CN112459738A - 高精度台式旋转超声岩石取芯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置，属于岩石取芯技术领域，包括支撑组件、传动组件、超声碎石组件，所述支撑组件位于整套装置的最外侧，所述支撑组件内部上端设置有传动组件，所述支撑组件内部下端设置有超声碎石组件，本发明科学合理，使用安全方便，利用超声波振动对岩石进行共振破碎，相比传统钻头旋转钻进取芯，大大提高了取芯效率，本装置会对岩石样本进行表面的打磨，使取芯样本表面平整，不仅有利于岩石样本进入取芯槽，也有利于相关工作人员进行观察研究，当取芯岩石样本顶端达到距离传感器高度时，本装置会对岩石样本进行切断，切断后的岩石取芯样本便于操作人员从取芯槽顶部直接取出，方便快捷。

Description

高精度台式旋转超声岩石取芯装置

技术领域

本发明涉及岩石取芯技术领域，具体是一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置。

背景技术

地质研究人员可通过岩石取芯来了解地域的历史，取芯通过取芯桶完成，传统的取芯桶接在钻杆接近钻头的底端，取芯切割头切割进入地层后，可用取芯桶连续取芯，然后从钻杆里取出，大部分地方都使用电缆取芯桶，因为在取芯过程中不用从井内起出钻杆取岩芯，然后再继续取芯，相反，只需要将取芯桶投入钻杆，自动锁定在取芯位置，到达井底，进行连续取芯，但现有的取芯装置取芯效率慢，每次取芯都需要进行反复抽取内部取心桶来讲岩石样本取出，且现有装置取出来的岩石样本表面粗糙，因为钻头取芯易歪斜，使取芯质量差，不利于相关人员观察研究，所以人们需要一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置，包括支撑组件、传动组件、超声碎石组件、切断组件、取芯抬升组件，所述支撑组件位于整套装置的最外侧，起到支撑本装置其他部件的作用，所述支撑组件内部上端设置有传动组件，所述传动组件是本装置运行的动力来源，所述支撑组件内部下端设置有超声碎石组件，所述超声碎石组件起到打碎岩石的作用，所述支撑组件中部设置有切断组件，所述切断组件起到将岩石样本切断分节的作用，所述支撑组件底端设置有取芯抬升组件，所述取芯抬升组件起到卡入并支撑岩石取芯样本的作用。

所述支撑组件包括配重壳体、取芯筒、取芯槽，所述配重壳体位于整套装置的最外侧，所述配重壳体中央贯穿安装有取芯筒，所述取芯筒中央贯穿开设有取芯槽。

所述传动组件包括传动槽、电机、齿轮、轮齿，所述配重壳体内部上端开设有传动槽，所述传动槽底端固定安装有电机，所述电机转子上固定安装有齿轮，所述取芯筒外侧壁上开设有轮齿，电机可带动齿轮旋转，齿轮与轮齿相互啮合，齿轮通过轮齿带动取芯筒旋转。

所述超声碎石组件包括活动槽、安装传递块、电池、绝缘垫片、压电陶瓷振动器、卡环、环状卡槽、碎石接触圈，所述配重壳体下端开设有活动槽，所述活动槽底端安装有安装传递块，所述安装传递块内部固定安装有电池，所述电池底端固定安装有绝缘垫片，所述绝缘垫片底端固定安装有压电陶瓷振动器，所述安装传递块为环状的安装传递块，所述安装传递块靠近轴心一端固定安装有卡环，所述取芯筒外侧壁上开设有环状卡槽，所述卡环卡入环状卡槽内部，所述安装传递块底端固定安装有碎石接触圈，同时压电陶瓷振动器也开始运行，安装传递块起到支撑作用，电池起到为本装置提供电能的作用，绝缘垫片起到隔离电池与压电陶瓷振动器的作用，对双方都起到保护作用，压电陶瓷振动器运行会产生超声波振动，超声波振动经过安装传递块与碎石接触圈传递给岩石，对岩石进行共振破碎，碎石接触圈为环状的，会对岩石也造成环状的破碎效果，使中央的岩石完好保留下来，卡环与环状卡槽对取芯筒起到限位作用，使两者不可进行竖直方向的相对运动，且同时能够保证取芯筒旋转时可不受安装传递块影响，随着与碎石接触圈接触的岩石圈层被破碎，安装传递块会带着取芯筒逐渐向岩石内部深入，同时岩石破碎圈中央保留的完好岩石会深入取芯槽内，取芯筒内表面开设有打磨槽面，随着取芯筒的旋转，会对岩石样本进行表面的打磨，使取芯样本表面平整，不仅有利于岩石样本进入取芯槽，也有利于相关工作人员进行观察研究。

