CN104608966B - 用于钻探取心的软质袋自动封口装置 - Google Patents

用于钻探取心的软质袋自动封口装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于钻探取心的软质袋自动封口装置，包括旋转钻杆、取心管和软质袋，所述取心管设置在所述旋转钻杆内且与所述旋转钻杆同轴线设置，所述软质袋悬挂在所述取心管内，所述软质袋的下端固定在所述取心管的下端，在所述软质袋靠近开口向的所述取心管内壁周向开有一圈凹槽，在所述凹槽内设置有记忆合金卡圈，在所述旋转钻杆顶端设置有恒温加热器，所述恒温加热器通过导线与所述记忆合金卡圈的外侧通电连接。本发明提供的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，用于在无重力环境下进行月壤采集完成后的封口过程中，直接利用高温记忆合金的力学效应直接进行软质带的收口，具有高可靠性，重量轻、结构简单、操作方便等特点。

Description

用于钻探取心的软质袋自动封口装置
本申请是2013年10月23日申请的、发明创造名称为“用于钻探取心的软质袋自动封口装置”、申请号为“201310504581.8”的分案申请
技术领域
本发明属于一种航天失重状态下土壤采集的封口技术，尤其涉及一种用于钻探取心的软质袋自动封口装置。
背景技术
月球上有丰富的矿藏，如钛、硅、铝、铁和氦-3，其中氦-3是人类未来最具开发前景的新能源。月球上的某些稀有金属元素更能在军事上应用，因此，对月壤的采样研究是时代的需要，具有重要意义。我国探月工程第三期工程计划在2017年左右发射探测器进行月面采样并返回，其中月壤采样取心装置是月球探测工作中不可缺少的重要环节。在复杂的太空环境下如何实现对月壤的获取、收集、封装等，并在整个过程中是无人实施的。
由于月表月壤成分的复杂性及月球钻探的低功耗要求，对取心结构要求很高，目前常用软质袋实现月壤的收集和封装。为了实现保持原态层理信息、获取连续样品的钻取采样需求以及取心机构的功能组件的物理特性、化学特性、环境适应性等方面具有特殊的技术要求，要求封口动作具有高可靠性，不发生漏样、掉样现象。使用软质袋进行收集采样时，最难克服的的技术瓶颈就是钻采后软质袋的封口问题，这是关系到收集工作可靠完成关键一步，仍需就这一问题进一步探索实验，找出更合适的技术方案。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够随时封口且封口稳定的封口装置，
为实现上述目的，本发明提供一种用于钻探取心的软质袋自动封口装置，包括旋转钻杆、取心管和软质袋，所述取心管设置在所述旋转钻杆内且与所述旋转钻杆同轴线设置，所述软质袋悬挂在所述取心管内，所述软质袋的下端固定在所述取心管的下端，在所述软质袋靠近开口向的所述取心管内壁周向开有一圈凹槽，在所述凹槽内设置有记忆合金卡圈，在所述旋转钻杆顶端设置有恒温加热器，所述恒温加热器通过导线与所述记忆合金卡圈的外侧通电连接。
优选地，还包括设置在所述取心管内腔下部的记忆合金固定防转套筒，所述恒温加热器通过导线与所述记忆合金固定防转套筒外侧通电连接，所述记忆合金固定防转套筒为一C型套，在所述C型套下端外缘设置有齿，所述软袋的开口通过所述齿插入到所述取心管内壁固定。
优选地，在所述取心管外壁上套有一记忆合金夹紧圈，所述软袋的开口通过记忆合金夹紧圈咬住固定，所述恒温加热器与所述记忆合金夹紧圈通过导线通电连接。
优选地，还包括隔离套，所述隔离套设置在所述取心管和所述旋转钻杆之间的环形腔内。
优选地，所述记忆合金卡圈为一由记忆合金金属丝交织成具有网面的C型圈。
优选地，所述记忆合金卡圈在通电变形后的形状为一锥型套。
优选地，所述旋转钻杆的下端内底面为一由边缘向轴心向下倾斜的环形曲面。
优选地，所述记忆合金固定防转套筒的齿为边缘均做倒角处理的齿，所述齿的齿端向上方倾斜。
本发明提供的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，用于在无重力环境下进行月壤采集完成后的封口过程中，直接利用高温记忆合金的力学效应直接进行软质带的收口，具有高可靠性，重量轻、结构简单、操作方便等特点。
附图说明
图1为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置另一种实施方式的结构示意图；
