CN114458205B - 一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法，包括S1、将岩芯舱装配子系统固定于预设的地基基础上，并将岩芯舱的模拟舱固定于岩芯舱装配子系统中的安装底板上；S2、驱动油缸作业，驱动安装底板移动到预设位置处；S3、驱动伺服电机，机械手控制两个卡箍沿模拟舱相向运动；S4、将钻杆舱装配子系统固定于地基基础上，且钻杆舱装配子系统安装于与Y轴垂直的X轴上；S5、基于钻杆长度，将多段钻杆舱依次拼接，并将拼接后的完整钻杆舱的底部与岩芯舱的模拟舱对位连接，完整钻杆舱的顶部与钻杆自适应导向结构的下部对位连通；S6、驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位。

Description

一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法

技术领域

本发明属于能源钻井的技术领域，具体涉及一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法。

背景技术

与欧美国家资源普遍埋深小于2000m不同，我国70％以上的资源埋深超过2000m且浅部资源已经枯竭，并以每年超过10m的速度向深部延伸。油气资源开采深度已经达到8418m，我国石油对外依存度高达67％，已远超国际公认的能源安全警戒线。因此，向深部探索能源资源已是我国当前最紧迫的现实问题，也是我国重大战略科技问题，更是我国重大的能源安全问题。

向地球深部进军，需要从3个层次逐步开展研究(深地钻探、深地基础科学规律、深地资源开发利用)，其中最关键的是深部基础科学规律研究。而深地原位环境非常复杂，在整套深部原位取芯系统应用于现场科学钻探前，需要事先在室内开展实验模拟，以有效验证设备的可行性和和进行相关参数的校准，因此需要搭建一个完整的试验仿真平台。但现有装配平台结构复杂，自动化程度低，装配流程繁琐，即现有的装配平台的技术方法不可用，故基于此，需要建立一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法，以解决现有装配平台结构复杂，自动化程度低，装配流程繁琐，即现有的装配平台的技术方法不可用的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其包括以下步骤：

S1、将岩芯舱装配子系统固定于预设的地基基础上，并将岩芯舱的模拟舱固定于岩芯舱装配子系统中的安装底板上；

S2、驱动油缸作业，油缸活塞端驱动安装底板在Y轴上移动，直至移动到预设位置处；

S3、驱动伺服电机，两个机械手作业，机械手控制两个卡箍沿模拟舱相向运动，以支撑固定岩芯舱的模拟舱；

S4、将钻杆舱装配子系统固定于地基基础上，且钻杆舱装配子系统安装于与Y轴垂直的X轴上；

S5、基于钻杆长度，将多段钻杆舱依次拼接，并将拼接后的完整钻杆舱的底部与岩芯舱的模拟舱对位连接，完整钻杆舱的顶部与钻杆自适应导向结构的下部对位连通；

S6、驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向。

本发明提供的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，具有以下有益效果：

本发明方法基于岩芯舱装配子系统，以实现整个模拟舱的承重，同时用以整个岩芯舱模拟舱在Y轴方向的调节，以调节到预设位置，加之在岩芯舱装配子系统设置的两个机械手，可以进一步精确的调控岩芯舱模拟舱在Y轴的位置。

本发明方法基于钻杆舱装配子系统，其包括设置的安装支架，安装支架上设置有可沿竖直方向运动的活动支架，进而用以调控钻杆在Z轴上的位置。

本发明在活动支架上设置钻杆自适应导向结构，用以对钻杆在X轴向上的调控，以及对钻杆舱的装配过程进行准确定位，确保钻杆及钻杆舱的装配精度，为钻杆提供稳定的支撑和固定。并且，在钻杆装配过程中，为钻杆提供导向作用，确保钻杆在装配时与安装平台下方的岩芯舱进行精准对位。

本发明可实现对大尺寸非标高温高压模拟实验舱体构件的准确装配和可靠固定，通过正交三轴上的位置调控，实现分段舱体的装配；通过钻杆的自适应导向结构，提高装配系统的自动化程度。