所述切断组件包括安装圈、直线电机槽、直线电机、切断片、单片机、距离传感器，所述取芯筒外圈中部固定安装有安装圈，所述安装圈内部开设有直线电机槽，所述直线电机槽远离取芯筒一端固定安装有直线电机，所述直线电机推力轴上固定安装有切断片，所述取芯筒内部固定安装有单片机，所述取芯筒内侧壁上固定安装有距离传感器，当取芯岩石样本顶端达到距离传感器高度时，距离传感器会接收到距离信号，并将信号传递至单片机，单片机控制直线电机启动，控制压电陶瓷振动器停止，距离传感器推动切断片，将切断片一端推至取芯槽范围内，切断片会跟随取芯筒做圆周运动，会对位于取芯槽内部的岩石样本进行局部打磨，随着切断片的不断伸长，最终岩石样本被打磨切断，切断后的岩石取芯样本便于操作人员从取芯槽顶部直接取出，方便快捷，切断完成后，单片机控制直线电机将切断片拉回初始位置，控制压电陶瓷振动器重新启动，继续深入岩石进行取芯操作。

所述取芯抬升组件包括带料安装槽、轻质弹簧、带料块，所述取芯筒内侧壁底端开设有带料安装槽，所述带料安装槽远离取芯槽一端固定安装有轻质弹簧，所述轻质弹簧靠近取芯槽一端固定安装有带料块，本装置可进行2-3次连续取芯操作，且取芯操作期间不需要抬升取芯筒就能完成，直至取芯筒顶部高度低于配重壳体上表面，此时也可继续进行取芯，只是随着取芯筒深入岩石内部，取芯操作没有前2-3次方便快捷，所以取芯操作尾端采集的岩石可通过带料块进行取出，在本装置运行过程中，取芯筒旋转产生的离心力会使带料块压迫轻质弹簧压缩，带料块缩入带料安装槽内部，此时带料块不会对取芯槽内部岩石产生任何影响，而当本装置停止运行时，带料块失去离心力，进入取芯槽范围，此时借助外力向上抬升取芯筒，带料块也随之抬升，将带料块经过上一个被切断片切断的岩石样本底端时，会卡入岩石样本底端，对岩石样本起到支撑作用，使取芯槽内部的岩石样本可随着取芯筒的抬升被取出。

所述直线电机槽与取芯槽相互连通，所述直线电机与单片机电性连接，所述距离传感器与单片机电性连接，所述单片机与压电陶瓷振动器电性连接，所述单片机与电机电性连接，所述取芯筒高度为配重壳体高度的两倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

压电陶瓷振动器运行会产生超声波振动，超声波振动经过安装传递块与碎石接触圈传递给岩石，对岩石进行共振破碎，利用超声波碎石钻进取芯，相比传统钻头旋转钻进取芯，大大提高了取芯效率，取芯过程中，碎石接触圈会对岩石造成环状破碎效果，使中央的岩石完好保留下来，再通过对岩石样本进行表面的打磨，使取芯样本表面平整，不仅有利于岩石样本进入取芯槽，也有利于相关工作人员进行观察研究，当取芯岩石样本顶端达到距离传感器高度时，本装置会对岩石样本进行切断，切断后的岩石取芯样本便于操作人员从取芯槽顶部直接取出，方便快捷，本装置可进行2-3次连续快速取芯操作，期间不需要抬升取芯筒就能完成，直至取芯筒顶部高度低于配重壳体上表面时，此时可通过带料块的卡入效果进行取出，摆脱了岩石深入取芯需要频繁操作装置或需要借助绳索取芯的繁琐流程。

