CN111058771B - 一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，包括液压马达Ⅰ、减速箱、冲击转动装置、钻具接卸装置、钻具存储装置和钻具；所述的液压马达Ⅰ、减速箱、冲击转动装置、钻具接卸装置依次传输动力，并通过钻具接卸装置将动力传输给钻具，钻具接卸装置能够从钻具存储装置中选取钻具进行连接，并能够将取芯完成的钻具卸入钻具存储装置中。本发明搭载于深潜器上，能实现钻机一次下海多次多点位取岩心并保存，显著的提升海底作业经济性；并提升了海底取样作业的灵活性，可同时适用于海底山体和海底面的取样。本发明冲击钻进取样有效的提升硬岩取芯的作业效率和效果，同时有效地的避免卡钻事故。

Description

一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机

技术领域

本发明属于海底资源硬岩取样技术领域，具体涉及一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机。

背景技术

人类社会的发展，离不开对各种资源的开发和利用。在陆地资源逐渐枯竭的今天，人们把目光投向了深海大洋。海底地壳中蕴藏着极其丰富的矿产资源，包括石油、天然气、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物、海洋生物、天然气水合物以及黏土矿物等，这些资源具有重大的经济价值和战略意义。海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。针对海底硬岩取样钻机系统而言，现在技术主要朝向大取样深度和大海深方向发展，而且现有钻机装备无论在质量还是体积方面都非常大，在钻探作业时必须要装备于大型海洋科学考察船上，通过电缆下放至海底，进行可视遥控操作钻孔取芯，费用和周期都很长。最为重要的是，在一次下放过程中只能在一个位置进行钻机取样，如果卡钻或接卸事故后只能是取样失败，具有高费用和高风险问题。

事实上，对于海底资源勘探而言，除了大取样深度外，也需要在小深度表层岩芯的取样，例如海底岩石山体结构表层的取样，现有大型钻机系统就很难实现。另外，为了提升经济性和取样的丰富性，一次下海能取多个位置的岩芯也尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，能一次下海实现多次多点位取样并保存，提升海底作业经济性的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机。

本发明采用的技术方案是：一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，包括液压马达Ⅰ、减速箱、冲击转动装置、钻具接卸装置、钻具存储装置和钻具；所述的液压马达Ⅰ的输出轴与减速箱的输入轴连接，所述的减速箱安装在支撑板上，所述的冲击转动装置固定安装在支撑板底部；减速箱上设有夹持部，用于机械手夹持；所述的冲击转动装置包括连接块、转动轴、锁紧螺母、冲击弹簧、锁紧螺母、阻挡块、复位弹簧、输出转轴、冲击块和固定筒，所述的转动轴的上端设有花键，通过花键与减速箱的输出轴连接；所述的转动轴上设有一个非圆形截面轴段，所述的连接块与非圆形截面轴段配合，连接块通过锁紧螺母轴向定位；转动轴下端套装有一个冲击块，冲击块能沿着转动轴滑动；冲击块的上端设有一个圆形盘，圆形盘与冲击弹簧的一端固定连接，冲击弹簧套在转动轴上，冲击弹簧的另一端与连接块固定连接；冲击块的下端设有两个扇形挡块Ⅰ，两个扇形挡块Ⅰ之间的圆周夹角小于180°；所述的输出转轴穿过固定筒，所述的输出转轴上套装有复位弹簧，复位弹簧的下端与固定筒接触，复位弹簧上端与阻挡块进行接触；输出转轴的一端设有非圆形截面轴段，非圆形截面轴段上安装有阻挡块，所述的阻挡块上设有两个扇形挡块Ⅱ，扇形挡块Ⅱ与冲击块上的扇形挡块Ⅰ具有一样的圆周角度，扇形挡块Ⅱ与扇形挡块Ⅰ配合传递扭矩；固定筒通过上端的法兰盘固定在支撑板上；