附图说明

图1为本系统与地基基础的结构示意图。

图2为本系统的深部原位保真取芯率定平台的装配方法结构示意图。

图3为岩芯舱装配子系统的结构示意图。

图4为岩芯舱装配子系统的局部结构示意图。

图5为岩芯舱装配子系统的仰视结构示意图。

图6为安装座组件的结构示意图。

图7为机械手的安装结构图。

图8为机械手卡箍背面的结构图。

图9为机械手卡箍正面的结构图。

图10为安装支架的结构示意图。

图11为单侧安装支架的结构示意图。

图12为活动支架连接在固定支架内部的结构示意图。

图13为驱动装置和传动箱安装在活动支架顶部的结构示意图。

图14为丝杆螺母的结构示意图。

图15为钻杆自适应导向结构的结构示意图。

图16为安装板的结构示意图。

图17为导向件的三维结构示意图。

图18为滑链式钻杆自适应导向固定装置的安装示意图。

图19为滑链式钻杆自适应导向固定装置与钻杆接触示意图。

图20为滑链式钻杆自适应导向固定装置的结构图。

图21为线轮式钻杆自适应导向固定装置的结构图。

图22为第二滚轮固定组的结构图。

其中，1、岩芯舱装配子系统；

101、滑轨；102、安装底板；103、滚轮；104、油缸安装板；105、油缸；106、安装耳；107、安装座组件；108、铰接轴；109、固定板；110、第一连接板；111、限位条；112、安装柱；113、封板；114、竖向加强板；115、横向加强板；116、拉杆；117、机械手；118、模拟舱；

119、伺服电机；120、动导向杆；121、卡箍；122、防转杆，123、丝杆；124、第二连接板；125、静导向杆；126、安装支架；127、活动支撑块；128、弹簧；129、安装板；130、条形孔；131、活动耳；132、螺柱。

2、钻杆舱装配子系统；

201、固定支架；202、活动支架；203、驱动装置；204、传动箱；205、传动丝杆；206、丝杆螺母；207、第一导向杆；208、直线轴承；209、主动轴；210、从动轴；111、缺口；112、螺母安装板；113、轴承安装板；114、螺母套筒；115、连接部；216、安装孔；217、第三连接板；218、三角形加强板；219、矩形加强板；220、限位块；

221、导轨安装板；222、通孔；223、导向件；224、上部件；225、下部件；226、第四连接板；227、加强板；228、导向筒；229、旋转电机；230、导向丝杆；231、连接座；232、导向杆母座；233、第二导向杆；234、导向臂电机座；235、直线导轨；236、滑块；

301、滚轴；302、钻杆；303、滑链式安装板；304、滑链式安装支架；305、第一铰接座；306、第二滑轨；307、下导向杆固定板；308、电机座；309、螺母安装板；310、电机；311、旋转轴；312、上导向杆固定板；313、稳定导向杆；314、安装平台；315、滑链式导向丝杆；316、第二铰接座；317、第一连接块；318、第一滑块；319、第一滑轨；

401、电机安装座，402、线轮伺服电机，403、联轴器，404、线轮式导向杆，405、线轮式导向丝杆，406、线轮式螺母，407、导向座，408、固定板，409、橡胶减震垫，410、线轮式安装板，411、第一滚轮，412、安装架，413、竖直板，414、第三滑轨，415、安装底座，416、线轮式滑块，417、石墨铜套，418、线轮式连接板；

5、地基基础。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，本方案的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，具体包括以下步骤：

步骤S1、将岩芯舱装配子系统1固定于预设的地基基础上，并将岩芯舱的模拟舱固定于岩芯舱装配子系统中的安装底板上；

步骤S2、驱动油缸作业，油缸105活塞端驱动安装底板102在Y轴上移动，直至移动到预设位置处；

步骤S3、驱动伺服电机119，两个机械手作业，机械手控制两个卡箍121沿模拟舱118相向运动，以支撑固定岩芯舱的模拟舱118；

步骤S4、将钻杆舱装配子系统2固定于地基基础上，且钻杆舱装配子系统2安装于与Y轴垂直的X轴上；

步骤S5、基于钻杆长度，将多段钻杆舱依次拼接，并将拼接后的完整钻杆舱的底部与岩芯舱的模拟舱118的顶部对位连接，完整钻杆舱的顶部与钻杆自适应导向结构的下部对位连通；

步骤S6、驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向。

根据本申请的一个实施例，参考图1-图2，本方案的深部原位保真取芯率定平台的装配方法中涉及的结构，具体包括岩芯舱装配子系统1和钻杆舱装配子系统2，岩芯舱装配子系统固定于地基基础5上，用以承载整个岩芯舱模拟舱，以及控制岩芯舱模拟舱的准确移动。

钻杆舱装配子系统1位于岩芯舱装配子系统上方，用以钻杆装配过程进行准确定位，提高钻杆的装配精度，为钻杆提供稳定的支撑和固定。

具体的，以下将对岩芯舱装配子系统和钻杆舱装配子系统进行详细描述，

参考图5-图9，步骤S1-步骤S3具体包括以下内容：

岩芯舱装配子系统包括两根对列平齐安装在地基基础5上的滑轨101；两根滑轨101上设置有用于承载模拟舱118的安装底板102，安装底板102的两侧均设置有多个用于在两根滑轨101上滚动的滚轮103，滚轮103通过滚轮座与安装底板102下端面固定连接；地基基础5上设置有油缸安装板104，油缸安装板104设置于安装底板102的一侧，油缸安装板104上设置有一根长度方向与滑轨101长度方向同向的油缸105；安装底板102的下端面设置有一个用于与油缸105的活塞端连接的安装耳106。

