CN102359346A - 一种月壤深钻采样回收机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种月壤深钻采样回收机构。钻机接头的周向开有楔形空间，内安装卡扣摇杆；机架从上至下有三层，第一层上有圆柱形凸台，凸台周向均布三个开有与卡扣摇杆相配合的凹槽；第二层中间夹有钻杆转盘箱机构，第三层圆弧中部周向开有能通过钻杆的圆孔；升降电机安装在第三层机架中间，通过丝杆控制滑块座的上下移动；导杆一端固定在第三层机架，另一端固定在上面的圆形机械臂连接盘上；滑块座上安装深钻电机，传动带动电机-钻杆连接头转动。本发明采用多根短钻杆连接进行深层土壤采样；钻机接头可以同时完成卡紧钻机机架进行钻取和卡紧钻机转盘进行回收，简化机械机构；钻杆接头采用凹槽卡扣连接，连接方便，传递扭矩大，保证连接可靠。

Description

一种月壤深钻采样回收机构
技术领域
本发明涉及一种钻杆采样回收机构，具体地说是涉及一种月壤深钻采样回收机构。
背景技术
进入20世纪90年代后，包括中国在内的世界多国及组织开始进行新一轮的月球探测。月壤采样对分析月球资源环境及日后的利用有决定性作用，出于对宇航员登月的复杂性和危险性考虑，自动采样装置的研究是目前各国研究发展的重点。
在外太空探索领域，为对地外星体进行研究需要向其发射探测器并采集样品返回地球进行分析。随着研究的深入，对采样的要求也由地表深入至地下以获得土层等信息。可是探测器限于质量与体积的严格要求，无法携带整根钻杆直接采样到预定深度。因此，常用的方法是携带多根较短的钻杆，在进行钻探采样时再将各根钻杆连接。这种机构要求质量轻，结构简单可靠，易于回收所采集样品，便于自动化操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种月壤深钻采样回收机构，是一种质量小，结构简单可靠，易于回收所采集样品，便于自动化操作的深层土壤样品采集机构。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括钻机接头，机架部分，下钻部分和换杆部分；
所述的钻机接头为一圆柱环，其周向等分开有三个楔形空间，每个楔形空间内安装一个卡扣摇杆，位于楔形空间内的卡扣摇杆直杆段一侧与拉力弹簧相接触，楔形空间上端装有电磁铁，卡扣摇杆弯曲段伸出钻机接头下端；；
所述机架部分：包括钻机机架，钻杆转盘箱机构，钻杆转盘箱，转盘电机；钻机机架从上至下有三层，每层之间通过支撑柱连接；第一层机架上有圆柱形凸台，凸台周向均布三个开有与卡扣摇杆相配合的凹槽；第二层机架中间夹有钻杆转盘箱机构，钻杆转盘箱机构包括钻杆转盘和转盘电机，钻杆转盘为一圆环，外缘设有齿轮，通过一级齿轮配合与第二层机架上的转盘电机连接；第三层机架圆弧中部周向开有圆孔，圆孔的直径大于钻杆直径；
所述下钻部分：包括深钻电机，钻机升降架，深钻钻杆，丝杆，滑块座，导杆，升降电机；升降电机安装在第三层机架中间，通过齿轮与丝杆相连，控制滑块座的上下移动；滑块座由四根导杆支撑，导杆的一端固定在第三层机架，另一端固定在上面的圆形机械臂连接盘上，机械臂连接盘固定在第一层机架上，机械臂连接盘外缘均布有三个凹槽，与卡扣摇杆的卡扣弯曲段相配合；滑块座上安装深钻电机，深钻电机通过二级齿轮传动带动电机-钻杆连接头转动；
所述换杆部分：深钻钻杆的尾部内壁有对称布置的两个与相邻钻杆头部配合连接的“Z”字形凹槽，在“Z”字形凹槽的尾端上部设有一个与电机-钻杆连接头配合的“凸”字形凹槽；深钻钻杆的头部外圆有钻杆连接卡扣，钻杆连接时与相邻钻杆尾部“Z”字形凹槽相配。
所述深钻钻杆内部为中空圆柱形，上下两端各有一个三瓣单向瓣膜结构；深钻钻杆的外周包覆有自上至下的螺旋线。
本发明具有的有益效果是：