钻具接卸装置包括连接轴、弹簧、滑动套筒、内连接轴和钢珠，连接轴的上端与冲击转动装置的输出转轴螺接，连接轴的下端与内连接轴螺接；内连接轴的中心孔截面是圆形孔设置有两个平面特征的结构，内连接轴侧壁上设有2个球面孔，2个球面孔设置在中心孔的两个圆弧面上；球面孔的球面的半径与钢珠的半径相同，球面孔的球心在内连接轴的外侧，滑动套筒的上端的圆孔内部均布设置有两个导向凸筋，滑动套筒内孔与内连接轴配合，滑动套筒对应于导向凸筋设有导向凹槽，导向凸筋与导向凹槽配合；滑动套筒下端对称设有两个钢珠导槽，钢珠导槽的宽度与钢珠的直径相同，钢珠导槽中还焊接有压紧弹片；钢珠安装在滑钢珠导槽中，位于压紧弹片与内连接轴之间；压紧弹片使得钢珠导槽与内连接轴之间形成下大上小的楔形间隙；压紧弹片能够将钢珠压到内连接轴的内部，实现钻具的轴向定位；弹簧套装内连接轴上，弹簧的一端与连接轴的台阶面接触，另一端与滑动套筒的内孔阶梯面接触；压紧弹片的最大压降力也就是卡钻时脱离钻具的最大提升力；所述的钻具上端插入内连接轴中，钻具上端与内连接轴中心孔配合，钻具上端对应于钢珠设有弧形槽；所述的钻具存储装置通过液压马达安装在移动平台上，移动平台位于机械手的下方。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，还包括进给装置，进给装置包括连接板Ⅰ、油缸Ⅰ、活塞杆Ⅰ、连接板Ⅱ、油缸Ⅱ、活塞杆Ⅱ、滑套、导柱和连接板Ⅲ；连接板Ⅰ与机械手连接或通过机械手夹持；连接板Ⅰ的底部固定安装有两个油缸Ⅰ，两个油缸Ⅰ的活塞杆Ⅰ的下端与连接板Ⅱ固定连接；连接板Ⅱ的下表面的四个角位置分别固定有一导柱，导柱的下端与连接板Ⅲ固定连接，每个导柱上分别设有一个滑套，支撑板与四个导柱上的滑套连接；连接板Ⅱ的底部固定有两个油缸Ⅱ，两个油缸Ⅱ的活塞杆Ⅱ下端分别连接一个连接块，连接块与同侧的两个滑套固定连接。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，所述的连接板Ⅲ的底部四个角位置分别设有一插入装置，所述的插入装置包括连接筒、预压弹簧、封套和插针，所述的连接筒固定在连接板Ⅲ底部；插针是下端位尖角的轴，预压弹簧安装在连接筒内，套装在插针上；预压弹簧上端与连接筒顶部连接，下端与插针上的轴肩连接；所述的封套安装在连接筒底端，插针下端穿过封套中心的圆孔。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，所述的钻具包括带连接轴和筒形结构，筒形结构的上端与连接轴的下端连接；连接轴与内连接轴的中心孔配合，连接轴的圆弧面上设有与钢珠相配合的弧形槽；筒形结构的顶壁上设有排泥孔；筒形结构的表面设有排屑螺纹，筒形结构的底部周向焊接有若干切削刃。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，所述的钻具存储装置包括取样存储盘和空钻存储盘；所述的移动平台包括油缸Ⅲ、导向柱和滑动板，油缸Ⅲ、导向柱固定安装在连接板上，油缸Ⅲ的活塞杆Ⅲ与导向柱平行设置；所述的滑动板的底部设置有两滑块，两滑块分别套装在两导向柱上；油缸Ⅲ的活塞杆Ⅲ的端部与滑动板连接；连接板与深潜器固定连接，取样存储盘和空钻存储盘并列的安装在滑动板上，所述的取样存储盘和空钻存储盘的分别连接液压马达Ⅲ和液压马达Ⅱ安装在滑动板上。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，所述的空钻存储盘包括圆筒、固定板和存储筒Ⅰ，所述的固定板是设有多个圆孔的圆形板，焊接在圆筒的内部，固定板的圆孔内分别焊接一个存储筒Ⅰ，存储筒Ⅰ的内孔上端处阶梯面上设置有与钻具的定位平面相匹配的孔。