作为滑轨101和滚轮103的具体设置方式，两根滑轨101均为工字钢，每个滚轮103的圆周外壁上均环形向设置有用于与工字钢上翼板配合的环形槽，工字钢材料运用广泛，其承载性能稳定良好，且成本低。

油缸105的活塞端和底端的固定方式限定为铰接，便于安装和拆卸，油缸安装板104的中部设置有一个用于与油缸105底座铰接的安装座组件108；安装座组件107包括铰接轴108、固定板109和两块第一连接板110，两块第一连接板110均与固定板109垂直连接，两块第一连接板110间隙，每块第一连接板110上均设置有一个供铰接轴108穿过的圆孔，两块第一连接板110上的圆孔相互对齐；油缸105底座设置于两块第一连接板110之间，铰接轴108穿过油缸105底座和两块第一连接板110，实现油缸105底座与两块第一连接板110的铰接；油缸105的活塞杆端部与安装耳106铰接。

本方案的安装支架的基本原理为：首先，在安装底板102的底部上设置有滚轮103，而在承载模拟舱118的地基基础5上设置有两根滑轨101，安装底板102通过滚轮103与滑轨101的配合实现沿滑轨101的长度方向定向移动，达到精确控制模拟舱118平移的目的，安装底板102的上端面用于承载模拟舱118，且模拟舱118的重量通过安装底板102传递至两根滑轨101上承载，承载量大；载有模拟舱118的安装底板102是通过油缸105驱动的，油缸105的活塞端的伸出或者回缩，实现安装底板102在两根滑轨101上往复直线运动，且运行平稳，便于控制，推力大，满足模拟舱119的平移作业。

安装底板102的上端面设置多根用于与模拟舱118底部圆周外壁接触的限位条111，限位条111的设置可以实现将模拟舱118固定在安装底板102的上端面，提高模拟舱118在安装底板102上的稳定性。

安装底板102的上端面长度方向的两侧均设置有用于固定拆装和装配模拟舱118机械手117的安装柱112，两根安装柱112对称设置，每个安装柱112的长度方向均为竖直方向。安装柱112为机械手117安装提供一个载体，便于将机械手117集成在整个平移装置上，实现对模拟舱118舱段的拆卸与安装。

作为机械手117的具体设置方式，位于模拟舱118上设置有两个完全相同的机械手117，两个机械手117同向平行设置于不同高度，其具体用于控制安装设置在模拟舱118两侧的两块卡箍121。

卡箍121属于模拟舱118的一部分，用于加固舱体与端盖之间的连接，且机械手与卡箍121并不是一体，机械手用于负责将卡箍121安装到模拟舱118的舱体上。卡箍121部分也可作为舱体密封的配合装置，装配系统除了安装卡箍121，对中外，还具有加持钻杆舱等功能。

两块卡箍121均为半圆形块，且两块卡箍121抱合在模拟舱118的外壁上，卡箍121的内表面上设置有与模拟舱118外壁轮廓贴合的卡槽；卡箍121的背面设置有拱形的连接块，连接块上设置有驱动卡箍121进行抱合移动的驱动机构，避免驱动机构直接与卡箍121接触，使其变形。驱动机构安装在安装板129上，安装板129通过安装支架126安装在模拟舱118两侧的安装柱112上，两块卡箍121之间通过移动稳定机构连接。

本发明用于对岩芯舱的模拟舱118进行对中固定，在进行深部原位取芯模拟过程时，两个卡箍121对岩芯舱的上端进行支撑和固定，确保钻杆进入的部位的稳定性，并且在钻杆和岩芯舱装配的过程中，确保钻杆能精确的对中，提高模拟舱118的刚度，确保岩芯舱模拟舱118装配安全稳定。通过伺服电机119驱动丝杆123转动，进而驱动两块卡箍121相向移动，实现对岩芯舱的固定，并且静导向杆125和动导向杆120确保了卡箍121移动时的稳定性和强度，确保横向位移和纵向位移的精度。

本方案的驱动机构包括与卡箍121垂直的丝杆123，丝杆123的一端通过轴承与连接块连接；丝杆123穿过安装板129，安装板129上设置有与丝杆123螺纹连接的螺母；丝杆123的另一端与步进电机的转轴传动连接，步进电机安装在电机安装板129上。螺母进行固定，通过伺服电机119的转动，进而驱动丝杆123沿着螺母进行移动，使得卡箍121进行抱合动作，移动稳定，并能确保足够的抱合强度。

本方案的第二连接板124与电机安装板129之间设置有若干防转杆122，本实施例采用三根，三根防转杆122均匀分布在丝杆123周围，且防转杆122与丝杆123平行，防转杆122贯穿安装板129，且安装板129上设置有第一石墨铜套，防转杆122滑动设置在第一石墨铜套内。在丝杆123移动的过程中，防转杆122进一步确保伺服电机119移动的稳定性，并且滑动效果良好。

