CN109057707A - 一种仿生地鼠智能掘进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿生地鼠智能掘进系统，包括钻头、壳体、驱动机构、伸缩组件和可调式支撑脚，钻头设置在壳体的前端，驱动机构设置在壳体内，驱动机构的输出轴与钻头相连接；伸缩组件设置在壳体内，且伸缩组件的伸缩端从壳体的后端伸出到壳体外，并与可调式支撑脚转动连接。本发明的有益效果是：仿生地鼠智能掘进系统实现了对地鼠掘地功能的机械简化，使整个系统结构简单，体积小巧，充分考虑了起围岩支撑的可调式支撑脚和掘进钻头的协调性，通过系统自身的伸缩，交替前进，从而实现整个系统的前行，提高了开挖效率、适应坚硬底层、降低钻井发生事故的风险性，快速穿越地层，勘探地质数据资料，提高钻井施工的安全性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生地鼠智能掘进系统。
背景技术
油气钻井工程是一个多工序、立体交叉的系统工程，也是隐蔽性很强的地下工程，未知复杂的地质条件隐藏着多种不安全因素，若不进行井下探测获取地下地质情况的资料数据，拟定钻井地质设计，切实防范，容易发生各类工程事故，造成生命财产的巨大损失。同时，在钻井前采取方便、快捷的直接掘进探测的方法可以迅速清晰地查明地下底层构造及含油、气的情况，更加有利于设计钻井采油施工方案及钻头准确钻进至靶区，到达资源的目标层，对钻井的施工安全、施工难度、施工成本、有效储层钻遇率等关键目标有决定性作用。
目前尚未有广泛应用的小型智能掘进机械，对钻井井下的复杂问题主要根据泵压、悬重、钻井液进出口流量、机械钻速的变化，以及钻具上下活动转动时的阻力变化情况，把钻井井下复杂问题分析判断出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生地鼠智能掘进系统，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种仿生地鼠智能掘进系统，包括钻头、壳体、驱动机构、伸缩组件和可调式支撑脚，壳体为内部中空、两端开口的圆柱状结构，钻头设置在壳体的前端，驱动机构设置在壳体内，驱动机构的输出轴与钻头相连接；伸缩组件设置在壳体内，且伸缩组件的伸缩端从壳体的后端伸出到壳体外，并与可调式支撑脚转动连接。
本发明的有益效果是：仿生地鼠智能掘进系统实现了对地鼠掘地功能的机械简化，使整个系统结构简单，体积小巧，充分考虑了起围岩支撑的可调式支撑脚和掘进钻头的协调性，通过系统自身的伸缩，交替前进，从而实现整个系统的前行，提高了开挖效率、适应坚硬底层、降低发生钻井工程事故的风险性，快速穿越地层，方便、快捷、低成本得为钻井施工人员获取地质情况信息，提高施工安全性，拟定更为科学、准确的钻井设计方案。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，伸缩组件包括滚珠丝杆导轨滑台和调节轴，滚珠丝杆导轨滑台设置在壳体内，调节轴的一端与滚珠丝杆导轨滑台中的滑块相连接，调节轴的另一端与可调式支撑脚转动连接。
采用上述进一步的有益效果是：能够保证可调式支撑脚平稳移动，提高整个系统的稳定性。
进一步，可调式支撑脚包括套筒和多个伸缩支脚，套筒与调节轴转动连接，多个伸缩支脚呈圆形的分布在套筒上。
进一步，伸缩支脚为电推杆或电缸。
采用上述进一步的有益效果是：结构简单，稳定性好。
进一步，伸缩支脚包括支撑臂、支撑杆、驱动电机、主动齿轮、从动齿轮和底座，底座与套筒相连接，底座上设有具有内螺纹的调节孔，支撑杆一端与调节孔螺纹连接，支撑杆的另一端与支撑臂相连接，从动齿轮套在支撑杆上，且从动齿轮与支撑杆螺纹连接，从动齿轮与底座转动连接，驱动电机固定在套筒上，主动齿轮设置在驱动电机的输出轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合。
采用上述进一步的有益效果是：稳定性好。
进一步，伸缩支脚的数量为八个，相邻两个伸缩支脚之间的角度为45°。
采用上述进一步的有益效果是：一方面能够提升掘进系统在钻削时的稳定性，另一方面方便掘进系统进行方向偏转。
进一步，还包括螺旋型叶片，螺旋型叶片从钻头上环绕至壳体上。
采用上述进一步的有益效果是：一方面可以切削岩体，另一方面在切削岩体过程中将岩渣不断运输至掘进系统后方，持续清理出掘进系统的前进空间。