上述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机中，所述的取样存储盘包括圆筒、固定板和存储筒Ⅱ，所述的固定板是设有多个圆孔的圆形板，焊接在圆筒的内部，固定板的圆孔内分别焊接一个存储筒Ⅱ，存储筒Ⅱ的内孔为圆形阶梯孔，存储筒Ⅱ的内孔内沿圆周均布设有若干个防脱卡簧；滑动套筒底部的直径要大于存储筒Ⅱ内孔上端的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）本发明能实现了钻机一次下海多次多点位取样并保存，显著的提升海底作业经济性；

2）本发明冲击钻进取样有效的提升硬岩取芯的作业效率和效果，同时有效地的避免卡钻事故；

3）本发明的钻具接卸装置采用钢珠轴向定位，可实现卡钻时的钻具丢弃逃生，降低了故障维护成本；还实现了钻具的快速接卸功能，提高了生产效率，降低了工人的劳动强度；

4）本发明可直接由深潜器机械手夹持作业，适用性好。

5）本发明可以搭载在深潜器等水下机器人上，对海底取样作业的灵活性得以显著提升，即可适用于海底山体，也适用于海底面的取样。

附图说明

图1为本发明的实施例1的等轴测视图。

图2为本发明的实施例1的主视图。

图3为本发明的冲击钻进部件的主视图。

图4为图3中的B-B剖视图。

图5为本发明的冲击装置装置（隐藏固定筒零件）的等轴测视图。

图6为本发明的冲击装置装置中冲击块的等轴测视图。

图7为本发明的冲击装置装置中阻挡块的等轴测视图。

图8为本发明的钻具接卸装置及钻具的等轴测视图。

图9为本发明的钻具接卸装置中滑动套筒的等轴测视图。

图10为本发明的钻具接卸装置中内连接轴的等轴测视图。

图11为本发明的钻具的等轴测视图。

图12为本发明的钻具存储装置的俯视图。

图13为图12中的A-A剖视图。

图14为本发明的插针装置的剖视图。

图15为本发明的实施方案2的正视图。

1—机械手；2—进给装置；3—液压马达Ⅰ；4—减速箱；5—冲击转动装置；6—钻具接卸装置；7—取样存储盘；8—空钻存储盘；9—移动平台；10—钻具存储装置；11—深潜器；12—钻具；201—连接板Ⅰ；202—油缸Ⅰ；203—活塞杆Ⅰ；204—连接板Ⅱ；205—油缸Ⅱ；206—活塞杆Ⅱ；207—支撑板；208—滑套；209—导柱；210—连接板Ⅲ；211—插入装置；212—连接筒；213—预压弹簧；214—封套；215—插针；501—法兰盘；502—连接块；503—限位螺母；504—转动轴；505—锁紧螺母；506—冲击弹簧；507—锁紧螺母；508—阻挡块；509—复位弹簧；510—输出转轴；511—冲击块；512—固定筒；513—异形孔；514—扇形挡块Ⅱ；515—扇形挡块Ⅰ；601—连接轴；602—弹簧；603—滑动套筒；604—内连接轴；605—钢珠；606—压紧弹片；607—导向凹槽；608—导向凸筋；609—钢珠导槽；610—异形孔；611—球面孔；701—液压马达Ⅲ；702—圆筒；703—固定板；704—存储筒Ⅱ；705—防脱卡簧；801—液压马达Ⅱ；802—圆筒；803—固定板；804—存储筒Ⅰ；901—油缸Ⅲ；902—活塞杆Ⅲ；903—导向柱；904—滑动板；121—球形环槽；122—异形轴；123—排泥孔；124—定位平面；125—排屑螺纹；126—切削刃。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1-2所示，本发明的实施例1包括进给装置2、液压马达Ⅰ3、减速箱4、冲击转动装置5、钻具接卸装置6、钻具存储装置10和钻具12。所述的进给装置2包括连接板Ⅰ201、油缸Ⅰ202、活塞杆Ⅰ203、连接板Ⅱ204、油缸Ⅱ205、活塞杆Ⅱ206、支撑板207、滑套208、导柱209、连接板Ⅲ210和插入装置211。所述的连接板Ⅰ201上表面与机械手1连接或通过机械手1来夹持。连接板Ⅰ201的底部左右两侧各固定有一个油缸Ⅰ202，所述的油缸Ⅰ202的活塞杆Ⅰ203的端部与连接板Ⅱ204固定连接。所述的连接板Ⅱ204的底部的四个角位置分别固定有一根导柱209，所述的导柱209的下端与连接板Ⅲ210固定连接。所述的滑套208有四个，分别套在四个导柱209上，能够沿着导柱209滑动。所述的四个滑套208通过螺栓固定在支撑板207上；所述的连接板Ⅱ204底部的两侧中间分别还固定有一个油缸Ⅱ205，所述的油缸Ⅱ205的活塞杆Ⅱ206固定在一个连接块上，且此连接块与同侧的两个滑套208固定连接；活塞杆Ⅱ206能够推动支撑板207的上下移动，从而实现取样钻进过程的进给控制。

