CN107777086B - 月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件 - Google Patents

Abstract

月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，本发明涉及软袋用拉绳系扣封口组件，本发明为了解决现有技术中探月工程取样工作时取心软袋受刮擦、磨损、软袋或封口组件可能卡滞等风险，提芯力过小，不能充分利用设备性能，提芯力过大，则会引起电机提芯力不足而导致系统故障，封口拉索破断位置不明确，致使拉绳系扣无法可靠封口而造成月壤样品泄漏的问题，它包括提拉绳、取芯软袋、内保持芯管、限位环、保护套、固定管和一体化拉索，一体化拉索包括第二道封口拉索、第一道封口拉索、限位拉环和破断绳，取芯软袋套设在内保持芯管上，取芯软袋上设有第二道封口拉索和第一道封口拉索，第一道封口拉索和第二道封口拉索上设有两条破断绳，本发明用于月壤取芯领域。

Description

月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件

技术领域

本发明涉及软袋用拉绳系扣封口组件，具体涉及月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件。

背景技术

无人探月工程是我国航天发展史上的重要里程碑，其中对于探月工程重要一环是取样工作，由于月球具有温度变化大、土壤结构不确定性等特点，如何在月球这个神秘的环境里，实行无人钻取采集并封装样品任务显得尤为棘手；针对月壤表面、深层物质的采样探测，主要以钻取采样作为主要的作业方式，当前的钻进取芯机构主要由钻进单元和取芯封装单元组成，由于月壤颗粒的随机性，某些特征颗粒卡滞在取心机构进样端，可能会引发、取心软袋受刮擦、磨损、软袋或封口组件可能卡滞等风险，导致提芯力呈几何倍数增大；在月壤样品提取过程中，存在提芯力不可控的风险，提芯力过小，不能充分利用设备性能，提芯力过大，则会引起电机提芯力不足而导致系统故障；封口拉索破断位置不明确，致使拉绳系扣无法可靠封口而造成月壤样品泄漏等问题，为此，月壤月岩样品采集并封装的研究对我国的航天事业具有指导意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中探月工程取样工作时取心软袋受刮擦、磨损、软袋或封口组件可能卡滞等风险，提芯力过小，不能充分利用设备性能，提芯力过大，则会引起电机提芯力不足而导致系统故障，封口拉索破断位置不明确，致使拉绳系扣无法可靠封口而造成月壤样品泄漏的问题，进而提供月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

它包括提拉绳、取芯软袋、内保持芯管、限位环、保护套、固定管和一体化拉索，一体化拉索包括第二道封口拉索、第一道封口拉索、两个限位拉环和四条破断绳，提拉绳贯穿于内保持芯管内部，提拉绳的一端与外部固件连接，取芯软袋的开口端套设在内保持芯管的外壁上，限位环套设在内保持芯管的外侧壁上，两个限位拉环相对设置在限位环上，每个限位拉环固定于限位环上的储线孔内，取芯软袋上由开口端至袋底方向依次设有第二道封口拉索和第一道封口拉索，第一道封口拉索上设有两条破断绳，第二道封口拉索上设有两条破断绳，第一道封口拉索与其上设置的两条破断绳的一端设有两个破断区域，且两条破断绳的另一端与一个限位拉环打结固定连接，第二道封口拉索与其上设置的两条破断绳的一端设有两个破断区域，且两条破断绳的另一端与另一个限位拉环打结固定连接，保护套套设在内保持芯管底端外部，固定管套设在内保持芯管和限位环外部，且保护套的一端与固定管的一端螺纹连接，固定管的另一端与外部件固定连接。

本发明的有益效果是：

1.由Kevlar纤维编制而成的一体化拉索和取芯软袋2在恶劣环境下保持稳定的物理化学成分特性，也能满足结构指标和力学特性指标的任务要求，通过系扣的方式降低一体化纤维拉索的破断力，并可以根据实际要求设置破断点8的不同破断力峰值，使得月壤样品在提芯封口过程中的提芯力和封口力可控。

2.通过在固定位置系扣的方式，得以精确控制一体化拉索破断点8的破断位置，有效避免第二道封口拉索7和第一道封口拉索9在封口过程中破断而导致月壤样品封口失败，从而提高了钻进采样总系统的安全性和可靠性；

