表层月壤钻采一体化装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及深空探测采样装置，特别涉及一种表层月壤钻采一体化装置。包括钻头、固形套管、钻杆、取芯衬管、力传感机构及动力传输机构，其中钻头和钻杆均为中空结构，钻头可拆卸地安装在钻杆的下端；钻杆的上端与动力传输机构连接，取芯衬管可拆卸地安装在钻杆的内部，用于采集月壤样品；力传感机构可转动地安装在动力传输机构的输出端，固形套管套设于钻杆的外侧，且上端与力传感机构可拆卸地连接，固形套管上设有测温装置，力传感机构用于测量固形套管和钻杆在钻采过程中的力及力矩信息。本实用新型专利技术可实时检测钻采过程中钻杆温度变化，钻杆具有快速安装、快速拆卸的特点；取芯衬管可对半剖分实现对表层月壤进行取样并保持其分层信息。其分层信息。其分层信息。

【技术实现步骤摘要】
表层月壤钻采一体化装置


[0001]本技术涉及深空探测采样装置，特别涉及一种表层月壤钻采一体化装置。

技术介绍

[0002]月球探测是当今世界高新
中极具挑战性、创新性的重大活动之一，月壤采样装置是月面采样过程中不可缺少的重要环节。广义月壤一般指月表风化层的构成物，即分布在月球表面的一层厚达几米到几十米的松散的颗粒状、粉末状风化物，其流动性较差；也包括少许直径较大的岩石，它主要由角砾岩、玄武岩、斜长岩、玻璃体、熔融体、岩石矿物碎屑等组成。在与月表钻进取样钻具设计直接相关的科研领域，受限于月球环境的特殊性以及月壤性质的不确定性，钻具构型设计远未成熟。当前在诸多问题上沿用了地面钻具的设计理念，采用经验方法进行设计，大部分钻具设计只针对小粒径月壤或岩石中的一种进行设计，在使用中存在局限性，面对复杂钻进对象时容易发生故障。此外，由于技术难度和工程限制因素，此前钻取采样装置无法在钻具附近携带相应的温度传感器以进行实时温度测量；而且，也无法得到钻进过程中钻具及钻头的受力状态等信息