所述的连接板Ⅲ210的底部四个角位置还分别固定有211插入装置，所述的211插入装置包括连接筒212、预压弹簧213、封套214和插针215，所述的连接筒212是一个带法兰盘的圆筒状结构，通过法兰盘与连接板Ⅲ210通过螺栓固定连接。所述的插针215是一端圆柱阶梯轴结构，另一端是带尖角的轴。所述的预压弹簧213安装在连接筒212内部，并套在插针215上端的圆柱阶梯轴结构上，通过台阶面来限位。所述的封套214与连接筒212的端部通过螺栓固定连接，所述的插针215的尖角端穿过214封套中心的圆孔。通过在进给装置2底部按照四个插入装置211，可以实现对海底地形不平整的自适应，而且通过插入泥土中，可以抵御钻具在岩心取样过程中的轴向扭矩波动载荷对机械手1及深潜器11的影响。

如图1-2所示，所述的液压马达Ⅰ3的输出轴与减速箱4的输入轴连接，将转动动力传递给减速箱4；所述的减速箱4通过螺栓连接固定进给装置2的支撑板207上；所述的支撑板207底部通过螺栓固定有冲击转动装置5。如图3-5所示，所述的冲击转动装置5包括法兰盘501、连接块502、限位螺母503、转动轴504、锁紧螺母505、冲击弹簧506、锁紧螺母507、阻挡块508、复位弹簧509、输出转轴510、冲击块511和固定筒512，所述的固定筒512通过螺栓与法兰盘501进行固定连接。所述的法兰盘501的中心设置有圆形孔，转动轴504穿过此圆形孔并可以在此孔中转动；所述的法兰盘501通过螺栓固定在支撑板207下端；所述的转动轴504的一端设置有花键，所述的花键与减速箱4的输出轴内孔的花键进行配合，实现动力的传递。所述的转动轴504通过一个圆柱台阶和限位螺母503将转动轴504连接在法兰盘501上，转动轴504能够相对于法兰盘501做旋转运动。所述的转动轴504的圆柱台阶后面有一个异形轴段（截面为非圆形截面），异形轴段是用于实现扭矩传递的，可以是多边形轴或带平面特征的圆柱轴等。所述的连接块502的中心设置有与转动轴504的异形轴段匹配的异形孔，并与转动轴504的异形轴段配合，通过锁紧螺母505进行连接块502的轴向定位，实现连接块502与转动轴504的固定连接。所述的转动轴504的下端安装有一个冲击块511，所述的冲击块511的中心设置有圆形孔，冲击块511通过圆形孔套在转动轴504的下端，冲击块511能在转动轴504上滑动，即冲击块511可沿着转动轴504进行旋转和轴向移动。所述的冲击块511的上端设置有一个圆形盘，所述的圆形盘通过冲击弹簧506与连接块502连接，所述的冲击弹簧506套在转动轴504上。所述的冲击块511的下端设有两个扇形挡块Ⅰ515，两个扇形挡块Ⅰ515之间的圆周夹角小于180°，并且可以通过调节此夹角或数量来实现冲击频率的改变，如图6所示。所述的输出转轴510穿过固定筒512中心处的圆孔，输出转轴510能相对于固定筒512滑动和转动，所述的输出转轴510上套装有复位弹簧509，复位弹簧509的下端与固定筒512接触，所述的复位弹簧509上端与阻挡块508接触。所述的输出转轴510的位于固定筒512内的一端设置有异形轴段，异形轴段上安装有阻挡块508，如图7所示，所述的阻挡块508的中心孔为异形孔，阻挡块508的中心孔与输出转轴510的上端轴配合，并通过轴肩和锁紧螺母507固定在输出转轴510上。所述的阻挡块508设有两个扇形挡块Ⅱ514，扇形挡块Ⅱ514与扇形挡块Ⅰ515的圆周角度相同，扇形挡块Ⅱ514与冲击块511的扇形挡块Ⅰ配合，实现扭矩的传递，如图5所示。在扭矩的传递过程中，扇形挡块Ⅰ515被扇形挡块Ⅱ514带动转动，扇形挡块Ⅰ515转动过程中，冲击弹簧506受到扭转而缩短，拉动冲击块511向上移动，移动到扇形挡块Ⅱ514与扇形挡块Ⅰ515接触面脱离，此时，冲击弹簧506复位，使得冲击块511向下移动，与扇形挡块Ⅰ515产生冲击力；而扇形挡块Ⅱ514在转动过程中重新与扇形挡块Ⅰ515形成配合，进行下一个循环。通过上述的结构，实现转动轴504的转动运动转换为输出转轴510的间歇式旋转运动和轴向冲击运动，提升硬岩的破碎和钻进性能。

