CN113103340A - 一种用于取样管保压切割装置的刀具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保压切割防淤塞技术领域，具体涉及一种取样管的保压切割装置的刀具。包括切刀座，切刀座上端面设有凸台，凸台能嵌入切割螺旋槽盘的槽内，切刀座前端设有水平切刀，切刀为剑形结构；切刀座左右两侧部车制有水平凹槽，凹槽能与切刀限位盘上的凸起相适配；防淤塞结构为包括竖直部和水平部的L形件，竖直部和水平部上均设有开口，防淤塞结构设于切刀座上，水平部与切刀座下端面贴合，竖直部与切刀座前端面贴合，切刀从竖直部上的开口穿出。本发明刀具小巧，可以根据不同的切割对象，更改切刀的工作部分形状，薄壁采用片状，坚硬物采用车刀结构；刀具更换方便，有损坏可随时更换，防淤塞结构设计对其他结构影响不大，安装方便。

Description

一种用于取样管保压切割装置的刀具

技术领域

本发明涉及保压切割防淤塞技术领域，具体涉及一种取样管的保压切割装置的刀具。

背景技术

海底资源的勘探开发是21世纪的重要研究热点，其中天气水合物作为新能源的代表，其储量巨大、燃烧热值高、燃烧产物清洁等特点让其成为各国研究的热点重点。海底锰结核储量巨大，并且每年都在不断形成，相对于陆地锰的提取，海底锰结核由于其更高的纯度，其提取更加容易。海洋石油的勘探开发同样具有重要的战略意义，对我国海域内的海洋石油资源进行勘探调查，为规模化和商业化开发提供了理论依据。

海底钻探取样作为最主要的探测手段，近年来广泛应用于天然气水合物和锰结核的勘探。采用重力取样、振动取样等多种方式进行海底地层结构的取样，对样品进行分析获得地质结构和样品组成的信息。对于地层结构的分析以及对样品进行CT扫描的前提都是样品尽量的保证和海底相同的状态。比如天然气水合物在压力降低和温度升高的情况下会发生降解，造成组成和结构的变化。

因此研制一套样品的后处理系统是后续研究的保障，其中样品保压转移系统中的切割部分负责样品管的保压切割，如CN 109262698 A一种天然气水合物采样管的保压切割装置。考虑到目前的切割装置采用螺旋槽盘和限位盘配合的模式，二者之间存在着较大的空隙，而切割过程中不免会产生切屑，加之样品中一些小石块和淤泥的存在，使得杂质进入空隙的可能性大大提高，对旋转切割造成影响。为了规避淤塞的发生，针对基于螺旋槽盘的保压切割装置单独设计一套刀具结构，用于防止切刀处的淤泥、小石块进入螺旋槽盘内影响切割。

针对切刀进行单独的设计，类似车刀的结构设计存在着受力面积大的问题，相应会产生更多的切屑，这对于螺旋槽盘和限位盘的防淤塞是不利的。除此之外，尽管车刀对于硬金属的切割是方便的、合适的，但样品管的壁厚较薄，使用车刀这样刀刃不够锋利的切屑刀具并不具备好的适用性。因此，针对薄壁设计对应的切刀也是本切割装置重要的内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，设计一种用于取样管保压切割装置的刀具。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于取样管保压切割装置的刀具，设于切割螺旋槽盘和切刀限位盘间；包括切刀、切刀座和防淤塞结构；切刀座上端面设有凸台，凸台能嵌入切割螺旋槽盘的槽内，切刀座前端设有水平切刀，切刀为剑形结构；切刀座左右两侧部车制有水平凹槽，凹槽能与切刀限位盘上的凸起相适配；防淤塞结构为包括竖直部和水平部的L形件，竖直部和水平部上均设有开口，防淤塞结构设于切刀座上，水平部与切刀座下端面贴合，竖直部与切刀座前端面贴合，切刀从竖直部上的开口穿出。

