两个台阶面上；弃轴活塞内孔内设有弹簧卡环，弹簧卡环位于固定环上端处；所述的弃轴活塞的外圈上中部与壳体的内孔配合，弃轴活塞的外圈的两端直径小于中部直径；弃轴活塞的外圈的两端分别与壳体的内孔围成两个油液腔隙，两个油液腔隙分别与壳体上的两个进油口连通。


2.根据权利要求1所述的海底岩芯取样微型钻机，其特征是：所述的抛弃连接轴的下端设有与钻具连接的螺纹，可抛弃连接轴下部套有转速传感器。


3.根据权利要求1所述的海底岩芯取样微型钻机，其特征是：还包括压力补偿器，压力补偿器固定安装在减速箱的侧壁上；压力补偿器包括压力补偿筒、端盖、活塞及弹簧；所述的压力补偿筒下端开口，压力补...

【专利技术属性】
技术研发人员：金永平，刘亮，彭佑多，万步炎，龚俊，颜健，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43