如图3-4和图8所示，所述的钻具接卸装置6与冲击转动装置5的输出转轴510的一端通过螺纹副连接，实现动力的传递。所述的钻具接卸装置6包括连接轴601、弹簧602、滑动套筒603、内连接轴604和钢珠605，所述的连接轴601的上端设置有内螺纹，通过此内螺纹与冲击转动装置5的输出转轴510的外螺纹连接。连接轴601的下端设置有外螺纹，所述的内连接轴604的上设置有内螺纹，内连接轴604与连接轴601的外螺纹螺接，如图4所示。如图10所示，所述的内连接轴604是一个圆筒状结构，其中心孔610为异形孔，异形孔为圆形孔设置有两个平面特征的结构，可以实现扭矩的传递。内连接轴604的侧壁上设有2个球面孔611，球面孔球面的半径与钢珠605的半径相同，这两个球面孔的球心在圆柱轴的外侧，钢珠605不能穿过该球面孔611，只有部分能够深入到内连接轴604的内部，所述的球面孔611的位置设置在内连接轴604的中心孔611的两个圆弧面上。所述的滑动套筒603的中心孔是一个圆形阶梯孔，如图9所示，滑动套筒603的上端的圆孔内部均布设置有两个导向凸筋608，滑动套筒603下端设有两个钢珠导槽609，每个钢珠导槽609内分别设有一个钢珠605，钢珠导槽609的宽度与钢珠605的直径相同，钢珠导槽609中焊接有一个压紧弹片606，

压紧弹片606使得钢珠导槽609与内连接轴604之间的间隙为下大上小的楔形间隙，钢珠605位于压紧弹片606和内连接轴604之间，压紧弹片606能够将钢珠605压到内连接轴604的内部，从而实现钻具12的轴向定位。如图4和图8所示，所述的滑动套筒603通过内孔与内连接轴604配合，所述的滑动套筒603的导向凸筋608与连接轴601外侧壁上设置的导向凹槽607进行配合形成滑动副，实现轴向运动而限制其转动。所述的弹簧602套在内连接轴604上，弹簧602的一端与连接轴601的台阶面接触，另一端与滑动套筒603的内孔阶梯面接触。在钻取样过程中发生卡钻等事故时，可以让机械手向上最大力气的提取钻机系统，使得钢珠605迫使退出限制状态，从而实现被卡钻具的脱离。压紧弹片606的最大压降力也就是卡钻时脱离钻具的最大提升力。

如图4和图11所示，所示的钻具12是一个带连接轴122的筒形结构，所述的钻具12的上端设置有与内连接轴604的内部的中心孔611配合的连接轴122，所述的连接轴122设有与钢珠609相配合的弧形槽121，弧形槽121设置在连接轴122的弧形面上。连接轴122的下端连接筒形结构，用于钻取并存储岩芯。所述的筒形结构的顶壁上设置有一个排泥孔123，实现在钻取硬岩的过程中排空淤泥和海水。在筒形结构的表面还设置有螺旋状布置的排屑螺纹125，实现硬岩钻进过程中的岩石粉末的排出，避免钻具高温和堵钻。此外，在筒形结构的底部周向焊接有若干切削刃126。在钻具12的凸台轴的外表面还设置有两个平行的定位平面124，用于钻具在空钻存储盘8中的定位，方便钻具12的提取。

