CN111198095B - 一种超声波钻低温驱动特性测试实验台 - Google Patents

一种超声波钻低温驱动特性测试实验台 Download PDF

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Abstract

一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，属于低温实验系统技术领域。本发明解决了现有的用于研究超声波钻温度适应性的设备价格高、单次试验时间长的问题。支架竖向固装在容器内，所述电机竖直固装在支架上部，滚珠丝杠与电机输出轴之间通过联轴器固接，丝母与滚珠丝杠配合连接，导轨竖直固装在支架上，第一滑块与第二滑块由上到下分布且均与导轨配合连接，岩石通过岩石固定架固装在第一滑块上，超声波钻通过安装架固装在第二滑块上，且安装架与丝母固接，所述滑轮组件包括定滑轮、拉绳及配重砝码，所述拉绳绕设在定滑轮上且其两端分别固接在岩石及配重砝码上，容器下部还装有液氮。

Description

一种超声波钻低温驱动特性测试实验台
技术领域
本发明涉及一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，属于低温实验系统技术领域。
背景技术
小行星探测是当前深空探测的热点领域之一，对研究太阳系的起源和太空资源的开发具有深远的意义。超声波钻因为其广泛的适应性(可钻冰、花岗岩、玄武岩等)，可在极端环境下工作，能耗低，便于搭载集成传感器(小型的冲击式超声波钻探器可搭载在微小型着陆器或巡视器上，开展岩石的就位探测与分析)，低钻压力，体积小，重量轻等特点在小行星探测领域具有得天独厚的优势。众所周知，小行星表面温度极端，所以评价超声波钻的温度适应性十分必要。目前常用于研究超声波钻温度适应性的设备是高低温试验箱，但是这种设备价格高、单次试验时间长，因此提出一种效果明显的设备具有十分重要的意义。
发明内容
本发明是为了解决现有的用于研究超声波钻温度适应性的设备价格高、单次试验时间长的问题，进而提供了一种超声波钻低温驱动特性测试实验台。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，它包括容器、固定在容器顶端的滑轮组件和激光位移传感器以及设置在容器内部的实验主体，所述实验主体包括电机、联轴器、滚珠丝杠、第一滑块、导轨、第二滑块、支架、岩石固定架、岩石、超声波钻、安装架、及丝母，支架竖向固装在容器内，所述电机竖直固装在支架上部，滚珠丝杠与电机输出轴之间通过联轴器固接，丝母与滚珠丝杠配合连接，导轨竖直固装在支架上，第一滑块与第二滑块由上到下分布且均与导轨配合连接，岩石通过岩石固定架固装在第一滑块上，超声波钻通过安装架固装在第二滑块上，且安装架与丝母固接，所述滑轮组件包括定滑轮、拉绳及配重砝码，所述拉绳绕设在定滑轮上且其两端分别固接在岩石及配重砝码上，容器下部还装有液氮。
进一步地，容器顶端开设有通孔，激光位移传感器位于通孔的边沿，拉绳穿过通孔与岩石固接。
进一步地，所述安装架上还固装有温度传感器。
进一步地，所述滑轮组件还包括滑轮支撑件，定滑轮的数量为两个且通过滑轮支撑件平行设置在容器顶端。
进一步地，所述超声波钻包括作动气器、支撑套筒和钻杆。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
一、本申请结构简单，与现有技术相比，造价更低。
二、通过控制超声波钻在液氮表面的高度，基于液氮表面的温度梯度获取需要的低温环境，与现有技术相比，有效缩短了单次试验时间。
三、性能测试过程中，超声波钻处于静止状态，通过补偿岩石向下作用力获取不同钻压力。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为超声波钻的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、2说明本实施方式，一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，它包括容器18、固定在容器18顶端的滑轮组件和激光位移传感器1以及设置在容器18内部的实验主体，所述实验主体包括电机2、联轴器3、滚珠丝杠4、第一滑块5、导轨6、第二滑块7、支架8、岩石固定架13、岩石14、超声波钻15、安装架16、及丝母19，支架8竖向固装在容器18内，所述电机2竖直固装在支架8上部，滚珠丝杠4与电机2输出轴之间通过联轴器3固接，丝母19与滚珠丝杠4配合连接，导轨6竖直固装在支架8上，第一滑块5与第二滑块7由上到下分布且均与导轨6配合连接，岩石14通过岩石固定架13固装在第一滑块5上，超声波钻15通过安装架16固装在第二滑块7上，且安装架16与丝母19固接，所述滑轮组件包括定滑轮9、拉绳11及配重砝码12，所述拉绳11绕设在定滑轮9上且其两端分别固接在岩石14及配重砝码12上，容器18下部还装有液氮20。
超声波钻15的钻头朝上，所述超声波钻15包括作动气器15‐1、支撑套筒15‐2和钻杆15‐3，该作动气器15‐1为驱动单元，支撑套筒15‐2固装在安装架16上。液氮20能够提供超低温环境。通过控制超声波钻15在液氮20表面的高度，基于液氮20表面的温度梯度获取需要的低温环境。
在测试超声波钻15低温驱动特性过程中，超声波钻15处于静止状态，通过补偿岩石14向下作用力获取不同钻压力。
容器18顶端开设有通孔，激光位移传感器1位于通孔的边沿，拉绳11穿过通孔与岩石14固接。激光位移传感器1通过通孔对准岩石14支架8用于测定钻进深度。
所述安装架16上还固装有温度传感器17。在整个实验过程中温度传感器17监测超声波钻15的作动装置的温度，当温度显示为预期值时，电机2停止工作并锁定超声波钻15的位置。
所述滑轮组件还包括滑轮支撑件10，定滑轮9的数量为两个且通过滑轮支撑件10平行设置在容器18顶端。使拉绳11以竖直方向进入容器18内，防止因拉绳11与容器18上方的通孔内壁产生摩擦而影响配重精度。
所述超声波钻15包括作动气器15‐1、支撑套筒15‐2和钻杆15‐3。
工作原理：
将超声波钻15安装在安装架16上，电机2通过滚珠丝杠4和丝母19组成的滚珠丝杠4副调整超声波钻15的高度从而获取需要的温度环境，在整个过程中温度传感器17监测超声波钻15的作动装置即作动气器15‐1的温度，当温度显示为预期值时，电机2停止工作并锁定超声波钻15的位置。通过调整配重砝码12的重量改变超声波钻15与岩石14之间的作用力即钻压力。
超声波钻15的作动装置接入高频正弦交流电压产生高频振动，从而驱动钻杆15‐3高频振动。在钻压力作用下，钻杆15‐3的高频振动会破碎岩石14钻入岩石14内部。通过激光位移传感器1的示数可以获得钻进深度。