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本技术的目的在于提供一种表层月壤钻采一体化装置，以解决现有月壤钻采设备设计应用单一，拆装以及传感测量困难等问题。
[0004]为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：
[0005]本技术提供一种表层月壤钻采一体化装置，包括钻头、固形套管、钻杆、取芯衬管、力传感机构及动力传输机构，其中钻头和钻杆均为中空结构，钻头可拆卸地安装在钻杆的下端，用于钻取月壤；钻杆的上端与动力传输机构连接，取芯衬管可拆卸地安装在钻杆的内部，用于采集月壤样品；力传感机构可转动地安装在动力传输机构的输出端，固形套管套设于钻杆的外侧，且上端与力传感机构可拆卸地连接，固形套管上设有测温装置，力传感机构用于测量钻杆在钻采过程中的力及扭矩信息。
[0006]所述钻头包括钻刃、钻齿及钻体，其中钻体为中空结构，且外圆周上沿轴向设有螺旋刃口，钻体的一端端部外沿上沿周向间隔交替设有多个钻刃和多个钻齿，钻体的另一端与所述钻杆螺纹连接。
[0007]所述固形套管包括通过可拆卸连接结构依次连接的下部套管、中部套管及上部套管。
[0008]所述可拆卸连接结构包括弹簧式卡口及与弹簧式卡口插接配合的阶梯式插接部；
[0009]所述下部套管和所述中部套管的上端均设置弹簧式卡口，所述上部套管和所述中部套管的下端均设置阶梯式插接部。
[0010]所述测温装置包括传感器I、传感器扩展线路及两个测温件，其中传感器I嵌设于所述上部套管上端开设的凹槽内，传感器I通过传感器扩展线路与两个测温件连接，两个测温件分别嵌设于所述中部套管和所述上部套管上端设有的凹槽内。
[0011]所述钻杆包括依次螺纹连接的下部钻杆、中部钻杆及上部钻杆，其中上部钻杆的上端与所述动力传输机构连接，下部钻杆的下端与所述钻头连接。
[0012]所述取芯衬管包括依次螺纹连接的下部衬管、中部衬管及上部衬管；下部衬管、中部衬管及上部衬管均包括沿轴向剖分的两个半管体，两个半管体通过多个卡扣固定在一起。
[0013]所述动力传输机构包括伺服电机、减速器、联轴器、轴、钻杆连接头及固形套管连接头，其中减速器的输入轴与伺服电机的输出轴连接，减速器的输出轴通过联轴器与轴的上端连接，轴的下端通过钻杆连接头与所述钻杆连接；固形套管连接头套设于钻杆连接头的外侧且与所述力传感机构连接。
[0014]所述力传感机构包括传感器法兰Ⅰ、传感器Ⅱ、支撑件、固定套筒、传感器法兰Ⅱ、传感器Ⅲ及扭矩传感机构，其中支撑件安装于固定套筒的内部，支撑件套设于所述轴上，支撑件通过轴承与所述轴连接；
[0015]传感器法兰I套设于所述轴上，且底部与所述钻杆连接头连接，传感器法兰I的顶部与所述支撑件抵接；
[0016]传感器Ⅱ的一端与传感器法兰I连接，另一端与固定套筒连接；
[0017]传感器法兰Ⅱ放置在支撑件的上部设有的凹槽内，且与轴承的外圈抵接，传感器Ⅲ的下端与传感器法兰Ⅱ连接，上端与支撑件连接；
[0018]扭矩传感机构设置于所述减速器的输出端，用于检测所述减速器的传动扭矩信息。
[0019]所述扭矩传感机构包括固定件和传感器Ⅳ，其中传感器Ⅳ的一端与所述减速器前端设有的端垫连接，固定件套设于所述轴上且与传感器Ⅳ的另一端连接；固定件与所述轴为间隙配合。
[0020]本技术的优点及有益效果是：本技术提供的一种表层月壤钻采一体化装置，结构紧凑，拆卸及安装方便，适应性强，能实现对表层月壤进行取样并保持其分层信息；在固形套管内嵌入温度传感器可实时检测钻采过程中钻杆温度变化，钻杆具有快速安装、快速拆卸的特点；取芯衬管可对半剖分实现对表层月壤进行取样并保持其分层信息，若对该钻采一体化装置加以改造可将其应用于火星、小天体采样任务中。
附图说明
[0021]图1为本技术一种表层月壤钻采一体化装置的轴测图；
[0022]图2为本技术一种表层月壤钻采一体化装置的剖视图；
[0023]图3为本技术中钻头的结构示意图；
[0024]图4为本技术中固形套管的结构示意图；
[0025]图5为图4中Ⅰ处局部放大图；
[0026]图6为图4中Ⅱ处局部放大图；
[0027]图7为本技术中钻杆的结构示意图；
[0028]图8为本技术中取芯衬管的结构示意图；
[0029]图9为图8中Ⅲ处局部放大图；
[0030]图10为本技术中力传感机构及动力传输机构的结构示意图；
[0031]图中：1为钻头，101为钻刃，102为钻齿，103为钻体，2为固形套管，201为下部套管，202为中部套管，203为上部套管，204为传感器Ⅰ，205为传感器扩展线路，206为测温件，207为弹簧式卡口，208为阶梯式插接部，3为钻杆，301为下部钻杆，302为中部钻杆，303为上部钻杆，4为取芯衬管，401为下部衬管，402为中部衬管，403为上部衬管，404为卡扣，5为力传感机构，501为传感器法兰Ⅰ，502为传感器Ⅱ，503为支撑件，504为固定套筒，505为传感器法兰Ⅱ，506为传感器Ⅲ，507为固定件，508为传感器Ⅳ，6为动力传输机构，601为伺服电机，602为减速器，603为端垫，604为联轴器，605为轴，606为轴承，607为钻杆连接头，608为固形套管连接头。
具体实施方式
[0032]为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述。
[0033]如图1、图2所示，本技术提供的一种表层月壤钻采一体化装置，包括钻头1、固形套管2、钻杆3、取芯衬管4、力传感机构5及动力传输机构6，其中钻头1和钻杆3均为中空结构，钻头1可拆卸地安装在钻杆3的下端，用于钻取月壤；钻杆3的上端与动力传输机构6连接，取芯衬管4可拆卸地安装在钻杆3的内部，用于采集月壤样品；力传感机构5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，包括钻头(1)、固形套管(2)、钻杆(3)、取芯衬管(4)、力传感机构(5)及动力传输机构(6)，其中钻头(1)和钻杆(3)均为中空结构，钻头(1)可拆卸地安装在钻杆(3)的下端，用于钻取月壤；钻杆(3)的上端与动力传输机构(6)连接，取芯衬管(4)可拆卸地安装在钻杆(3)的内部，用于采集月壤样品；力传感机构(5)可转动地安装在动力传输机构(6)的输出端，固形套管(2)套设于钻杆(3)的外侧，且上端与力传感机构(5)可拆卸地连接，固形套管(2)上设有测温装置，力传感机构(5)用于测量钻杆(3)在钻采过程中的力及扭矩信息。2.根据权利要求1所述的表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，所述钻头(1)包括钻刃(101)、钻齿(102)及钻体(103)，其中钻体(103)为中空结构，且外圆周上沿轴向设有螺旋刃口，钻体(103)的一端端部外沿上沿周向间隔交替设有多个钻刃(101)和多个钻齿(102)，钻体(103)的另一端与所述钻杆(3)螺纹连接。3.根据权利要求1所述的表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，所述固形套管(2)包括通过可拆卸连接结构依次连接的下部套管(201)、中部套管(202)及上部套管(203)。4.根据权利要求3所述的表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，所述可拆卸连接结构包括弹簧式卡口(207)及与弹簧式卡口(207)插接配合的阶梯式插接部(208)；所述下部套管(201)和所述中部套管(202)的上端均设置弹簧式卡口(207)，所述上部套管(203)和所述中部套管(202)的下端均设置阶梯式插接部(208)。5.根据权利要求3所述的表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，所述测温装置包括传感器I(204)、传感器扩展线路(205)及两个测温件(206)，其中传感器I(204)嵌设于所述上部套管(203)上端开设的凹槽内，传感器I(204)通过传感器扩展线路(205)与两个测温件(206)连接，两个测温件(206)分别嵌设于所述中部套管(202)和所述上部套管(203)上端设有的凹槽内。6.根据权利要求1所述的表层月壤钻采一体化装置，其特征在于，所述钻杆(3)包括依次螺纹连接的下部钻杆(301)、中部钻杆(302)及上部钻杆(303)，其中上部钻杆(303)的上端与所述动力传输机构(6)连接，下部钻杆(301)的下端与所述钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，周维佳，李俊麟，程钦锟，于涛，李振新，王守瑞，王博，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：