如图1-2和图12-13所示，所示的钻具存储装置10包括移动平台9、取样存储盘7和空钻存储盘8。所示的移动平台9由油缸Ⅲ901、导向柱903和滑动板904组成，所示的油缸Ⅲ901的底部固定一个连接板上，所述的导向柱903有两根，固定安装在连接板上。所述的连接板与深潜器11固定连接。所述的油缸Ⅲ901的活塞杆Ⅲ902与滑动板904固定连接，所述的滑动板904的底部设置有两个滑块，两个滑块分别套在两根导向柱903上，油缸Ⅲ901能够实现滑动板904沿着导向柱903滑动。钻具存储装置10位于机械手11的下方，方便钻具的接卸。所述的取样存储盘7和空钻存储盘8并列的安装在904滑动板上，所述的取样存储盘7和空钻存储盘8的下端分别连接液压马达Ⅲ701和液压马达Ⅱ801，实现存储盘的转动，方便钻具的接卸。如图13所示，所示的空钻存储盘8是一个上端开口的圆筒状结构，由圆筒802、固定板803和存储筒Ⅰ804组成，所述的固定板803是设有多个圆孔的圆形板，固定板803焊接在圆筒802的内部，固定板803的每个圆孔内分别焊接一存储筒Ⅰ804，存储筒Ⅰ804的中心孔为圆形阶梯孔。所述的存储筒Ⅰ804的内孔台阶面上设有与钻具12中的定位平面124相匹配的孔，实现钻具安放后的定位。

所述的取样存储盘7的结构与空钻存储盘8相似，包括圆筒802、固定板803和存储筒Ⅱ704，固定板803焊接在圆筒802的内部，固定板803的每个圆孔内分别焊接一存储筒Ⅱ704。取样存储盘7的结构与空钻存储盘8的区别仅仅在于：所述的存储筒Ⅱ704中心孔是一个圆形阶梯孔，所述的存储筒Ⅱ704的中心孔中沿圆周均布设置有若干个防脱卡簧705。当取完岩芯的钻具12插入到其中后，钻机上提过程中，钻具12会被防脱卡簧705进行阻挡向上脱离，从而实现钻具的卸下。如图13所示，钻具接卸装置6的滑动套筒603底部的直径要大于钻具的阶梯轴的直径，也要大于704存储筒Ⅱ的内孔上端直径，从而实现在卸钻过程中，滑动套筒603的端部与存储筒Ⅱ704接触，而钻机在机械手1的作用力下继续下降，从而推动滑动套筒603向上移动，从而释放了压紧弹片606对钢珠605的压力，当到达一定距离后解除了钻具在轴向方向的限制力，此时机械手可以将本发明进行上提，此时钻具12会被防脱卡簧705进行阻挡，从而留在存储筒Ⅱ704中，实现了取芯后钻具的存储和卸除。

本发明的一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机的工作原理为：

1）机械手1抓取钻机进行位姿调整，将其调整为垂直为钻具存储装10置的滑动板904的状态。

2）驱动油缸Ⅲ901使得空钻存储盘8移动到本发明的钻具接卸装置6的正下方，驱动液压马达Ⅱ801来调整空钻存储盘8的圆周位置，实现钻具接卸装置6的内连接轴604的中心孔与钻具12的异形轴进行对正；

3）驱动油缸Ⅱ205使得钻具12压入到钻具接卸装置6的内连接轴604，并通过钢珠605进行轴向定位，从而实现了钻具12和上部动力的连接。

4）驱动油缸Ⅲ901使得钻具存储装置10退回到靠近深潜器的位置，避免阻碍钻机系统取样过程；机械手1夹持本发明向下插入待采样区域，此时插针215自适应地形不平整问题，并插入泥土中来稳定整个钻进过程的轴向扭矩振动。取样过程中，驱动油缸Ⅱ205实现取样的深度进给；液压马达Ⅰ3将动力依次传递给减速箱4、冲击转动装置5、钻具接卸装置6和钻具12。当钻具12碰到硬岩时，如果钻具本身的阻挡扭矩增加时，此时冲击块511的扭矩还不足以驱动阻挡块508的转动，此时迫使冲击弹簧506产生扭转变形而高度被压缩，使得冲击块511沿转动轴504进行轴向移动，冲击块511将与阻挡块508进行脱离，而继续进行转动，当转动到非扇形挡块位置，由于冲击弹簧506的作用冲击块511将对阻挡块508进行轴向冲击作用，使后面的钻具12产生冲击破沿效果。经过上述的结构，实现取样过程中的转动和冲击配合取沿芯。