进一步，驱动机构包括伺服电机、联轴器和旋转轴，伺服电机通过滚动轴承固定在壳体内，伺服电机的输出轴通过联轴器与旋转轴的一端相连接，旋转轴远离联轴器的一端与钻头相连接。
进一步，还包括移动电源，驱动机构、伸缩组件和可调式支撑脚分别与移动电源电连接。
进一步，还包括控制器，驱动机构、伸缩组件和可调式支撑脚分别与控制器电连接。
附图说明
图1为本发明所述仿生地鼠智能掘进系统的结构示意图；
图2为图1中A-A向断面图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、钻头，2、壳体，3、驱动机构，310、伺服电机，320、减速器，330、联轴器，340、旋转轴，4、伸缩组件，410、滚珠丝杆导轨滑台，420、调节轴，5、可调式支撑脚，510、套筒，520、伸缩支脚，521、支撑臂，522、支撑杆，523、从动齿轮，524、底座，6、螺旋型叶片，7、移动电源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种仿生地鼠智能掘进系统，包括钻头1、壳体2、驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5，其中，壳体2为内部中空、两端开口的圆柱状结构，钻头1设置在壳体2的前端，驱动机构3设置在壳体2内，驱动机构3的输出轴与钻头1相连接，伸缩组件4设置在壳体2内，且伸缩组件4的伸缩端从壳体2的后端伸出到壳体2外，并与可调式支撑脚5转动连接。
在本实施例中，伸缩组件4的具体结构如下：
伸缩组件4包括滚珠丝杆导轨滑台410和调节轴420，滚珠丝杆导轨滑台410固定设置在壳体2内，调节轴420的一端与滚珠丝杆导轨滑台410中的滑块相连接，调节轴420的另一端与可调式支撑脚5转动连接，滚珠丝杆导轨滑台410在运作时，通过滑块能够带动调节轴420进行移动，而调节轴420在移动后能够带动可调式支撑脚5跟随移动，当然在实际制造过程中，并不排除采用电缸、电动推杆等其它能够电动控制伸缩的装置来代替本发明中的伸缩组件4。
可调式支撑脚5包括套筒510和多个伸缩支脚520，套筒510的中心与调节轴420转动连接，在本实施例中，调节轴420可通过轴承与套筒510转动连接，多个伸缩支脚520呈圆形的分布在套筒510上，伸缩支脚520的具体数量可为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个等，在本实施例中，伸缩支脚520的数量优选为八个，且相邻两个伸缩支脚520之间的角度为45°，其中，伸缩支脚520电推杆或电缸。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括螺旋型叶片6，螺旋型叶片6从钻头1上环绕至壳体2上，螺旋型叶片6采用合金钢制成，螺旋型叶片6与钻头1固定连接，而螺旋型叶片6活动套在壳体2上，但不与壳体2相连接，螺旋型叶片6一方面可以切削岩体，另一方面在切削岩体过程中将岩渣不断运输至掘进系统后方，持续清理出掘进系统的前进空间。
驱动机构3包括伺服电机310、减速器320、联轴器330和旋转轴340，减速器320设置在壳体2内，伺服电机310通过滚动轴承固定在壳体2内，伺服电机310通过电机安装壳固定在滚动轴承的内圈上，而滚动轴承的外圈与壳体2的内壁相固定，伺服电机310的输出轴与减速器320的输入轴相连接，减速器320的输出轴与联轴器330的一端相连接，旋转轴340的一端与联轴器330远离减速器320的输出轴的一端相连接，旋转轴340的另一端与钻头1相连接。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括移动电源7，驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5分别与移动电源7电连接，移动电源7为驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5提供电能。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括控制器，驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5分别与控制器电连接，便于人们远程控制仿生地鼠智能掘进系统进行运作。
实施例2