附图说明

图1为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的主视剖视结构示意图；

图3为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的图2中A区域放大结构示意图；

图4为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的图2中B区域放大结构示意图；

图5为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的图2中C区域放大结构示意图；

图6为本发明一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置的图2中D区域放大结构示意图。

图中标号：101、配重壳体；102、取芯筒；103、取芯槽；201、传动槽；202、电机；203、齿轮；204、轮齿；301、活动槽；302、安装传递块；303、电池；304、绝缘垫片；305、压电陶瓷振动器；306、卡环；307、环状卡槽；308、碎石接触圈；401、安装圈；402、直线电机槽；403、直线电机；404、切断片；405、单片机；406、距离传感器；501、带料安装槽；502、轻质弹簧；503、带料块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1～6所示，一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置，包括支撑组件、传动组件、超声碎石组件、切断组件、取芯抬升组件，支撑组件位于整套装置的最外侧，起到支撑本装置其他部件的作用，支撑组件内部上端设置有传动组件，传动组件是本装置运行的动力来源，支撑组件内部下端设置有超声碎石组件，超声碎石组件起到打碎岩石的作用，支撑组件中部设置有切断组件，切断组件起到将岩石样本切断分节的作用，支撑组件底端设置有取芯抬升组件，取芯抬升组件起到卡入并支撑岩石取芯样本的作用。

支撑组件包括配重壳体101、取芯筒102、取芯槽103，配重壳体101位于整套装置的最外侧，配重壳体101中央贯穿安装有取芯筒102，取芯筒102中央贯穿开设有取芯槽103。

传动组件包括传动槽201、电机202、齿轮203、轮齿204，配重壳体101内部上端开设有传动槽201，传动槽201底端固定安装有电机202，电机202转子上固定安装有齿轮203，取芯筒102外侧壁上开设有轮齿204，电机202可带动齿轮203旋转，齿轮203与轮齿204相互啮合，齿轮203通过轮齿204带动取芯筒102旋转。

超声碎石组件包括活动槽301、安装传递块302、电池303、绝缘垫片304、压电陶瓷振动器305、卡环306、环状卡槽307、碎石接触圈308，配重壳体101下端开设有活动槽301，活动槽301底端安装有安装传递块302，安装传递块302内部固定安装有电池303，电池303底端固定安装有绝缘垫片304，绝缘垫片304底端固定安装有压电陶瓷振动器305，安装传递块302为环状的安装传递块302，安装传递块302靠近轴心一端固定安装有卡环306，取芯筒102外侧壁上开设有环状卡槽307，卡环306卡入环状卡槽307内部，安装传递块302底端固定安装有碎石接触圈308，同时压电陶瓷振动器305也开始运行，安装传递块302起到支撑作用，电池303起到为本装置提供电能的作用，绝缘垫片304起到隔离电池303与压电陶瓷振动器305的作用，对双方都起到保护作用，压电陶瓷振动器305运行会产生超声波振动，超声波振动经过安装传递块302与碎石接触圈308传递给岩石，对岩石进行共振破碎，碎石接触圈308为环状的，会对岩石也造成环状的破碎效果，使中央的岩石完好保留下来，卡环306与环状卡槽307对取芯筒102起到限位作用，使两者不可进行竖直方向的相对运动，且同时能够保证取芯筒102旋转时可不受安装传递块302影响，随着与碎石接触圈308接触的岩石圈层被破碎，安装传递块302会带着取芯筒102逐渐向岩石内部深入，同时岩石破碎圈中央保留的完好岩石会深入取芯槽103内，取芯筒102内表面开设有打磨槽面，随着取芯筒102的旋转，会对岩石样本进行表面的打磨，使取芯样本表面平整，不仅有利于岩石样本进入取芯槽103，也有利于相关工作人员进行观察研究。

