專利名稱：雙導(dǎo)軌雙液壓缸深海取芯鉆機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)深海鈷結(jié)殼進(jìn)行取樣的可控式微型回轉(zhuǎn)取芯鉆機(jī)，由其涉及一種雙導(dǎo)軌雙液壓缸深海取芯鉆機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，在海洋資源開發(fā)裝備制造技術(shù)領(lǐng)域里，國外已研制出安裝于深潛器上的微型可控式取芯器，多采用雙液壓缸結(jié)構(gòu)的取芯裝置、具有多個(gè)導(dǎo)向臂的結(jié)構(gòu)、巖芯割斷自動(dòng)加力裝置和鉆機(jī)應(yīng)急自動(dòng)保護(hù)裝置等。在國內(nèi)的深海取芯器中，多為非可控式取芯器，用于深潛器上的微型可控式回轉(zhuǎn)取芯器仍為空白。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡單可靠、取芯率高，能夠適應(yīng)深海工作環(huán)境，結(jié)構(gòu)緊湊的適用于深海的一種雙導(dǎo)軌雙液壓缸深海取芯鉆機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案它包括1)取芯鉆具包括金剛石孕鑲鉆頭、卡簧、卡簧座、巖芯管、異徑接頭。金剛石孕鑲鉆頭一端與卡簧座前端螺紋連接，卡簧安放于卡簧座內(nèi)，卡簧座另一端與巖芯管螺紋連接，巖芯管另一端與異徑接頭螺紋連接，異徑接頭的另一端與錐扣接頭螺紋連接，錐扣接頭另一端與加壓裝置的輸出主軸相連，將取芯鉆具與加壓裝置的輸出主軸的輸出端連成一整體，巖芯管外表面螺旋槽，螺旋槽的末端通孔與巖芯管連通；2)加壓裝置包括軸承箱體、主軸、加壓座、推力球軸承、防護(hù)軸套和單列向芯球軸承；主軸由四個(gè)軸承支撐，前端是兩個(gè)推力球軸承，安裝于主軸的軸肩兩側(cè)，軸承的另一個(gè)面分別緊貼加壓座的上端凸臺(tái)和軸承頂套，主軸的輸出端有一個(gè)防護(hù)軸套，防護(hù)軸套由安裝在軸承頂套內(nèi)的調(diào)節(jié)螺母支撐，主軸輸入端的花鍵連軸器連接，連軸器的一端與液壓馬達(dá)的輸出軸相連接，連軸器的另一端裝在兩個(gè)單列向芯球軸承內(nèi)；3)液壓馬達(dá)與軸承箱體相連接，軸承箱體與裝在機(jī)架上的滑動(dòng)支架焊接為一整體，兩個(gè)液壓缸分別安裝在機(jī)架兩側(cè)，液壓缸的底面與油缸安裝面板連接固定，活塞桿端使用耳環(huán)與滑動(dòng)支架連接；
4)液壓系統(tǒng)液壓缸的有桿腔和無桿腔分別經(jīng)第一、第二壓力傳感器與第一個(gè)三位四通換向閥的兩個(gè)出口連接，三位四通換向閥的進(jìn)口分別與減壓閥的出口和節(jié)流閥的進(jìn)口相連，減壓閥的進(jìn)口接入系統(tǒng)油源，節(jié)流閥出口接入油箱；液壓馬達(dá)與第二個(gè)三位四通換向閥的兩個(gè)出口連接并接有第三壓力傳感器，換向閥的進(jìn)口分別與調(diào)速閥的出口和油箱相連接，調(diào)速閥的進(jìn)口則接入系統(tǒng)油源；系統(tǒng)中的卸荷回路，由先導(dǎo)式溢流閥和兩位兩通換向閥組成，其控制口與兩位兩通換向閥相連，兩位兩通換向閥的另一端直接接入油箱。
本發(fā)明具有的有益的效果是取芯鉆機(jī)通過金剛石鉆頭鉆進(jìn)，卡簧和卡簧座配合使用卡斷巖芯，巖芯管上螺旋槽引導(dǎo)海水至孔底冷卻鉆頭；在鉆進(jìn)和上提鉆具的過程中，加壓座和推力球軸承等組成的加壓裝置將力直接傳遞到支架和取芯鉆具上，保護(hù)了液壓馬達(dá)的輸出軸；采用雙導(dǎo)軌、雙液壓缸并行安裝方式，減小了整個(gè)裝置的整體高度，能夠符合在深潛器上的安裝要求；使用液壓缸和液壓馬達(dá)作為系統(tǒng)的動(dòng)力元件，并針對(duì)鉆進(jìn)過程中巖層性質(zhì)的變化采用負(fù)反饋組成的控制系統(tǒng)，有效地避免卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生；在取樣過程中采用壓力控制和位移控制，能夠可靠地控制取樣行程和斷芯過程。