机械手持式海底保压取芯微型钻机制造技术

本发明专利技术公开了一种机械手持式海底保压取芯微型钻机，包括把手、动力头、减速箱、钻具抛弃装置、钻具、压力补偿器和岩芯保压装置。减速箱的顶板上安装有给水接头和动力头，动力头通过动力头输出轴与主动齿轮轴相连，主动齿轮轴通过轴承安装在减速箱内；主动齿轮轴上设有主动齿轮；主轴通过轴承安装在减速箱内，主轴与主动齿轮轴平行，主轴上设有从动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合；所述的主轴设有中心孔，中心孔与给水接头的进水孔连通；下部内腔设有悬挂卡槽，通过带有悬挂卡子的可抛弃连接轴与钻具连接。本发明专利技术结构简单紧凑、体积小、可靠性高，可机械手持，应急抛弃钻具；保证潜水器安全。岩芯可保存于保压筒内，实现对海底表层岩层的保压取芯。

Mechanical hand-held micro drill for pressure maintaining and coring on seabed

【技术实现步骤摘要】
机械手持式海底保压取芯微型钻机
本专利技术涉及一种机械手持式海底保压取芯微型钻机。
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基础，随着如“蛟龙号”载人潜水器、“深海勇士号”载人潜水器等海洋装备的研制并广泛应用于海底资源勘查之中，一些与载人潜水器配套的海底岩芯取样钻机相继被研制出来。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。进一步地，由于现有深海载人潜水器浅孔取芯器是开放式非保压型，当取芯器在海底完成钻探取样后返回水面母船过程中，将极易引起上层海水对岩芯样品的污染，以及岩芯样品中嗜压微生物因外部压力降低而死亡等问题。目前，潜水器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。因此，亟待研制一种可以利用潜水器作业机械手把持的，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机械手持式海底保压取芯微型钻机。
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机械手持式海底保压取芯微型钻机，保证潜水器作业安全。为实现上述方案，本专利技术采用如下技术方案：一种机械手持式海底保压取芯微型钻机，包括动力头、减速箱、钻具抛弃装置、钻具和岩芯保压装置；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；钻具抛弃装置包括弹簧、给水压板、固定环和可抛弃连接轴；输出轴中心孔的底部呈喇叭口状，输出轴中心孔侧壁上设置悬挂卡槽；输出轴中心孔中部设有弹簧固定凸缘和螺纹，螺纹设置在弹簧固定凸缘下方，固定环与螺纹螺接；给水压板的压杆上端穿过固定环的中心孔与压板连接，压板与弹簧固定凸缘之间设有弹簧；可抛弃连接轴上端套有密封圈，可抛弃连接轴上端插入输出轴中心孔下端，通过悬挂卡子与输出轴上的悬挂卡槽配合；固定环底部和可抛弃连接轴顶部相对应的设有多个限位块，固定环底部和可抛弃连接轴顶部的限位块配合实现输出轴带动可抛弃连接轴旋转；可抛弃连接轴下端与钻具连接，所述的岩心保压装置能够与钻具连接，对钻具进行压力补偿。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，所述的可抛弃连接轴的中心孔内设有压阀，可抛弃连接轴下部侧壁上设有转速传感器。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，还包括压力补偿器Ⅰ，压力补偿器Ⅰ固定安装在减速箱的侧壁上；压力补偿器Ⅰ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。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，所述的岩芯保压装置包括保压筒和压力补偿器Ⅱ，保压筒的中心孔呈阶梯状，阶梯过渡面处安装有密封圈，保压筒用于套在钻具外侧；所述压力补偿器Ⅱ包括压力补偿筒、活塞、补偿器端盖及充气阀；压力补偿筒一端开口，另一端通过高压管与保压筒中心孔底部连通；补偿器端盖固定在压力补偿筒开口处，充气阀通过高压管与压力补偿筒连通，活塞置于压力补偿筒内。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，所述的压阀包括阀芯、给水压杆、弹簧和固定环；所述的可抛弃连接轴上设有阀芯孔和压杆孔，阀芯孔和压杆孔沿着可抛弃连接轴轴线方向设置，阀芯孔和压杆孔连通，阀芯孔内设有阀芯和固定环，阀芯与固定环之间设有弹簧，阀芯能堵住压杆孔，阀芯连接有给水压杆，给水压杆从压杆孔伸出。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，所述压力补偿器Ⅰ的端盖的顶面上设有支柱，弹簧套在支柱上。