Claims (5)

1.一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，其特征在于：它包括容器(18)、固定在容器(18)顶端的滑轮组件和激光位移传感器(1)以及设置在容器(18)内部的实验主体，所述实验主体包括电机(2)、联轴器(3)、滚珠丝杠(4)、第一滑块(5)、导轨(6)、第二滑块(7)、支架(8)、岩石固定架(13)、岩石(14)、超声波钻(15)、安装架(16)、及丝母(19)，支架(8)竖向固装在容器(18)内，所述电机(2)竖直固装在支架(8)上部，滚珠丝杠(4)与电机(2)输出轴之间通过联轴器(3)固接，丝母(19)与滚珠丝杠(4)配合连接，导轨(6)竖直固装在支架(8)上，第一滑块(5)与第二滑块(7)由上到下分布且均与导轨(6)配合连接，岩石(14)通过岩石固定架(13)固装在第一滑块(5)上，超声波钻(15)通过安装架(16)固装在第二滑块(7)上，且安装架(16)与丝母(19)固接，所述滑轮组件包括定滑轮(9)、拉绳(11)及配重砝码(12)，所述拉绳(11)绕设在定滑轮(9)上且其两端分别固接在岩石(14)及配重砝码(12)上，容器(18)下部还装有液氮(20)。
2.根据权利要求1所述的一种超声波钻(15)低温驱动特性测试实验台，其特征在于：容器(18)顶端开设有通孔，激光位移传感器(1)位于通孔的边沿，拉绳(11)穿过通孔与岩石(14)固接。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，其特征在于：所述安装架(16)上还固装有温度传感器(17)。
4.根据权利要求3所述的一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，其特征在于：所述滑轮组件还包括滑轮支撑件(10)，定滑轮(9)的数量为两个且通过滑轮支撑件(10)平行设置在容器(18)顶端。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种超声波钻低温驱动特性测试实验台，其特征在于：所述超声波钻(15)包括作动气器(15-1)、支撑套筒(15-2)和钻杆(15-3)。
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RU2503815C1 (ru) * 2012-07-18 2014-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" Ультразвуковое грунтозаборное устройство
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