5）取样完成后，机械手1向上提取本发明，驱动油缸Ⅲ901使得取样存储盘7移动到钻机系统的钻具接卸装置6的正下方，驱动液压马达Ⅲ701来调整取样存储盘7的圆周位置；驱动油缸Ⅱ205使得钻具12向下运动，此时603滑动套筒的端部与704存储筒Ⅱ接触，而钻机系统在机械手的作用力下继续下降，从而推动滑动套筒603向上移动，从而释放了压紧弹片606对钢珠605的压力，当到达一定距离后解除了钻具在轴向方向的限制力，此时机械手可以将钻机系统进行上提，此时钻具12会被防脱卡簧705进行阻挡，从而留在存储筒Ⅱ704中，实现了取芯后钻具的存储和卸除。

实施例2

如图15所示，本发明的实施例2的结构与实施例1的相似，区别仅仅在于：取消了进给装置2，减速箱4上设有夹持杆401。使用时，直接通过机械手1来夹持设置在减速箱4上的夹持杆401进行取样和钻具接卸动作。适用于机械手的运动空间范围较大的情况，实施例2可减小深潜器对外预留的液压管路数量。

Claims (5)

1.一种潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，其特征是：包括液压马达Ⅰ、减速箱、冲击转动装置、钻具接卸装置、钻具存储装置和钻具；所述的液压马达Ⅰ的输出轴与减速箱的输入轴连接，所述的减速箱安装在支撑板上，所述的冲击转动装置固定安装在支撑板底部；减速箱上设有夹持部，用于机械手夹持；所述的冲击转动装置包括连接块、转动轴、锁紧螺母、冲击弹簧、阻挡块、复位弹簧、输出转轴、冲击块和固定筒，所述的转动轴的上端设有花键，通过花键与减速箱的输出轴连接；所述的转动轴上设有非圆形截面轴段，所述的连接块与非圆形截面轴段配合，连接块通过锁紧螺母轴向定位；转动轴下端套装有一个冲击块，冲击块能沿着转动轴滑动；冲击块的上端设有一个圆形盘，圆形盘与冲击弹簧的一端固定连接，冲击弹簧套在转动轴上，冲击弹簧的另一端与连接块固定连接；冲击块的下端设有两个扇形挡块Ⅰ，两个扇形挡块Ⅰ之间的圆周夹角小于180°；所述的输出转轴穿过固定筒，所述的输出转轴上套装有复位弹簧，复位弹簧的下端与固定筒接触，复位弹簧上端与阻挡块进行接触；输出转轴的一端设有非圆形截面轴段，非圆形截面轴段上安装有阻挡块，所述的阻挡块上设有两个扇形挡块Ⅱ，扇形挡块Ⅱ与冲击块上的扇形挡块Ⅰ具有一样的圆周角度，扇形挡块Ⅱ与扇形挡块Ⅰ配合传递扭矩；固定筒通过上端的法兰盘固定在支撑板上；

钻具接卸装置包括连接轴、弹簧、滑动套筒、内连接轴和钢珠，连接轴的上端与冲击转动装置的输出转轴螺接，连接轴的下端与内连接轴螺接；内连接轴的中心孔截面是圆形孔设置有两个平面特征的结构，内连接轴侧壁上设有2个球面孔，2个球面孔设置在中心孔的两个圆弧面上；球面孔的球面的半径与钢珠的半径相同，球面孔的球心在内连接轴的外侧，滑动套筒的上端的圆孔内部均布设置有两个导向凸筋，滑动套筒内孔与内连接轴配合，滑动套筒对应于导向凸筋设有导向凹槽，导向凸筋与导向凹槽配合；滑动套筒下端对称设有两个钢珠导槽，钢珠导槽的宽度与钢珠的直径相同，钢珠导槽中还焊接有压紧弹片；钢珠安装在滑钢珠导槽中，位于压紧弹片与内连接轴之间；压紧弹片使得钢珠导槽与内连接轴之间形成下大上小的楔形间隙；压紧弹片能够将钢珠压到内连接轴的内部，实现钻具的轴向定位；弹簧套装内连接轴上，弹簧的一端与连接轴的台阶面接触，另一端与滑动套筒的内孔阶梯面接触；压紧弹片的最大压降力也就是卡钻时脱离钻具的最大提升力；所述的钻具上端插入内连接轴中，钻具上端与内连接轴中心孔配合，钻具上端对应于钢珠设有弧形槽；所述的钻具存储装置通过液压马达安装在移动平台上，移动平台位于机械手的下方；