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，还包括把手，所述的把手固定安装在减速箱的侧壁上。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，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。上述的机械手持式海底保压取芯微型钻机中，所述固定环底部、可抛弃连接轴顶部设置的限位块数为4～10个。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，可机械手持，应急抛弃钻具；岩芯可保存于保压筒内，实现对海底表层岩层的保压取芯。本专利技术由潜水器机械手握持，并可根据海底地形变化进行多角度钻进取芯，同时可通过更换不同钻头，实现海底取芯、钻孔等多种功能；可抛弃连接轴与钻机采用卡扣连接，发生卡钻事故时，通过丢弃可抛弃连接轴的方式抛弃钻具，保证潜水器安全，降低了故障维护成本。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的可抛弃连接轴结构示意图。图3为本专利技术的可抛弃连接轴轴向进入主轴状态图。图4为本专利技术的可抛弃连接轴悬挂卡子轴向卡入主轴卡槽槽口状态图。图5为本专利技术的可抛弃连接轴悬挂卡子旋转卡入主轴卡槽状态图。图6为本专利技术的钻机主体与钻具未安装状态图。图7为本专利技术的钻机主体与钻具安装完成状态图。图8为本专利技术钻进取芯状态图。图9为本专利技术携带岩芯进入保压筒状态图。图10为本专利技术岩芯保存于保压筒状态图。图11为本专利技术紧急抛弃钻杆状态图。图中：1-把手，2-减速箱，3-从动齿轮，4-弹簧，5-轴承，6-下盖，7-主轴，8-进水管，9-进水接口，10-给水接头，11-密封圈，12-动力头，13-动力头输出轴，14-连接套，15-单向阀，16-出油管，17-压力补偿筒，18-活塞，19-海水入口，20-支柱，21-补偿器端盖，22-主动齿轮轴，23-键，24-油封，25-固定环，26-限位块，27-给水压板，28-转速传感器，29-给水压杆，30-悬挂卡子，31-阀芯，32-可抛弃连接轴，33-钻具，34-花瓣结构，35-保压筒，36-充气阀，37-高压管。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械手持式海底保压取芯微型钻机，其特征是：包括动力头、减速箱、钻具抛弃装置、钻具和岩芯保压装置；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钻具抛弃装置包括弹簧、给水压板、固定环和可抛弃连接轴；输出轴中心孔的底部呈喇叭口状，输出轴中心孔侧壁上设置悬挂卡槽；输出轴中心孔中部设有弹簧固定凸缘和螺纹，螺纹设置在弹簧固定凸缘下方，固定环与螺纹螺接；给水压板的压杆上端穿过固定环的中心孔与压板连接，压板与弹簧固定凸缘之间设有弹簧；可抛弃连接轴上端套有密封圈，可抛弃连接轴上端插入输出轴中心孔下端，通过悬挂卡子与输出轴上的悬挂卡槽配合；固定环底部和可抛弃连接轴顶部相对应的设有多个限位块，固定环底部和可抛弃连接轴顶部的限位块配合实现输出轴带动可抛弃连接轴旋转；可抛弃连接轴下端与钻具连接，所述的岩心保压装置能够与钻具连接，对钻具进行压力补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种机械手持式海底保压取芯微型钻机，其特征是：包括动力头、减速箱、钻具抛弃装置、钻具和岩芯保压装置；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；
钻具抛弃装置包括弹簧、给水压板、固定环和可抛弃连接轴；输出轴中心孔的底部呈喇叭口状，输出轴中心孔侧壁上设置悬挂卡槽；输出轴中心孔中部设有弹簧固定凸缘和螺纹，螺纹设置在弹簧固定凸缘下方，固定环与螺纹螺接；给水压板的压杆上端穿过固定环的中心孔与压板连接，压板与弹簧固定凸缘之间设有弹簧；可抛弃连接轴上端套有密封圈，可抛弃连接轴上端插入输出轴中心孔下端，通过悬挂卡子与输出轴上的悬挂卡槽配合；固定环底部和可抛弃连接轴顶部相对应的设有多个限位块，固定环底部和可抛弃连接轴顶部的限位块配合实现输出轴带动可抛弃连接轴旋转；可抛弃连接轴下端与钻具连接，所述的岩心保压装置能够与钻具连接，对钻具进行压力补偿。


2.根据权利要求1所述的机械手持式海底保压取芯微型钻机，其特征是：所述的可抛弃连接轴的中心孔内设有压阀，可抛弃连接轴下部侧壁上设有转速传感器。


3.根据权利要求1所述的机械手持式海底保压取芯微型钻机，其特征是：还包括压力补偿器Ⅰ，压力补偿器Ⅰ固定安装在减速箱的侧壁上；压力补偿器Ⅰ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...

【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