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是圖1的A部放大圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是圖1的C部放大圖；圖5是本發(fā)明的液壓系統(tǒng)原理圖；圖6是本發(fā)明的控制原理框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，該鉆機(jī)包括取芯鉆具、加壓裝置和液壓系統(tǒng)，這些機(jī)械裝置是固定在一個(gè)直徑為20mm的圓管彎成的機(jī)架上。
取芯鉆具由金剛石孕鑲鉆頭1、卡簧座3、巖芯管4和異徑接頭5組成，金剛石孕鑲鉆頭1一端加工有螺紋，與卡簧座3前端內(nèi)螺紋接頭配合連接，卡簧2安放于卡簧座3內(nèi)，卡簧座3另一端也通過螺紋與巖芯管4相連接，巖芯管4另一端則與異徑接頭5相連；為了便于擰緊，異徑接頭5的另一端加工有內(nèi)錐扣螺紋，與錐扣接頭12相連接，并且錐扣接頭12另一端與加壓裝置的輸出主軸14相連，從而將取芯鉆具與加壓裝置的主軸14的輸出端連成一整體，加壓裝置的主軸14輸出的鉆進(jìn)扭矩將通過接頭12傳遞給取芯鉆具。巖芯管4外表面加工有三條螺旋槽，在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中，海水可以沿槽流向孔內(nèi)，水流通過螺旋槽的末端通孔進(jìn)入巖芯管4內(nèi)部，并沿著巖芯和取芯鉆具的間隙下至孔底冷卻鉆頭。
加壓裝置包括加壓座19、主軸14、軸承箱體8、推力球軸承20(18)、軸套28和單列向芯球軸承24(26)等主要部件組成。主軸14由四個(gè)軸承支撐，前端是兩個(gè)推力球軸承20、18，這兩個(gè)推力球軸承安裝于主軸的軸肩兩側(cè)，軸承的另一個(gè)面分別緊貼加壓座19的上端凸臺(tái)和軸承頂套17。因此，下壓的進(jìn)給力將沿加壓座19傳遞給推力球軸承20，再通過主軸14的軸肩把進(jìn)給力傳給取芯鉆具；上提鉆具時(shí)，上提的力由加壓座19和軸承頂套17傳遞給推力球軸承18，力再通過主軸14的軸肩上提取芯鉆具。主軸14的輸出端有一個(gè)防護(hù)軸套28，是為了保護(hù)主軸14不被泥沙侵入而造成磨損，防護(hù)軸套28由安裝在軸承頂套17內(nèi)的調(diào)節(jié)螺母16支撐，并用一個(gè)軸用彈性擋圈15來固定防護(hù)軸套28的軸向。主軸14的輸入端加工有花鍵。液壓馬達(dá)9的輸出動(dòng)力矩靠連軸器23傳送到主軸14上，其一端通過鍵和鍵槽與液壓馬達(dá)9的輸出軸相連接，把扭矩傳遞過來；另一端裝在兩個(gè)單列向芯球軸承24、26內(nèi)，并加工有花鍵槽，主軸14的花鍵端即插入其中，通過花鍵連接把扭矩傳給主軸14，采用花鍵連接的目的是為了防止主軸14承受的軸向力傳遞給連軸器23，避免軸向的竄動(dòng)。加壓座19與軸承箱體8采用螺栓連接，兩個(gè)單列向芯球軸承24、26均安裝在軸承箱體8內(nèi)，用隔環(huán)21和隔圈25將兩軸承隔開，用兩個(gè)軸用彈性擋圈22、27來限制軸承的軸向移動(dòng)。
液壓系統(tǒng)液壓缸7的有桿腔和無桿腔分別經(jīng)第一、第二壓力傳感器36、37與第一個(gè)三位四通換向閥29的兩個(gè)出口連接，換向閥29的進(jìn)口分別與減壓閥31的出口和節(jié)流閥32的進(jìn)口相連，減壓閥31的進(jìn)口接入系統(tǒng)油源，節(jié)流閥32出口接入油箱；液壓馬達(dá)9與三位四通換向閥30的兩個(gè)出口連接并接有第三壓力傳感器38，第二個(gè)三位四通換向閥30的進(jìn)口分別與調(diào)速閥33的出口和油箱相連接，調(diào)速閥33的進(jìn)口則接入系統(tǒng)油源；系統(tǒng)中的卸荷回路，由先導(dǎo)式溢流閥35和兩位兩通換向閥34組成，其控制口與兩位兩通換向閥34相連，兩位兩通換向閥34的另一端直接接入油箱。
下面將結(jié)合液壓系統(tǒng)原理圖詳細(xì)描敘本發(fā)明的工作過程。