3.此外，采用LW2材料制成的限位环具备有优秀的性能，有效地为拉索提供破断力；月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件具有结构紧凑、质量轻盈、高效可靠和有效对采集到的月壤样品封装等优点，适用于宇航任务和行星地表物质样品采集和封装，对航天工程具有指导意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明图1剖开后的示意图。

图3中a、b、c、d和e是136旦Kevlar纤维经200捻交叉编织流程图，由3中f是3X136旦Kevlar纤维经200捻第二道封口拉索7和第一道封口拉索9编织流程图。

图4是第二道封口拉索7为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋2上进行一体化编织的示意图。

图5中a是由第二道封口拉索7为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋2上，图5中b是每个经纱与取芯软袋2距离为5mm处进行打结，图5中c、d和e是利用两个不同尺寸的挑环工装将136旦×3交叉纤维束挑出两个纤维环，破断拉索6的破断区域8中的一束Kevlar纤维拉绳折成直径为3mm的圆，另一束Kevlar纤维拉绳折成直径为6mm的圆，最后一束Kevlar纤维拉绳为直线设置，图5中f是加工完成后示意图。

图6中a是第二道封口拉索7上两条破断绳6与限位拉环5打结演示示意图，图6中b是两条破断绳6与限位拉环5打结前放大图，图6中c、d、e和f是两条破断绳6打结制作工艺流程图，图6中g是两条破断绳6与限位拉环5打结后演示示意图。

图7是两条破断绳6与限位拉环5连接打结，以及限位拉环5安装在限位环4上示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，它包括提拉绳1、取芯软袋2、内保持芯管3、限位环4、保护套10、固定管11和一体化拉索，一体化拉索包括第二道封口拉索7、第一道封口拉索9、两个限位拉环5和四条破断绳6，提拉绳1贯穿于内保持芯管3内部，提拉绳1的一端与外部固件连接，取芯软袋2的开口端套设在内保持芯管3的外壁上，限位环4套设在内保持芯管3的外侧壁上，两个限位拉环5相对设置在限位环4上，每个限位拉环5固定于限位环4上的储线孔内，取芯软袋2上由开口端至袋底方向依次设有第二道封口拉索7和第一道封口拉索9，第一道封口拉索9上设有两条破断绳6a，第二道封口拉索7上设有两条破断绳6b，第一道封口拉索9与其上设置的两条破断绳6a的一端设有两个破断区域8a，且两条破断绳6a的另一端与一个限位拉环5打结固定连接，第二道封口拉索7与其上设置的两条破断绳6b的一端设有两个破断区域8b，且两条破断绳6b的另一端与另一个限位拉环5打结固定连接，保护套10套设在内保持芯管3底端外部，固定管11套设在内保持芯管3和限位环4外部，且保护套10的一端与固定管11的一端螺纹连接，固定管11的另一端与外部件固定连接。

本实施方式中限位环4采用LW2材料制成，其主体是薄壁圆筒结构，以聚酰亚胺为主体材料，在其中加入金属元素，使其具有接近金属的刚度和强度，而密度和聚酰亚胺接近，具有一定的自润滑、耐高温特性。