图3为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置的记忆合金卡圈变形前的结构示意图；
图4为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置的记忆合金卡圈变形后的结构示意图；
图5为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置的记忆合金固定防转套筒的结构示意图；
图6为本发明用于钻探取心的软质袋自动封口装置的记忆合金固定防转套筒与取心管的配合结构示意图。
图中：1-旋转钻杆，2-取心管，3-软质袋，4-记忆合金卡圈，5-恒温加热器，6-记忆合金固定防转套筒，7-记忆合金夹紧圈，8-隔离套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1
请参考图1，图1为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置一种实施方式的结构示意图。
一种用于钻探取心的软质袋3自动封口装置，包括旋转钻杆1、取心管2和软质袋3，所述取心管2设置在所述旋转钻杆1内且与所述旋转钻杆1同轴线设置，所述软质袋3悬挂在所述取心管2内(取心过程中，取心管2不旋转)，所述软质袋3的下端固定在所述取心管2的下端，在所述软质袋3靠近开口向的所述取心管2内壁周向开有一圈凹槽，在所述凹槽内设置有记忆合金卡圈4，在所述旋转钻杆1顶端设置有恒温加热器5，所述恒温加热器5通过导线与所述记忆合金卡圈4的外侧通电连接。
请参考图5和图6，图5为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金固定防转套筒6的结构示意图；图6为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金固定防转套筒6与取心管2的配合结构示意图。
还包括设置在所述取心管2内腔下部的记忆合金固定防转套筒6，所述恒温加热器5通过导线与所述记忆合金固定防转套筒6外侧通电连接，所述记忆合金固定防转套筒6为一C型套，在所述C型套下端外缘设置有齿，所述软袋的开口通过所述齿插入到所述取心管2内壁固定。
所述记忆合金固定防转套筒6的齿为边缘均做倒角处理的齿，所述齿的齿端向上方倾斜。
请参考图3，图3为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金卡圈4变形前的结构示意图。
所述记忆合金卡圈4为一由记忆合金金属丝交织成具有网面的C型圈。
请参考图4，图4为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金卡圈4变形后的结构示意图。
所述记忆合金卡圈4在通电变形后的形状为一锥型套。
记忆合金卡圈4的变形过程：预先利用记忆合金线圈能够任意形变的特性，用记忆合金线圈编织排布好记忆合金卡圈4，通电加热后C型圈向内轻微收缩，然后一边保持不动，另一边底角向上运动，使C型圈的底缘与C型圈保持不动的侧边对接，从而形成一个锥形套。
记忆合金卡圈4的变形过程并不唯一，还可以底边两角同时向上移动然后带动网面相互缠绕形成一个锥形套，形变过程基本为以C型圈底缘任意一点为分界，然后两侧部分以此点进行卷曲缠绕，形变过程在此不一一赘述。
所述旋转钻杆1的下端内底面为一由边缘向轴心向下倾斜的环形曲面。旋转钻杆1的这种结构可以有效防止月壤碎屑滞留或拥堵在旋转钻杆1内对软质袋3划伤。
用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的工作原理：
当完成月壤取心后，进行软质袋3的封口，通过恒温加热器5对记忆合金卡圈4以及记忆合金固定防转套筒6通电加热，对两者的加热时机通过加热控制机构进行延时处理，先对记忆合金固定防转套筒6进行通电加热，使其向内收缩使其下端外缘的齿与取心管2脱离，脱离后的记忆合金固定防转套筒6向下脱落减轻取心重量，此时对网状的记忆合金卡圈4进行加热，由记忆合金金属丝交织成的C型圈状的记忆合金卡圈4向锥形套形状转变，由于软质袋3失去记忆合金固定防转套筒6的齿的固定作用，随着记忆合金卡圈4的形变，软质袋3被逐渐收口，网状的记忆合金卡圈4与软质袋3与所取月壤之间的贴合卡箍越发密切，能够有效实现软质袋3的封口动作。