还包括进给装置，进给装置包括连接板Ⅰ、油缸Ⅰ、活塞杆Ⅰ、连接板Ⅱ、油缸Ⅱ、活塞杆Ⅱ、滑套、导柱和连接板Ⅲ；连接板Ⅰ与机械手连接或通过机械手夹持；连接板Ⅰ的底部固定安装有两个油缸Ⅰ，两个油缸Ⅰ的活塞杆Ⅰ的下端与连接板Ⅱ固定连接；连接板Ⅱ的下表面的四个角位置分别固定有一导柱，导柱的下端与连接板Ⅲ固定连接，每个导柱上分别设有一个滑套，支撑板与四个导柱上的滑套连接；连接板Ⅱ的底部固定有两个油缸Ⅱ，两个油缸Ⅱ的活塞杆Ⅱ下端分别连接一个连接块，连接块与同侧的两个滑套固定连接；

所述的钻具包括带连接轴和筒形结构，筒形结构的上端与连接轴的下端连接；连接轴与内连接轴的中心孔配合，连接轴的圆弧面上设有与钢珠相配合的弧形槽；筒形结构的顶壁上设有排泥孔；筒形结构的表面设有排屑螺纹，筒形结构的底部周向焊接有若干切削刃。

2.根据权利要求1所述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，其特征是：所述的连接板Ⅲ的底部四个角位置分别设有一插入装置，所述的插入装置包括连接筒、预压弹簧、封套和插针，所述的连接筒固定在连接板Ⅲ底部；插针是下端位尖角的轴，预压弹簧安装在连接筒内，套装在插针上；预压弹簧上端与连接筒顶部连接，下端与插针上的轴肩连接；所述的封套安装在连接筒底端，插针下端穿过封套中心的圆孔。

3.根据权利要求1所述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，其特征是：所述的钻具存储装置包括取样存储盘和空钻存储盘；所述的移动平台包括油缸Ⅲ、导向柱和滑动板，油缸Ⅲ、导向柱固定安装在连接板上，油缸Ⅲ的活塞杆Ⅲ与导向柱平行设置；所述的滑动板的底部设置有两滑块，两滑块分别套装在两导向柱上；油缸Ⅲ的活塞杆Ⅲ的端部与滑动板连接；连接板与深潜器固定连接，取样存储盘和空钻存储盘并列的安装在滑动板上，所述的取样存储盘和空钻存储盘的分别连接液压马达Ⅲ和液压马达Ⅱ安装在滑动板上。

4.根据权利要求3所述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，其特征是：所述的空钻存储盘包括圆筒、固定板和存储筒Ⅰ，所述的固定板是设有多个圆孔的圆形板，焊接在圆筒的内部，固定板的圆孔内分别焊接一个存储筒Ⅰ，存储筒Ⅰ的内孔上端处阶梯面上设置有与钻具的定位平面相匹配的孔。

5.根据权利要求3所述的潜器搭载的海底多点位冲击钻进取岩芯微型钻机，其特征是：所述的取样存储盘包括圆筒、固定板和存储筒Ⅱ，所述的固定板是设有多个圆孔的圆形板，焊接在圆筒的内部，固定板的圆孔内分别焊接一个存储筒Ⅱ，存储筒Ⅱ的内孔为圆形阶梯孔，存储筒Ⅱ的内孔内沿圆周均布设有若干个防脱卡簧；滑动套筒底部的直径要大于存储筒Ⅱ内孔上端的直径。