切断组件包括安装圈401、直线电机槽402、直线电机403、切断片404、单片机405、距离传感器406，取芯筒102外圈中部固定安装有安装圈401，安装圈401内部开设有直线电机槽402，直线电机槽402远离取芯筒102一端固定安装有直线电机403，直线电机403推力轴上固定安装有切断片404，取芯筒102内部固定安装有单片机405，取芯筒102内侧壁上固定安装有距离传感器406，当取芯岩石样本顶端达到距离传感器406高度时，距离传感器406会接收到距离信号，并将信号传递至单片机405，单片机405控制直线电机403启动，控制压电陶瓷振动器305停止，距离传感器406推动切断片404，将切断片404一端推至取芯槽103范围内，切断片404会跟随取芯筒102做圆周运动，会对位于取芯槽103内部的岩石样本进行局部打磨，随着切断片404的不断伸长，最终岩石样本被打磨切断，切断后的岩石取芯样本便于操作人员从取芯槽103顶部直接取出，方便快捷，切断完成后，单片机405控制直线电机403将切断片404拉回初始位置，控制压电陶瓷振动器305重新启动，继续深入岩石进行取芯操作。

取芯抬升组件包括带料安装槽501、轻质弹簧502、带料块503，取芯筒102内侧壁底端开设有带料安装槽501，带料安装槽501远离取芯槽103一端固定安装有轻质弹簧502，轻质弹簧502靠近取芯槽103一端固定安装有带料块503，本装置可进行2-3次连续取芯操作，且取芯操作期间不需要抬升取芯筒102就能完成，直至取芯筒102顶部高度低于配重壳体101上表面，此时也可继续进行取芯，只是随着取芯筒102深入岩石内部，取芯操作没有前2-3次方便快捷，所以取芯操作尾端采集的岩石可通过带料块503进行取出，在本装置运行过程中，取芯筒102旋转产生的离心力会使带料块503压迫轻质弹簧502压缩，带料块503缩入带料安装槽501内部，此时带料块503不会对取芯槽103内部岩石产生任何影响，而当本装置停止运行时，带料块503失去离心力，进入取芯槽103范围，此时借助外力向上抬升取芯筒102，带料块503也随之抬升，将带料块503经过上一个被切断片404切断的岩石样本底端时，会卡入岩石样本底端，对岩石样本起到支撑作用，使取芯槽103内部的岩石样本可随着取芯筒102的抬升被取出。

直线电机槽402与取芯槽103相互连通，直线电机403与单片机405电性连接，距离传感器406与单片机405电性连接，单片机405与压电陶瓷振动器305电性连接，单片机405与电机202电性连接，取芯筒102高度为配重壳体101高度的两倍。