具体实施方式二：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件,第二道封口拉索7为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋2上进行一体化编织，第二道封口拉索7上的两束经纱穿过经纱对折处的活口分别与两条破断绳6b固定连接，且每条破断绳6b靠近第二道封口拉索7的一端设有破断区域8b,其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，第一道封口拉索9为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋2上进行一体化编织，第一道封口拉索9上的两束经纱穿过经纱对折处的活口分别与两条破断绳6a固定连接，且每条破断绳6a靠近第一道封口拉索9的一端设有破断区域8a。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，第二道封口拉索7上每条破断绳6b处破断区域8b的两端分别打结，且破断绳6b为三股Kevlar纤维绳编织制成，第二道封口拉索7上每条破断绳6b处破断区域8两个打结之间设有三段弧形Kevlar纤维绳，且三段弧形Kevlar纤维绳拉伸后的长度均不相等。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，第一道封口拉索9上每条破断绳6a处破断区域8a的两端分别打结，且破断绳6a为三股Kevlar纤维绳编织制成，第一道封口拉索9上每条破断绳6a处破断区域8a两个打结之间设有三段弧形Kevlar纤维绳，且三段弧形Kevlar纤维绳拉伸后的长度均不相等。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图1、图2和图9说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，限位环4为圆形套体，圆形套体的顶端对称设置两组限位拉环安装槽，每组限位拉环安装槽包括两个槽体，限位拉环安装槽包括条形孔和通孔，且条形孔和通孔连通，每个限位拉环5的两端分别固定安装在两个限位拉环安装槽的两个通孔处。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1、图2和图9说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，位于限位环4的底端对称加工有两个‘U’形槽，每个‘U’形槽分别位于与组限位拉环安装槽下方，第二道封口拉索7上两条破断绳6b的另一端与一个限位拉环5的打结处设置在一个‘U’形槽内，第一道封口拉索9上两条破断绳6a的另一端与一个限位拉环5的打结处设置在一个‘U’形槽内，其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，第二道封口拉索7和第一道封口拉索9之间的距离为30mm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，取芯软袋2是由Kevlar纤维的材料编织制成的取芯软袋，第一道封口拉索9是由Kevlar纤维的材料制成的封口拉索，第二道封口拉索7是由Kevlar纤维的材料制成的封口拉索。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，第一道封口拉索9上每个破断绳6a的破断区域8a两端两个打结进行10N预紧力预紧，第二道封口拉索7上每个破断绳6b的破断区域8b两端两个打结进行10N预紧力预紧，第一道封口拉索9上每条破断绳6a的破断区域8a定点定力，逐次破断，第二道封口拉索7上每条破断绳6b的破断区域8b定点定力，逐次破断，每条破断绳6采用纤维的打结降低局部强度特性，制备可以精确控制破断位置的破断区域8。破断区域8具体制作工艺流程为：首先对一体化拉索与取芯软袋2距离为5mm处进行打结；然后利用两个不同尺寸的挑环工装将136旦×3交叉纤维束挑出两个纤维环，破断拉索6的破断区域8中的一束Kevlar纤维拉绳折成直径为3mm的圆，另一束Kevlar纤维拉绳折成直径为6mm的圆，最后一束Kevlar纤维拉绳为直线设置。目的就是在破断时避免三根纤维束同时拉紧，增大破断力。每根破断拉索6分三次逐次破断，峰值破断力可根据实际需要设计不同值，这种处理方法即降低了破断力，又提高了封口可靠性。最后在距离打结点外5mm处再打结，保证破断区域8精确控制在两个结之间，其它与具体实施方式一相同。

工作原理

在提拉绳1的牵拉作用下，限位环4受取芯软袋2连接的一体化拉索牵引；当限位环4到达内保持芯管3底端，将会被护套10限位端面阻挡，产生封口拉力，第一道封口拉索9和第二道封口拉索7的一体化拉索依次逐渐绷紧，继续收紧完成封口，破断点8逐渐达到破断极限力值而分三次逐次断裂，取芯软袋2整体被取芯机构提出，拉绳系扣封口器详细工作流程如下所述。

钻进开始前：限位环5和取芯软袋2套在内保持芯管3上，两根一体化拉索不受力。由于缝制工艺，拉绳系扣封口器未动作前，一体化拉索行使纬纱功能，内保持芯管3和取芯机构的护管通过螺纹链接与机架相连，两者采用拔销定位，取芯机构的护管与护套10采用螺纹链接，整套取芯机构相对钻进对象无旋转运动。

钻进过程中：拉绳系扣封口器的取芯软袋2在提拉绳1的提芯力作用下，第一道封口的一体化拉索承受拉力，通过限位拉环5拖动限位环4向下运动，第二道封口的一体化拉索不受力，处于松弛状态，限位环4向下运动，取芯软袋2向内保持芯管3的内侧发生内翻动作，由于月壤向上运动的作用，取芯软袋2包裹着钻取到的月壤样品在内保持芯管3内侧发生被动向上的运动。

钻进结束后：提芯过程由被动状态变为主动状态，电机拽动提拉绳1提拉取芯软袋2，限位环4接触到护套10底端的限位端面时，第一道封口的一体化封口拉索发生收紧动作，第一道封口的一体化拉索在取芯软袋2经纱中发生滑移，取芯软袋2完成渐收式封口动作，当提芯力满足一体化拉索破断定值力时，破断点8在预先设定好的位置发生三次逐次恒力破断，基本保证可靠取芯软带2的封口，取芯软袋2由提拉绳1牵引继续内翻，第二道封口的一体化拉索逐渐拉紧并破断，完成二次封口任务，保证可靠封口。

Claims (10)