作为一种改进，防淤塞结构与切刀的间隙处加装有橡胶。

作为一种改进，切刀的厚度为1.5mm，并在切刀边缘制有刀锋。

作为一种改进，切刀座上的凸台前端面是一个平面，后端面是和螺旋槽盘槽形状相适应的曲面，凸台为齿形或者柱形，以减小旋转时的刀具阻力。

作为一种改进，刀具有三个，彼此间呈120°设于切割螺旋槽盘上。

作为一种改进，防淤塞结构的竖直部为弧形结构。

作为一种改进，凸台为齿形时，齿数为三齿、双齿或单齿。

本发明的原理为：刀具中的切刀不同于车刀的结构，刀片的厚度很小，一方面减少了切割所需的径向力，另一方面也用于减少切屑的产生。如果将切刀的作业部分设计成刀片的样子，薄的厚度对于薄壁取样管具有较好的切割效果，但存在着结构强度不足的问题。另外针对塑料材质的薄壁取样管，如果设计成和车刀一样的厚度然后硬抵上去，会切不开，因此切刀厚度足够薄才能在小的径向力的情况下割开取样管。除此之外，切刀上需要加工出与螺旋槽盘相匹配的凸台，凸台在工作的时候，插入到螺旋槽盘内，在切刀限位盘的驱动下，切刀在切割螺旋槽盘的凹槽内进行运动，按照阿基米德螺旋线的路径进行移动，调节与取样管圆心的距离。切刀的切割部分设计成和剑类似的结构，可以同时做到插入顺利、切割锋利以及一定的强度保证。

由于切刀的运动，会形成一个行程上的缺口，对于此缺口的防淤塞利用防淤塞结构实现。考虑到防淤塞结构的安装，在防淤塞结构上设计槽孔、螺纹安装孔和刀孔。另外考虑到取样管需要在保压切割装置内进行移动，因此防淤塞结构设计成弧面。

为了避免切刀冲过防淤塞结构将防淤塞结构顶出，对于螺旋槽盘需要进行行程确定。本发明中，螺旋槽盘渐开线参数方程：x＝a*cos(t)/pi+a*t*sin(t)/pi，y＝a*sin(t)/pi-a*t*cos(t)/pi，其中a为导程，在本装置中将其设定为2.5mm。内曲线为和渐开线等距2.5mm的曲线。螺旋槽盘分为切割螺旋槽盘和夹紧螺旋槽盘，二者对应的参数方程区间分别为11.43*pi≤t≤29.02pi和12.39*pi≤t≤26.55pi。本切割装置内径50mm，实际使用中可以依据不同的使用情况，计算出不同的参数方程区间，确定不同的导程，实现行程上的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)刀具小巧，可以根据不同的切割对象，更改切刀的工作部分形状，薄壁采用片状，坚硬物采用车刀结构；刀具更换方便，有损坏可随时更换；刀具互成120度，夹持和切割都更均匀；防淤塞结构设计对其他结构影响不大，安装方便；

(2)行程可控，利用蜗轮蜗杆机构，控制蜗杆旋转的速度和圈数即可；可根据需求设计导程和参数方程的区间，区间的极限点即是对切刀进行限位的极限点。

附图说明

图1为现有技术中保压切割装置的外观示意图；

图2为现有技术中保压切割装置的剖视图；

图3为本发明刀具与切割螺旋槽盘的装配示意图；

图4为本发明中的防淤塞结构结构示意图；

图5为本发明中的切刀和切刀座结构示意图；

图6为保压切割装置中切刀限位盘的结构示意图；

图7为本发明中刀具在切割螺旋槽盘上的运动轨迹示意图；

图8为本发明的刀具的结构示意图；

图9为本发明的夹紧机构的结构示意图。

图中，1-夹紧蜗杆、2-夹紧蜗轮、3-夹紧螺旋槽盘、4-卡爪、7-固定盘、8-切刀限位盘蜗杆、9-切刀限位盘蜗轮、10-切刀限位盘、11-切割螺旋槽盘、12-防淤塞结构、13-切刀、14-切割螺旋槽盘蜗轮、15-切割螺旋槽盘蜗杆。

具体实施方式

以下的实施案例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1、2所示(部分结构做了省略)，现有技术中，保压切割装置包括用于保压的中空管状的外筒，外筒内设有进退刀机构和夹紧机构。进退刀机构包括切割螺旋槽盘11和切刀限位盘10、刀具和两对蜗轮蜗杆机构。切刀限位盘蜗杆8、切刀限位盘蜗轮9为一对连接切刀限位盘10，控制切刀限位盘10的旋转方向和速度。切割螺旋槽盘蜗轮14、切割螺旋槽盘蜗轮蜗杆15为一对连接切割螺旋槽盘11，控制切割螺旋槽盘11的旋转方向和速度，这两对蜗轮蜗杆对切刀13的运动控制包括了切刀13的周向旋转速度、进给的速度和方向。刀具所安装的具体位置在设于切割螺旋槽盘11和切刀限位盘10间的空隙，在切刀限位盘10的驱动下，切刀13在切割螺旋槽盘11槽内进行运动，如图7所示，按照阿基米德螺旋线的路径进行移动，调节与取样管圆心的距离。如图9所示，夹紧机构包括夹紧螺旋槽盘3和固定盘7，夹紧螺旋槽盘3上设有夹爪4，夹紧蜗杆1和夹紧蜗轮2与夹紧螺旋槽盘3相连，用于控制夹紧螺旋槽盘3的旋转。