如图1、图2所示，一种仿生地鼠智能掘进系统，包括钻头1、壳体2、驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5，其中，壳体2为内部中空、两端开口的圆柱状结构，钻头1设置在壳体2的前端，驱动机构3设置在壳体2内，驱动机构3的输出轴与钻头1相连接，伸缩组件4设置在壳体2内，且伸缩组件4的伸缩端从壳体2的后端伸出到壳体2外，并与可调式支撑脚5转动连接。
在本实施例中，伸缩组件4的具体结构如下：
伸缩组件4包括滚珠丝杆导轨滑台410和调节轴420，滚珠丝杆导轨滑台410固定设置在壳体2内，调节轴420的一端与滚珠丝杆导轨滑台410中的滑块相连接，调节轴420的另一端与可调式支撑脚5转动连接，滚珠丝杆导轨滑台410在运作时，通过滑块能够带动调节轴420进行移动，而调节轴420在移动后能够带动可调式支撑脚5跟随移动，当然在实际制造过程中，并不排除采用电缸、电动推杆等其它能够电动控制伸缩的装置来代替本发明中的伸缩组件4。
可调式支撑脚5包括套筒510和多个伸缩支脚520，套筒510的中心与调节轴420转动连接，在本实施例中，调节轴420可通过轴承与套筒510转动连接，多个伸缩支脚520呈圆形的分布在套筒510上，伸缩支脚520的具体数量可为两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个等，在本实施例中，伸缩支脚520的数量优选为八个，且相邻两个伸缩支脚520之间的角度为45°，其中，伸缩支脚520包括支撑臂521、支撑杆522、驱动电机、主动齿轮、从动齿轮524和底座523，底座523与套筒510相连接，底座523上设有具有内螺纹的调节孔，支撑杆522一端与调节孔螺纹连接，支撑杆522的另一端与支撑臂521相连接，从动齿轮524套在支撑杆522上，且从动齿轮524与支撑杆522螺纹连接，从动齿轮524与底座523转动连接，驱动电机固定在套筒510上，主动齿轮设置在驱动电机的输出轴上，主动齿轮与从动齿轮524相啮合，驱动电机启动，驱动电机将通过主动齿轮带动从动齿轮524转动，从动齿轮524转动后，由于从动齿轮524与支撑杆522是螺纹连接，因此支撑杆522会沿着从动齿轮524的轴向进行移动，支撑杆522移动后将带动支撑臂521跟随移动，即完成伸缩动作。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括螺旋型叶片6，螺旋型叶片6从钻头1上环绕至壳体2上，螺旋型叶片6与钻头1固定连接，而螺旋型叶片6活动套在壳体2上，但不与壳体2相连接，螺旋型叶片6采用合金钢制成，螺旋型叶片6一方面可以切削岩体，另一方面在切削岩体过程中将岩渣不断运输至掘进系统后方，持续清理出掘进系统的前进空间。
驱动机构3包括伺服电机310、减速器320、联轴器330和旋转轴340，减速器320设置在壳体2内，伺服电机310通过滚动轴承固定在壳体2内，伺服电机310通过电机安装壳固定在滚动轴承的内圈上，而滚动轴承的外圈与壳体2的内壁相固定，伺服电机310的输出轴与减速器320的输入轴相连接，减速器320的输出轴与联轴器330的一端相连接，旋转轴340的一端与联轴器330远离减速器320的输出轴的一端相连接，旋转轴340的另一端与钻头1相连接。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括移动电源7，驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5分别与移动电源7电连接，移动电源7为驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5提供电能。
另外，仿生地鼠智能掘进系统还包括控制器，驱动机构3、伸缩组件4和可调式支撑脚5分别与控制器电连接，便于人们远程控制仿生地鼠智能掘进系统进行运作。
在使用时：
仿生地鼠智能掘进系统的使用方法，具体如下：
启动伸缩支脚520，让伸缩支脚520伸长，并直至与围岩接触，使得伸缩支脚520对围岩施加压力，提供支撑力；滚珠丝杆导轨滑台410和驱动机构3启动，滚珠丝杆导轨滑台410启动后让滑块朝壳体2后端移动，钻头1和壳体2在可调式支撑脚5以及调节轴420的作用下前进，由于调节轴420与套筒510转动连接，因此驱动机构3在启动过程中钻头1及壳体2在驱动机构3的作用下会同时进行转动，从而完成岩体的切削，钻头1及壳体2在转动过程中滑块一直朝壳体2后端移动；当掘进一定距离之后，滚珠丝杆导轨滑台410和驱动机构3停止工作，伸缩支脚520缩回，直至支撑力消失，然后滚珠丝杆导轨滑台410启动让滑块朝壳体2前端移动，整个可调式支撑脚5将跟随的朝壳体2前端移动，实现整个掘进系统的前进，然后让滚珠丝杆导轨滑台410停止。重复上述步骤，如此前后交替前进，循环往复。
