【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及月球采矿，特别是一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置及其方法。
技术介绍
1、随着人类社会的不断发展，人类的生存空间也在不断拓展。月球作为距离地球最近的星球，且具有丰富的矿产资源，成为国家未来发展的一项战略资源。在未来对月球的建设过程中，将月球表面的岩石破碎之后，由于月球环境低重力和真空的特点，如何将岩碴从月球表面收集起来成为一大难题。在此背景下，构建模拟研究月球环境下垂直采集出碴提升技术的试验装置具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置及其方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的无法在月球环境下进行岩碴垂直采集的难题，本试验装置能够模拟月球的真空度和温度，试验可以得到合适的冲击频率、岩碴采集时间、垂直采集出碴系统的移动速度、螺旋上料器的螺距和转速等对出碴效果有影响作用的参数，本专利技术具体采用以下技术方案。
2、设计一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，包括模拟仓，在所述模拟仓内分别设有月球环境模拟机构、机械臂结构、垂直采集机构，所述机械臂结构用以控制垂直采集机构沿岩碴表面任意位置移动；
3、所述月球环境模拟机构包括设在模拟仓内壁上的温度调节器和真空发生器；
4、所述垂直采集机构包括安装在机械臂结构末端的螺旋上料器、通过柔性连接件与螺旋上料器进碴口相连的冲击采集组件，在所述模拟仓内的底部位于冲击采集组件的下方设有用来盛放岩碴的放置仓，在所述螺旋上料器的排碴口处设有用于接收岩碴的
5、所述机械臂结构包括依次相连的固定底座、旋转底座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、旋转机械臂，所述固定底座固定在模拟仓的一侧内壁上，所述旋转底座与固定底座转动连接，旋转机械臂与第三机械臂转动连接，所述旋转底座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂之间分别依次铰接，且所述螺旋上料器与旋转机械臂固定连接。
6、优选地，冲击采集组件包括固定部件和活动套装在固定部件内的活动部件，所述活动部件通过运动组件的带动沿固定部件往复运动，在所述活动部件的前段内设有止回部件，所述止回部件包括分别通过第一扇叶转轴和第二扇叶转轴连接的第一止回扇叶和第二止回扇叶、设在第一扇叶转轴和第二扇叶转轴之间的转动轴、设在转动轴上的扭簧。
7、优选地，所述活动部件为螺纹连接的前、后两段式结构。
8、优选地，在所述活动部件前段的进碴口处设有十字形的冲撞头，且冲撞头的截面为三角形。
9、优选地，所述运动组件包括设在固定部件内的电动机、设在电动机输出轴上的第二锥齿轮、与第二锥齿轮啮合的第一锥齿轮、与第一锥齿轮通过键连接的曲柄、与曲柄一端铰接的连杆，所述电动机通过基座固定在固定部件内，所述连杆与活动部件的后段相连，所述第一锥齿轮通过转轴固定在活动部件前段的内壁上。
10、优选地，在所述曲柄上开设有多个均匀分布的通孔，所述第一锥形齿轮通过连接轴与曲柄上的通孔相连。
11、优选地，在所述柔性连接件的两侧分别设有第一充气部件和第二充气部件，在第一充气部件和第二充气部件内分别设有气罐、气囊、分别与气罐和气囊相连的气泵。
12、一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验方法，其是基于模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置实施的，包括：
13、首先，利用温度调节器和真空发生器监测、并调控模拟仓内的温度和压力至目标值；
14、然后，通过液压电机驱动机械臂结构带动螺旋上料器和冲击采集组件向放置仓内的不同位置进行运动，同时启动螺旋上料器和电动机，从而带动第二锥齿轮啮合第一锥齿轮转动，进而使曲柄、连杆带动活动部件沿固定部件做伸缩往复运动，从而使冲撞头冲击放置仓内岩碴，并将大块岩碴冲击成小块岩碴，在扭簧的作用下，冲击力将第一止回扇叶和第二止回扇叶冲开，当无岩碴进入冲击采集组件时，扭簧复位，第一止回扇叶和第二止回扇叶将活动部件的进碴口封堵，防止冲击采集组件内的岩碴掉落；
15、最后，岩碴沿着螺旋上料器的进碴口通道进入螺旋上料器内部，再经由螺旋上料器运输到排碴口后，掉落至收集仓内，在以上过程中，通过气泵将罐体内的惰性气体泵入气囊内，从而使第一充气部件收缩时，第二充气部件膨胀，或第一充气部件膨胀时，第二充气部件收缩，从而改变冲击采集组件相对于螺旋上料器的角度，进而可以调整冲击采集组件进碴口拾取岩碴时，以及击采集机构向螺旋上料器进碴口输碴时的角度，更有利于岩碴的采集或输送。
16、本专利技术的有益效果在于：