实施例2
请参考图2，图2为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置另一种实施方式的结构示意图。
一种用于钻探取心的软质袋3自动封口装置，包括旋转钻杆1、取心管2和软质袋3，所述取心管2设置在所述旋转钻杆1内且与所述旋转钻杆1同轴线设置，所述软质袋3悬挂在所述取心管2内，所述软质袋3的下端固定在所述取心管2的下端，在所述软质袋3靠近开口向的所述取心管2内壁周向开有一圈凹槽，在所述凹槽内设置有记忆合金卡圈4，在所述旋转钻杆1顶端设置有恒温加热器5，所述恒温加热器5通过导线与所述记忆合金卡圈4的外侧通电连接。
在所述取心管2外壁上套有一记忆合金夹紧圈7，所述软袋的开口通过记忆合金夹紧圈7咬住固定，所述恒温加热器5与所述记忆合金夹紧圈7通过导线通电连接。
还包括隔离套8，所述隔离套8设置在所述取心管2和所述旋转钻杆1之间的环形腔内。
请参考图3，图3为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金卡圈4变形前的结构示意图。
所述记忆合金卡圈4为一由记忆合金金属丝交织成具有网面的C型圈。
请参考图4，图4为本发明用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的记忆合金卡圈4变形后的结构示意图。
所述记忆合金卡圈4在通电变形后的形状为一锥型套。
记忆合金卡圈4的变形过程：预先利用记忆合金线圈能够任意形变的特性，用记忆合金线圈编织排布好记忆合金卡圈4，通电加热后C型圈向内轻微收缩，然后一边保持不动，另一边底角向上运动，使C型圈的底缘与C型圈保持不动的侧边对接，从而形成一个锥形套。
记忆合金卡圈4的变形过程并不唯一，还可以底边两角同时向上移动然后带动网面相互缠绕形成一个锥形套，形变过程基本为以C型圈底缘任意一点为分界，然后两侧部分以此点进行卷曲缠绕，形变过程在此不一一赘述。
所述旋转钻杆1的下端内底面为一由边缘向轴心向下倾斜的环形曲面。旋转钻杆1的这种结构可以有效防止月壤碎屑滞留或拥堵在旋转钻杆1内对软质袋3划伤。
用于钻探取心的软质袋3自动封口装置的工作原理：
当完成月壤取心后，进行软质袋3的封口，通过恒温加热器5对记忆合金卡圈4以及记忆合金夹紧圈7通电加热，对两者的加热时机通过加热控制机构进行延时处理，先对记忆合金夹紧圈7进行通电加热，使其咬住软质袋3的开口张开，由于软质袋3失去记忆合金夹紧圈7的咬合作用，随着记忆合金卡圈4的形变，软质袋3被逐渐收口，网状的记忆合金卡圈4与软质袋3与所取月壤之间的贴合卡箍越发密切，能够有效实现软质袋3的封口动作。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种用于钻探取心的软质袋自动封口装置，其特征在于，包括旋转钻杆、取心管和软质袋，所述取心管设置在所述旋转钻杆内且与所述旋转钻杆同轴线设置，所述软质袋悬挂在所述取心管内，所述软质袋的下端固定在所述取心管的下端，在所述软质袋靠近开口向的所述取心管内壁周向开有一圈凹槽，在所述凹槽内设置有记忆合金卡圈，在所述旋转钻杆顶端设置有恒温加热器，所述恒温加热器通过导线与所述记忆合金卡圈的外侧通电连接；
在所述取心管外壁上套有一记忆合金夹紧圈，所述软质袋的开口通过记忆合金夹紧圈咬住固定，所述恒温加热器与所述记忆合金夹紧圈通过导线通电连接。
2.根据权利要求1所述的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，其特征在于，还包括隔离套，所述隔离套设置在所述取心管和所述旋转钻杆之间的环形腔内。
3.根据权利要求1-2任一所述的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，其特征在于，所述记忆合金卡圈为一由记忆合金金属丝交织成具有网面的C型圈。
4.根据权利要求3所述的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，其特征在于，所述记忆合金卡圈在通电变形后的形状为一锥型套。
5.根据权利要求4所述的用于钻探取心的软质袋自动封口装置，其特征在于，所述旋转钻杆的下端内底面为一由边缘向轴心向下倾斜的曲面。
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