1.月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：它包括提拉绳(1)、取芯软袋(2)、内保持芯管(3)、限位环(4)、保护套(10)、固定管(11)和一体化拉索，一体化拉索包括第二道封口拉索(7)、第一道封口拉索(9)、两个限位拉环(5)和四条破断绳(6)，提拉绳(1)贯穿于内保持芯管(3)内部，提拉绳(1)的一端与外部固件连接，取芯软袋(2)的开口端套设在内保持芯管(3)的外壁上，限位环(4)套设在内保持芯管(3)的外侧壁上，两个限位拉环(5)相对设置在限位环(4)上，每个限位拉环(5)固定于限位环(4)上的储线孔内，取芯软袋(2)上由开口端至袋底方向依次设有第二道封口拉索(7)和第一道封口拉索(9)，第一道封口拉索(9)上设有两条破断绳(6a)，第二道封口拉索(7)上设有两条破断绳(6b)，第一道封口拉索(9)与其上设置的两条破断绳(6a)的一端设有两个破断区域(8a)，且两条破断绳(6a)的另一端与一个限位拉环(5)打结固定连接，第二道封口拉索(7)与其上设置的两条破断绳(6b)的一端设有两个破断区域(8b)，且两条破断绳(6b)的另一端与另一个限位拉环(5)打结固定连接，保护套(10)套设在内保持芯管(3)底端外部，固定管(11)套设在内保持芯管(3)和限位环(4)外部，且保护套(10)的一端与固定管(11)的一端螺纹连接，固定管(11)的另一端与外部件固定连接。

2.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第二道封口拉索(7)为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋(2)上进行一体化编织，第二道封口拉索(7)上的两束经纱穿过经纱对折处的活口分别与其上设置的两条破断绳(6b)固定连接，且每条破断绳(6b)靠近第二道封口拉索(7)的一端设有破断区域(8b)。

3.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第一道封口拉索(9)为一条经纱对折成两股经纱设置在取芯软袋(2)上进行一体化编织，第一道封口拉索(9)上的两束经纱穿过经纱对折处的活口分别与其上设置的两条破断绳(6a)固定连接，且每条破断绳(6a)靠近第一道封口拉索(9)的一端设有破断区域(8a)。

4.根据权利要求2所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第二道封口拉索(7)上的每条破断绳(6b)处破断区域(8b)的两端分别打结，且第二道封口拉索(7)上的破断绳(6b)为三股Kevlar纤维绳编织制成，第二道封口拉索(7)上的每条破断绳(6b)处破断区域(8b)两个打结之间设有三段弧形Kevlar纤维绳，且三段弧形Kevlar纤维绳拉伸后的长度均不相等。

5.根据权利要求3所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第一道封口拉索(9)上的每条破断绳(6a)处破断区域(8a)的两端分别打结，且第一道封口拉索(9)上的破断绳(6a)为三股Kevlar纤维绳编织制成，第一道封口拉索(9)上的每条破断绳(6a)处破断区域(8a)两个打结之间设有三段弧形Kevlar纤维绳，且三段弧形Kevlar纤维绳拉伸后的长度均不相等。

6.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：限位环(4)为圆形套体，圆形套体的顶端对称设置两组限位拉环安装槽，每组限位拉环安装槽包括两个槽体，限位拉环安装槽包括条形孔和通孔，且条形孔和通孔连通，每个限位拉环(5)的两端分别固定安装在两个限位拉环安装槽的两个通孔处。

7.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：位于限位环(4)的底端对称加工有两个‘U’形槽，每个‘U’形槽分别位于每组限位拉环安装槽下方，第二道封口拉索(7)上的两条破断绳(6b)的另一端与一个限位拉环(5)的打结处设置在一个‘U’形槽内，第一道封口拉索(9)上的两条破断绳(6a)的另一端与一个限位拉环(5)的打结处设置在一个‘U’形槽内。

8.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第二道封口拉索(7)和第一道封口拉索(9)之间的距离为30mm。

9.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：取芯软袋(2)是由Kevlar纤维的材料编织制成的取芯软袋，第一道封口拉索(9)是由Kevlar纤维的材料制成的封口拉索，第二道封口拉索(7)是由Kevlar纤维的材料制成的封口拉索。

10.根据权利要求1所述月壤取芯软袋用拉绳系扣封口组件，其特征在于：第一道封口拉索(9)上的每个破断绳(6a)的破断区域两端两个打结进行10N预紧力预紧，第二道封口拉索(7)上每的个破断绳(6b)的破断区域两端两个打结进行10N预紧力预紧。