若需要整个掘进系统进行方向偏转，可以通过控制各个伸缩支脚520的伸缩长度不同来实现，由于各个伸缩支脚520的伸缩长度不同因此会使得整个结构出现一定角度的偏转，即进行方向偏转。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，包括钻头(1)、壳体(2)、驱动机构(3)、伸缩组件(4)和可调式支撑脚(5)，所述壳体(2)为内部中空、两端开口的圆柱状结构，所述钻头(1)设置在所述壳体(2)的前端，所述驱动机构(3)设置在所述壳体(2)内，所述驱动机构(3)的输出轴与所述钻头(1)相连接；所述伸缩组件(4)设置在所述壳体(2)内，且所述伸缩组件(4)的伸缩端从壳体(2)的后端伸出到壳体(2)外，并与所述可调式支撑脚(5)转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述伸缩组件(4)包括滚珠丝杆导轨滑台(410)和调节轴(420)，所述滚珠丝杆导轨滑台(410)设置在所述壳体(2)内，所述调节轴(420)的一端与所述滚珠丝杆导轨滑台(410)中的滑块相连接，所述调节轴(420)的另一端与所述可调式支撑脚(5)转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述可调式支撑脚(5)包括套筒(510)和多个伸缩支脚(520)，所述套筒(510)与所述调节轴(420)转动连接，多个伸缩支脚(520)呈圆形的分布在所述套筒(510)上。
4.根据权利要求3所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述伸缩支脚(520)为电推杆或电缸。
5.根据权利要求3所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述伸缩支脚(520)包括支撑臂(521)、支撑杆(522)、驱动电机、主动齿轮、从动齿轮(524)和底座(523)，所述底座(523)与所述套筒(510)相连接，所述底座(523)上设有具有内螺纹的调节孔，所述支撑杆(522)一端与所述调节孔螺纹连接，所述支撑杆(522)的另一端与支撑臂(521)相连接，所述从动齿轮(524)套在所述支撑杆(522)上，且所述从动齿轮(524)与支撑杆(522)螺纹连接，所述从动齿轮(524)与所述底座(523)转动连接，所述驱动电机固定在套筒(510)上，所述主动齿轮设置在所述驱动电机的输出轴上，所述主动齿轮与所述从动齿轮(524)相啮合。
6.根据权利要求4或5所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述伸缩支脚(520)的数量为八个，相邻两个伸缩支脚(520)之间的角度为45°。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，还包括螺旋型叶片(6)，所述螺旋型叶片(6)从所述钻头(1)上环绕至所述壳体(2)上。
8.根据权利要求7所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，所述驱动机构(3)包括伺服电机(310)、联轴器(330)和旋转轴(340)，所述伺服电机(310)通过滚动轴承固定在所述壳体(2)内，所述伺服电机(310)的输出轴通过联轴器(330)与旋转轴(340)的一端相连接，所述旋转轴(340)远离联轴器(330)的一端与所述钻头(1)相连接。
9.根据权利要求1所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，还包括移动电源(7)，所述驱动机构(3)、所述伸缩组件(4)和所述可调式支撑脚(5)分别与所述移动电源(7)电连接。
10.根据权利要求1所述的一种仿生地鼠智能掘进系统，其特征在于，还包括控制器，所述驱动机构(3)、所述伸缩组件(4)和所述可调式支撑脚(5)分别与所述控制器电连接。
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