工作原理：

将本装置放置于需要取芯的岩石区域，单片机405与电池303连接的电路上设置有电源开关，启动电源开关，电机202开始运行，电机202带动齿轮203旋转，齿轮203与轮齿204相互啮合，齿轮203通过轮齿204带动取芯筒102旋转，同时压电陶瓷振动器305也开始运行，安装传递块302起到支撑作用，电池303起到为本装置提供电能的作用，绝缘垫片304起到隔离电池303与压电陶瓷振动器305的作用，对双方都起到保护作用，压电陶瓷振动器305运行会产生超声波振动，超声波振动经过安装传递块302与碎石接触圈308传递给岩石，对岩石进行共振破碎，碎石接触圈308为环状的，会对岩石也造成环状的破碎效果，使中央的岩石完好保留下来，卡环306与环状卡槽307对取芯筒102起到限位作用，使两者不可进行竖直方向的相对运动，且同时能够保证取芯筒102旋转时可不受安装传递块302影响，随着与碎石接触圈308接触的岩石圈层被破碎，安装传递块302会带着取芯筒102逐渐向岩石内部深入，同时岩石破碎圈中央保留的完好岩石会深入取芯槽103内，取芯筒102内表面开设有打磨槽面，随着取芯筒102的旋转，会对岩石样本进行表面的打磨，使取芯样本表面平整，不仅有利于岩石样本进入取芯槽103，也有利于相关工作人员进行观察研究，当取芯岩石样本顶端达到距离传感器406高度时，距离传感器406会接收到距离信号，并将信号传递至单片机405，单片机405控制直线电机403启动，控制压电陶瓷振动器305停止，距离传感器406推动切断片404，将切断片404一端推至取芯槽103范围内，切断片404会跟随取芯筒102做圆周运动，会对位于取芯槽103内部的岩石样本进行局部打磨，随着切断片404的不断伸长，最终岩石样本被打磨切断，切断后的岩石取芯样本便于操作人员从取芯槽103顶部直接取出，方便快捷，切断完成后，单片机405控制直线电机403将切断片404拉回初始位置，控制压电陶瓷振动器305重新启动，继续深入岩石进行取芯操作，本装置可进行2-3次连续取芯操作，且取芯操作期间不需要抬升取芯筒102就能完成，直至取芯筒102顶部高度低于配重壳体101上表面，此时也可继续进行取芯，只是随着取芯筒102深入岩石内部，取芯操作没有前2-3次方便快捷，所以取芯操作尾端采集的岩石可通过带料块503进行取出，在本装置运行过程中，取芯筒102旋转产生的离心力会使带料块503压迫轻质弹簧502压缩，带料块503缩入带料安装槽501内部，此时带料块503不会对取芯槽103内部岩石产生任何影响，而当本装置停止运行时，带料块503失去离心力，进入取芯槽103范围，此时借助外力向上抬升取芯筒102，带料块503也随之抬升，将带料块503经过上一个被切断片404切断的岩石样本底端时，会卡入岩石样本底端，对岩石样本起到支撑作用，使取芯槽103内部的岩石样本可随着取芯筒102的抬升被取出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种高精度台式旋转超声岩石取芯装置，其特征在于：包括支撑组件、传动组件、超声碎石组件、切断组件、取芯抬升组件，所述支撑组件位于整套装置的最外侧，起到支撑本装置其他部件的作用，所述支撑组件内部上端设置有传动组件，所述传动组件是本装置运行的动力来源，所述支撑组件内部下端设置有超声碎石组件，所述超声碎石组件起到打碎岩石的作用，所述支撑组件中部设置有切断组件，所述切断组件起到将岩石样本切断分节的作用，所述支撑组件底端设置有取芯抬升组件，所述取芯抬升组件起到卡入并支撑岩石取芯样本的作用；

所述支撑组件包括配重壳体（101）、取芯筒（102）、取芯槽（103），所述配重壳体（101）位于整套装置的最外侧，所述配重壳体（101）中央贯穿安装有取芯筒（102），所述取芯筒（102）中央贯穿开设有取芯槽（103）；

所述传动组件包括传动槽（201）、电机（202）、齿轮（203）、轮齿（204），所述配重壳体（101）内部上端开设有传动槽（201），所述传动槽（201）底端固定安装有电机（202），所述电机（202）转子上固定安装有齿轮（203），所述取芯筒（102）外侧壁上开设有轮齿（204）；

所述超声碎石组件包括活动槽（301）、安装传递块（302）、电池（303）、绝缘垫片（304）、压电陶瓷振动器（305）、卡环（306）、环状卡槽（307）、碎石接触圈（308），所述配重壳体（101）下端开设有活动槽（301），所述活动槽（301）底端安装有安装传递块（302），所述安装传递块（302）内部固定安装有电池（303），所述电池（303）底端固定安装有绝缘垫片（304），所述绝缘垫片（304）底端固定安装有压电陶瓷振动器（305），所述安装传递块（302）为环状的安装传递块（302），所述安装传递块（302）靠近轴心一端固定安装有卡环（306），所述取芯筒（102）外侧壁上开设有环状卡槽（307），所述卡环（306）卡入环状卡槽（307）内部，所述安装传递块（302）底端固定安装有碎石接触圈（308）；

所述取芯抬升组件包括带料安装槽（501）、轻质弹簧（502）、带料块（503），所述取芯筒（102）内侧壁底端开设有带料安装槽（501），所述带料安装槽（501）远离取芯槽（103）一端固定安装有轻质弹簧（502），所述轻质弹簧（502）靠近取芯槽（103）一端固定安装有带料块（503）；

所述取芯筒（102）高度为配重壳体（101）高度的两倍。

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