液壓系統(tǒng)原理圖見附圖3(在此僅說明液壓缸7的油路，液壓缸11的工作油路同理)。液壓缸7與三位四通換向閥29的兩個(gè)出口連接，換向閥29用來控制液壓油的流向從而控制液壓缸的前后運(yùn)動(dòng)，換向閥29的進(jìn)口分別與減壓閥31的出口和節(jié)流閥32的進(jìn)口相連，減壓閥31的進(jìn)口接入系統(tǒng)油源，節(jié)流閥32出口接入油箱；液壓馬達(dá)9與三位四通換向閥30的兩個(gè)出口連接，換向閥30的進(jìn)口分別與調(diào)速閥33的出口和油箱相連接，調(diào)速閥的進(jìn)口則接入系統(tǒng)油源；系統(tǒng)還有一卸荷回路，由先導(dǎo)式溢流閥35和兩位兩通換向閥34組成，其控制口與兩位兩通換向閥34相連，換向閥34的另一端直接接入油箱。其工作過程為首先，液壓馬達(dá)9以調(diào)速閥33調(diào)定的速度旋轉(zhuǎn)，液壓缸7以較快的速度推進(jìn)，當(dāng)鉆頭碰到巖層，液壓馬達(dá)9的工作腔壓力增大，通過壓力傳感器36檢測出壓力的變化，調(diào)節(jié)減壓閥31的設(shè)定壓力，使液壓缸7能增大推進(jìn)力，鉆進(jìn)巖層；由位移傳感器檢測出鉆進(jìn)深度，當(dāng)鉆進(jìn)到指定深度，發(fā)出電信號(hào)停止推進(jìn)，液壓馬達(dá)9停止轉(zhuǎn)動(dòng)；接著，液壓缸7緩慢上提，直到卡簧2卡緊巖芯，當(dāng)壓力傳感器37檢測到液壓缸7有桿腔的壓力上升到卡緊巖芯所需的壓力值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，液壓缸7停止上提，液壓馬達(dá)9緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，扭斷巖芯時(shí)液壓馬達(dá)9的工作壓力大幅下降，由壓力傳感器38檢測到后系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，液壓馬達(dá)9停止轉(zhuǎn)動(dòng)；最后，提升鉆具到預(yù)定位置，停止上提。至此，取芯過程完成。
因?yàn)閹r體構(gòu)造和巖石性質(zhì)的變化，常常會(huì)發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，本發(fā)明對(duì)推進(jìn)力或鉆頭軸壓力的控制采用負(fù)反饋的原理組成閉環(huán)控制，能夠根據(jù)巖層的變化有效的控制壓力的變化，最大限度的避免了卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生。控制原理框圖如圖6所示。在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆頭進(jìn)入松軟巖層時(shí)，鉆頭回轉(zhuǎn)阻力矩減小，液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)壓力降低，該壓力由傳感器檢測出并輸入到控制器，然后控制器輸出的控制信號(hào)經(jīng)放大器放大后控制減壓閥的設(shè)定壓力增大，液壓缸推進(jìn)力增大，克服孔內(nèi)摩擦的力矩相應(yīng)增大，使系統(tǒng)達(dá)到平衡穩(wěn)態(tài)，由此可加大鑿孔速度，提高鑿孔效率；當(dāng)鉆頭進(jìn)入誘偏巖層等堅(jiān)硬層面時(shí)，鉆頭回轉(zhuǎn)阻力增大，液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)壓力升高，該壓力由傳感器檢測出并輸入到控制器，然后控制器輸出的控制信號(hào)經(jīng)放大器放大后控制減壓閥的設(shè)定壓力減小，進(jìn)而使液壓缸的工作腔壓力減小，從而減小鉆進(jìn)推力，導(dǎo)致克服孔內(nèi)摩擦的力矩相應(yīng)減小，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，由此可使鉆頭偏倒的力減小，鉆孔偏斜的可能性也相應(yīng)大大的減小了。
權(quán)利要求