17、本专利技术通过使用真空发生器和温度调节器使模拟仓内的真空度和温度达到月球环境的标准，并利用机械臂结构控制垂直采集机构的运动轨迹，确保冲击采集组件可以在岩碴表面的任意位置移动，进而模拟不同位置处岩碴的采集；而且冲击采集组件包括活动连接的活动部件和固定部件，且活动部件由固定部件内部的运动组件带动其沿固定部件做往复伸缩运动，进而实现对岩碴的采集，具体地是采用曲柄连杆机构带动冲击采集组件的活动部件运动，并利用冲撞头在岩碴表面反复冲击，通过在扭簧的作用下，岩碴的冲击力将第一止回扇叶和第二止回扇叶顶开，并将岩碴带入冲击采集组件的内部，岩碴随着冲击不断在冲击采集组件的仓内堆积，当岩碴达到一定高度后，由柔性连接件送入螺旋上料器内，由于月球的低重力环境，岩碴更容易随螺旋上料器上升到排碴口后排出，在此过程中可以通过第一充气部件和第二充气部件相互膨胀或收缩，来实现改变冲击采集组件相对于螺旋上料器的角度，从而调节冲击采集组件进碴口采集岩碴时的角度，以及冲击采集组件向螺旋上料器进碴口输碴时的角度，更有利于岩碴的采集或输送。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于，包括模拟仓(2)，在所述模拟仓(2)内分别设有月球环境模拟机构、机械臂结构(3)、垂直采集机构(6)，所述机械臂结构(3)用以控制垂直采集机构(6)沿岩碴(8)表面任意位置移动；
2.如权利要求1所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：冲击采集组件(41)包括固定部件(19)和活动套装在固定部件(19)内的活动部件(13)，所述活动部件(13)通过运动组件的带动沿固定部件(19)往复运动，在所述活动部件(13)的前段内设有止回部件，所述止回部件包括分别通过第一扇叶转轴(136)和第二扇叶转轴(138)连接的第一止回扇叶(131)和第二止回扇叶(132)、设在第一扇叶转轴(136)和第二扇叶转轴(138)之间的转动轴(139)、设在转动轴(139)上的扭簧(137)。
3.如权利要求2所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：所述活动部件(13)为螺纹连接的前、后两段式结构。
4.如权利要求2所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：在所述活动部件(13
5.如权利要求2所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：所述运动组件包括设在固定部件(19)内的电动机(18)、设在电动机(18)输出轴上的第二锥齿轮(17)、与第二锥齿轮(17)啮合的第一锥齿轮(16)、与第一锥齿轮(16)相连的曲柄(15)、与曲柄(15)一端铰接的连杆(14)，所述电动机(18)通过基座(191)固定在固定部件(19)内，所述连杆(14)与活动部件(13)的后段相连，所述第一锥齿轮(16)通过转轴固定在活动部件(13)前段的内壁上。
6.如权利要求5所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：在所述曲柄(15)上开设有多个均匀分布的通孔，所述第一锥形齿轮(16)通过连接轴与曲柄(15)上的通孔相连。
7.如权利要求1所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：在所述柔性连接件(11)的两侧分别设有第一充气部件(12)和第二充气部件(20)，在第一充气部件(12)和第二充气部件(20)内分别设有气罐、气囊、分别与气罐和气囊相连的气泵。
8.一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验方法，其是基于权利要求1-7中任意一项模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置实施的，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于，包括模拟仓(2)，在所述模拟仓(2)内分别设有月球环境模拟机构、机械臂结构(3)、垂直采集机构(6)，所述机械臂结构(3)用以控制垂直采集机构(6)沿岩碴(8)表面任意位置移动；
2.如权利要求1所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：冲击采集组件(41)包括固定部件(19)和活动套装在固定部件(19)内的活动部件(13)，所述活动部件(13)通过运动组件的带动沿固定部件(19)往复运动，在所述活动部件(13)的前段内设有止回部件，所述止回部件包括分别通过第一扇叶转轴(136)和第二扇叶转轴(138)连接的第一止回扇叶(131)和第二止回扇叶(132)、设在第一扇叶转轴(136)和第二扇叶转轴(138)之间的转动轴(139)、设在转动轴(139)上的扭簧(137)。
3.如权利要求2所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：所述活动部件(13)为螺纹连接的前、后两段式结构。
4.如权利要求2所述的模拟月球环境的垂直采集出碴试验装置，其特征在于：在所述活动部件(13)前段的进碴口处设有十字形的冲撞头(133)，且冲撞头(133)的截面为三角形。
...【专利技术属性】
技术研发人员：卢智勇，卢高明，周建军，张洋凯，姜礼杰，范文超，李帅远，刘超尹，许自文，孔德卿，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。