深钻采样回收机构可以连接在机械臂上，采样范围大，采样灵活；采样采用多杆连接采样，既保证采样深度，又使得回收体积减小；采样月壤样品保留在钻杆内部，钻杆设有单瓣膜防止月壤泄露；样品回收直接回收钻杆，减少工序，保证可靠性；深钻机构的本身也是回收的一部分，不用再设置回收装置，月壤样品回收方便。本发明具有结构紧凑，功能可靠，采样量大，深度大，样品回收简单且低泄露的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的钻机接头结构示意图。
图3是本发明的钻杆升降架结构示意图。
图4是本发明的钻杆转盘箱结构示意图。
图5是本发明的钻杆示意图。
图6是本发明的钻杆凹槽设计示意图。
图中：1、钻机接头，2、钻机机架，3、深钻电机，4、钻杆升降架，5、钻杆转盘箱机构，6、深钻钻杆，7、电磁铁，8、拉力弹簧，9、卡扣摇杆，10、丝杆，11、滑块座，12、导杆，13、升降电机，14、转盘电机，15、钻杆转盘箱，16、电气接口凹槽，17、机械臂连接盘，18、电机-钻杆连接头，19、支撑柱，20、钻杆连接卡扣，21、“凸”字形凹槽，22、“Z”字形凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括钻机接头1，机架部分，下钻部分和换杆部分。
本发明工作时首先由固定于机械臂上的钻机接头1卡紧钻机机架2，移动钻机到指定采样地点；随后在钻杆转盘箱机构15，深钻电机3作用下进行钻杆的移动，连接，采样与回收；采样完成后，钻机接头卡紧钻杆部分进行样品回收。
所述的钻机接头1为一圆柱环，其周向等分开有三个楔形空间，每个楔形空间内安装一个卡扣摇杆9，位于楔形空间内的卡扣摇杆9直杆段一侧与拉力弹簧9相接触，楔形空间上端装有电磁铁7，卡扣摇杆9弯曲段伸出钻机接头1下端。卡扣摇杆9的摆动受控于安装在其中部的拉力弹簧9和楔形空间上部的电磁铁7的控制。钻机钻取工作时，电磁铁7不通电，在拉力弹簧8的作用下，卡扣摇杆9卡在外面钻机机架2的凹槽内，此时钻机为一体工作。当采样工作完毕后，电磁铁7通电，卡扣摇杆9卡在内圈机械臂连接盘17的凹槽上，完成钻机机架2与回收部分分离，仅回收钻杆等少量机械结构。
所述机架部分：包括钻机机架2，钻杆转盘箱机构5，钻杆转盘箱15，转盘电机14；钻机机架2从上至下有三层，每层之间通过七根支撑柱19连接，七根支撑柱19分布在钻机机架2的边上；第一层机架上有圆柱形凸台，凸台周向均布三个开有与卡扣摇杆9相配合的凹槽，与卡扣摇杆9配合完成机架分离工作。第二层机架中间夹有钻杆转盘箱机构5，钻杆转盘箱机构5包括钻杆转盘15和转盘电机14，钻杆转盘15为一圆环，外缘设有齿轮，通过一级齿轮配合与第二层机架上的转盘电机14连接。转盘电机14驱动钻杆转盘15带动深钻钻杆16的旋转，在丝杆10、滑块座11和夹持机构的配合下完成深钻钻杆的组装、拆卸、回收。第三层机架圆弧中部周向开有圆孔，圆孔的直径大于钻杆直径，保证钻杆能够上下，圆孔两侧设有钻杆夹持机构。
所述下钻部分：包括深钻电机3，钻机升降架4，深钻钻杆6，丝杆10，滑块座11，导杆12，升降电机13；升降电机13安装在第三层机架中间，通过齿轮与丝杆10相连，控制滑块座11的上下移动，从而带动连接的深钻钻杆6的下移，提供下钻的压力。滑块座11由四根导杆12支撑，导杆12的一端固定在第三层机架，另一端固定在上面的圆形机械臂连接盘17上，机械臂连接盘17固定在第一层机架上，机械臂连接盘17外缘均布有三个凹槽，与卡扣摇杆9的卡扣弯曲段相配合，其顶上有矩形电气接口凹槽16，当机械臂与钻机相连时，驱动电力通过电气接口凹槽16输送至钻机的各部分。滑块座11上安装深钻电机3，深钻电机3通过二级齿轮传动带动电机-钻杆连接头18转动，提供钻取采样时所需的旋转动力。