1.一種雙導(dǎo)軌雙液壓缸深海取芯鉆機(jī)，其特征在于它包括1)取芯鉆具包括金剛石孕鑲鉆頭(1)、卡簧(2)、卡簧座(3)、巖芯管(4)、異徑接頭(5)；金剛石孕鑲鉆頭(1)一端與卡簧座(3)前端螺紋連接，卡簧(2)安放于卡簧座(3)內(nèi)，卡簧座(3)另一端與巖芯管(4)螺紋連接，巖芯管(4)另一端與異徑接頭(5)螺紋連接，異徑接頭(5)的另一端與錐扣接頭(12)螺紋連接，錐扣接頭(12)另一端與加壓裝置的輸出主軸(14)相連，將取芯鉆具與加壓裝置的輸出主軸(14)的輸出端連成一整體，巖芯管(4)外表面螺旋槽，螺旋槽的末端通孔與巖芯管(4)連通；2)加壓裝置包括軸承箱體(8)、主軸(14)、加壓座(19)、推力球軸承(20、18)、防護(hù)軸套(28)和單列向芯球軸承(24、26)；主軸(14)由四個(gè)軸承支撐，前端是兩個(gè)推力球軸承(20、18)，安裝于主軸(14)的軸肩兩側(cè)，軸承的另一個(gè)面分別緊貼加壓座(19)的上端凸臺(tái)和軸承頂套(17)，主軸(14)的輸出端有一個(gè)防護(hù)軸套(28)，防護(hù)軸套(28)由安裝在軸承頂套(17)內(nèi)的調(diào)節(jié)螺母(16)支撐，主軸(14)輸入端的花鍵(5)連軸器(23)連接，連軸器(23)的一端與液壓馬達(dá)(9)的輸出軸相連接，連軸器(23)的另一端裝在兩個(gè)單列向芯球軸承(24、26)內(nèi)；3)液壓馬達(dá)(9)與軸承箱體(8)相連接，軸承箱體(8)與裝在機(jī)架(13)上的滑動(dòng)支架(6)焊接為一整體，兩個(gè)液壓缸(7、11)分別安裝在機(jī)架兩側(cè)，液壓缸(7、11)的底面與油缸安裝面板(10)固定連接，活塞桿端使用耳環(huán)與滑動(dòng)支架(6)連接；4)液壓系統(tǒng)液壓缸(7)的無桿腔和有桿腔分別經(jīng)第一、第二壓力傳感器(36、37)與第一個(gè)三位四通換向閥(29)的兩個(gè)出口連接，換向閥(29)的進(jìn)口分別與減壓閥(31)的出口和節(jié)流閥(32)的進(jìn)口相連，減壓閥(31)的進(jìn)口接入系統(tǒng)油源，節(jié)流閥(32)出口接入油箱；液壓馬達(dá)(9)與三位四通換向閥(30)的兩個(gè)出口連接并接有第三壓力傳感器(38)，第二個(gè)三位四通換向閥(30)的進(jìn)口分別與調(diào)速閥(33)的出口和油箱相連接，調(diào)速閥(33)的進(jìn)口則接入系統(tǒng)油源；系統(tǒng)中的卸荷回路，由先導(dǎo)式溢流閥(35)和兩位兩通換向閥(34)組成，其控制口與兩位兩通換向閥(34)相連，兩位兩通換向閥(34)的另一端直接接入油箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了雙導(dǎo)軌雙液壓缸深海取芯鉆機(jī)。取芯鉆具與加壓裝置的輸出主軸的輸出端連成一整體，主軸輸入端與連軸器連接，連軸器的一端與液壓馬達(dá)的輸出軸相連接，液壓馬達(dá)與軸承箱體連接，軸承箱體與裝在機(jī)架上的滑動(dòng)支架焊接為一整體，兩個(gè)液壓缸分別安裝在機(jī)架兩側(cè)。卡簧和卡簧座配合使用卡斷巖芯，巖芯管上螺旋槽引導(dǎo)海水至孔底冷卻鉆頭；在鉆進(jìn)和上提鉆具的過程中，加壓座和推力球軸承等組成的加壓裝置將力直接傳遞到支架和取芯鉆具上，保護(hù)了液壓馬達(dá)的輸出軸；采用雙導(dǎo)軌、雙液壓缸安裝減小了整體高度；針對(duì)鉆進(jìn)過程中巖層性質(zhì)的變化采用負(fù)反饋組成的控制系統(tǒng)，避免卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生；采用壓力控制和位移控制，能控制取樣行程和斷芯過程。
文檔編號(hào)E21B25/00GK1529033SQ20031010788
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月12日
發(fā)明者王宣銀, 黎鑫, 陳鷹, 程佳, 梁冬泰, 陳奕澤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)