本发明提供一种用于取样管保压切割装置的刀具，如图3所示，本发明中的刀具有三个，彼此间呈120°，主体部分设于切割螺旋槽盘11上。如图8所示，结构包括切刀13、切刀座和防淤塞结构12。如图5所示，切刀座上端面设有凸台，凸台能嵌入切割螺旋槽盘11的槽内，切刀座前端设有水平切刀13，切刀13为剑形结构，切刀13的厚度为1.5mm，并在切刀13边缘制有刀锋，可以同时做到插入顺利，切割锋利以及一定的强度保证。切刀座左右两侧部车制有水平凹槽，凹槽能与切刀限位盘10上的凸起相适配。如图4所示，防淤塞结构12为包括竖直部和水平部的L形件，防淤塞结构12的竖直部为弧形结构。竖直部和水平部上均设有开口，防淤塞结构12设于切刀座上，水平部与切刀座下端面贴合，竖直部与切刀座前端面贴合，切刀13从竖直部上的开口穿出。水平部的开口为螺栓孔，用于通过螺栓实现切刀限位盘10与刀具的连接。

如图2所示，本发明的刀具被封装在密闭的环境内，实现了相对的动态封闭环境，阻止了淤泥、小石块的进入。本发明的各部分采用螺栓进行连接，使得各部分连接成一个整体，安装的时候，先进行刀具和各盘之间的互相配合，然后安装在切割装置的内腔内。

如图3所示，本发明的刀具有三个，互成120度。如图5所示，切刀座凸台宽度略小于槽宽，凸台的前端面是一个平面，后端面是和螺旋槽盘槽形状相适应的曲面(阿基米德螺旋线等距螺旋的曲线段)。实际运动时如果由于三齿出现淤塞的现象，可以将三齿改成双齿、单齿。

在其他的实施中，本发明可根据样品管的情况做如下适应性改造：

1、针对切割对象的不同，较软或较硬的样品均可以采用现在的刀片式切刀设计，若是取样管内是岩层，那么采用这样的薄片设计显然无法提供足够的强度，在切屑量上需要做一些取舍，采用车床上的切断刀结构，设计合理的前角、后角、副后角、主偏角，另外对于刀体长度、主切削刃宽度、副偏角、卷屑槽都要进行设计改造。

2、针对切屑的防淤塞，如果样品的成分均匀，或者颗粒尺寸的分布较为集中，那么依据样品杂质的最小尺寸进行堵头和刀具之间缝隙的设计，使得缝隙小于最大尺寸杂质颗粒即可。若是淤泥等尺寸相对很小难以完全淤塞的样品，可以在缝隙处加塞橡胶，实现完全的动密封。

3、将切刀座上凸台的形状改为圆柱形，将刀具和槽盘之间的滑动摩擦转换成滚动摩擦。对于少量的杂质淤塞也有较好的包容度。

同时，可视为本发明的拓展，本发明中的防淤塞结构12还可应用于保压切割装置的卡爪4上，用于防止卡爪4与夹紧螺旋槽盘3间空隙的淤堵。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于取样管保压切割装置的刀具，设于切割螺旋槽盘和切刀限位盘间；其特征在于，包括切刀、切刀座和防淤塞结构；所述切刀座上端面设有凸台，凸台能嵌入所述切割螺旋槽盘的槽内，切刀座前端设有水平切刀，切刀为剑形结构；切刀座左右两侧部车制有水平凹槽，所述凹槽能与切刀限位盘上的凸起相适配；所述防淤塞结构为包括竖直部和水平部的L形件，竖直部和水平部上均设有开口，防淤塞结构设于切刀座上，水平部与切刀座下端面贴合，竖直部与切刀座前端面贴合，切刀从竖直部上的开口穿出。

2.根据权利要求1中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述防淤塞结构与切刀的间隙处加装有橡胶。

3.根据权利要求1中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述切刀的厚度为1.5mm，并在切刀边缘制有刀锋。

4.根据权利要求1中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述切刀座上的凸台前端面是一个平面，后端面是和螺旋槽盘槽形状相适应的曲面，凸台为齿形或者柱形，以减小旋转时的刀具阻力。

5.根据权利要求1中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述刀具有三个，彼此间呈120°设于切割螺旋槽盘上。

6.根据权利要求1中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述防淤塞结构的竖直部为弧形结构。

7.根据权利要求4中所述的一种用于取样管保压切割装置的刀具，其特征在于，所述凸台为齿形时，齿数为三齿、双齿或单齿。

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