如图5、图6所示为本发明的钻杆和钻杆连接示意图。深钻钻杆6的尾部内壁有对称布置的两个与相邻钻杆头部配合连接的“Z”字形凹槽22，在“Z”字形凹槽22的尾端上部设有一个与电机-钻杆连接头18配合的“凸”字形凹槽21；深钻钻杆6的头部外圆有钻杆连接卡扣20，钻杆连接时与相邻钻杆尾部“Z”字形凹槽22相配。
本发明当上下两端钻杆连接时，下端钻杆固定，上端钻杆与下端钻杆同轴，上端钻杆钻杆连接卡扣20由下端钻杆“凸”形凹槽21顶部滑下；上端钻杆滑动到“Z”字形凹槽底部22时，逆时针旋转；当旋转到“Z”字形凹槽底部左端时，上端钻杆上升；当上升到“Z”字形凹槽22顶部时，上端钻杆逆时针旋转；当上端钻杆逆时针旋转到“Z”形凹槽上部最左端时，连接完成（如图6虚线所示）。拆卸过程为以上连接过程动作反向。上下两端钻杆连接完成后，上端钻杆连接卡扣20处于下端钻杆“Z”字形凹槽22上部最左端。钻探时，钻杆逆时针转动并向下施加压力进行钻探，此时“Z”字形凹槽22左端下部凸台承受压力。提钻时，上端钻杆顺时针转动至凸键移动至“Z”形凹槽22上部最右端，钻杆顺时针转动，并向上提，此时“Z”字形凹槽上部凸台承受压力。
本发明当深钻钻杆6与电机-钻杆连接头18连接时，钻杆固定，电机-钻杆连接头18与钻杆同轴，电机-钻杆连接头18由下端钻杆“凸”形凹槽21顶部滑下；深钻电机滑动到“凸”字形21凹槽底部时，逆时针旋转；深钻电机转动到“凸”形凹槽底部最左端时，连接完成。拆卸过程为以上连接过程动作反向。
深钻钻杆6内部为中空圆柱形，上下两端各有一个三瓣单向瓣膜结构，防止月壤的泄露和散落。深钻钻杆6的外周包覆有自上至下的螺旋线，使钻取采样更为方便。

Claims (2)

1.一种月壤深钻采样回收机构，其特征在于：包括钻机接头(1)，机架部分，下钻部分和换杆部分；
所述的钻机接头(1)为一圆柱环，其周向等分开有三个楔形空间，每个楔形空间内安装一个卡扣摇杆(9)，位于楔形空间内的卡扣摇杆(9)直杆段一侧与拉力弹簧(9)相接触，楔形空间上端装有电磁铁(7)，卡扣摇杆(9)弯曲段伸出钻机接头(1)下端；
所述机架部分：包括钻机机架(2)，钻杆转盘箱机构(5)，钻杆转盘箱(15)，转盘电机(14)；钻机机架(2)从上至下有三层，每层之间通过支撑柱连接；第一层机架上有圆柱形凸台，凸台周向均布三个开有与卡扣摇杆(9)相配合的凹槽；第二层机架中间夹有钻杆转盘箱机构(5)，钻杆转盘箱机构(5)包括钻杆转盘(15)和转盘电机(14)，钻杆转盘(15)为一圆环，外缘设有齿轮，通过一级齿轮配合与第二层机架上的转盘电机(14)连接；第三层机架圆弧中部周向开有圆孔，圆孔的直径大于钻杆直径；
所述下钻部分：包括深钻电机(3)，钻机升降架(4)，深钻钻杆(6)，丝杆(10)，滑块座(11)，导杆(12)，升降电机(13)；升降电机(13)安装在第三层机架中间，通过齿轮与丝杆(10)相连，控制滑块座(11)的上下移动；滑块座(11)由四根导杆(12)支撑，导杆(12)的一端固定在第三层机架，另一端固定在上面的圆形机械臂连接盘(17)上，机械臂连接盘(17)固定在第一层机架上，机械臂连接盘(17)外缘均布有三个凹槽，与卡扣摇杆(9)的卡扣弯曲段相配合；滑块座(11)上安装深钻电机(3)，深钻电机(3)通过二级齿轮传动带动电机-钻杆连接头(18)转动；
所述换杆部分：深钻钻杆(6)的尾部内壁有对称布置的两个与相邻钻杆头部配合连接的“Z”字形凹槽，在“Z”字形凹槽的尾端上部设有一个与电机-钻杆连接头(18)配合的“凸”字形凹槽；深钻钻杆(6)的头部外圆有钻杆连接卡扣(20)，钻杆连接时与相邻钻杆尾部“Z”字形凹槽相配。
2.根据权利要求1所述的一种月壤深钻采样回收机构，其特征在于：所述深钻钻杆(6)内部为中空圆柱形，上下两端各有一个三瓣单向瓣膜结构；深钻钻杆(6)的外周包覆有自上至下的螺旋线。
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