卡箍121的一侧设置有动导向杆120，动导向杆120的一端与卡箍121固定连接，动导向杆120的另一端穿过安装板129上设置的第二石墨铜套，且动导向杆120与第二石墨铜套滑动连接。卡箍121在移动的过程中，动导向杆120也顺着移动，确保卡箍121移动的稳定性。

移动稳定机构包括静导向杆125，静导向杆125的两端固定在岩芯舱两侧的安装板129上，两块卡箍121均活动设置在静导向杆125上，卡箍121一侧的两个角上设置有导向套，导向套与静导向杆125滑动连接。两块卡箍121进行移动时，通过同一根静导向杆125进行导向，沿着同一根静导向杆125移动，确保两块卡箍121的同步性，减少误差。

安装板129与安装支架126活动设置，安装板129上开设有竖向的条形孔130，每个条形孔130内均设置有压紧销，压紧销固定在安装支架126上，安装板129上设置有活动耳131，安装支架126上设置有活动支撑块127，活动支撑块127的上端竖直的螺柱132，螺柱132穿过活动耳131上设置的通孔，螺柱132的上端和下端均设置有调整螺母，两端调整螺母与活动耳131之间设置有弹簧128，弹簧128套在螺柱132上。安装板129的竖向误差可通过压紧销进行调整，螺柱132两端的弹簧128提供了振动的回弹力，能有效抵抗高强度工作带来的振动，并且弹簧128的弹力可通过调整螺母进行调整。

作为安装柱112的具体设置方式，每个安装柱112均呈两端均有封板113的中空矩形柱状结构，每个安装柱112内均设置有多块竖向加强板114和横向加强板115；多块横向加强板114沿安装柱112的长度方向间隔均匀布置；多块竖向加强板114分布于多块横向加强板115之间以及分布于横向加强板115与封板113之间；中空结构的安装柱112可以实现在减轻自身重力的同时，降低制造成本，同时由于安装柱112的重量小，进而安装底板102可承载重量更大的模拟舱118，可以实现提高安装底板102的承载能力。

两个安装柱112之间水平设置有拉杆116，拉杆116的两端分别与两个安装柱112的侧壁可拆卸连接；拉杆116上延其长度方向上间隔均匀设置有多个安装孔，可以提高两个安装柱112之间的稳定性。

本发明的岩芯舱装配子系统1中的安装底板通过滚轮与滑轨的配合实现沿滑轨的长度方向定向移动，该移动方向定义为Y向移动；同时，配合两个在Y方向移动的机械手，进一步调控在Y方向的位置，以实现岩芯舱在Y方向的整体平移吊装和位移的精确调控。

本发明的步骤S4、步骤S5和步骤S6，具体包括以下内容：

本发明的钻杆舱装配子系统2包括安装支架和钻杆自适应导向结构，钻杆自适应导向结构设置于安装支架上，并可沿安装支架上下移动，以实现对钻杆的不同高度的夹持。

参考图10-图14，安装支架包括两个对称设置的固定支架201，两个固定支架201的底部与地面基础固定连接，两个固定支架201沿竖直方向设置。

每个固定支架201的底部均设置有一块用于与地面基础固定连接的第三连接板217；固定支架201的侧壁与第三连接板217之间设置有多块三角形加强板218，多块三角形加强板218的设置可以提高固定支架201与地面基础连接的稳定性。

每个固定支架201内均设置有一个沿竖直方向运动的活动支架202，活动支架202顶部设置有驱动装置203和传动箱204，活动支架202内竖直设置有传动丝杆205，传动丝杆205通过传动箱204与驱动装置203连接；每个固定支架201上均固定设置有与传动丝杆205螺纹连接的丝杆螺母206；每个活动支架202上均竖直设置有第一导向杆207，每个固定支架201上固定设置有与第一导向杆207滑动连接的直线轴承208。

深部原位保真取芯率定平台的装配方法的安装支架的基本工作原理为：首先将多段结构的保真舱放置在两个固定支架201之间，在两个活动支架202的顶部之间设置有安装板，安装板上设置有用于夹紧保真舱舱段外壁的夹持装置，控制驱动装置203启动，驱动装置203通过传动箱204带动传动丝杆205转动，转动的传动丝杆205与在固定支架201上的丝杆螺母106螺纹配合，实现活动支架202相对于固定支架201位置发生改变，也即实现了在两个活动支架202顶部上的夹持装置在竖直方向上位置的变化，以实现本系统在Z轴上的竖向位移控制，进而实现了对保真舱舱段的装配和拆卸，提高了岩芯试验效率，降低了试验人员的工作强度。

作为驱动装置203和传动箱204的一种具体实施方式，驱动装置203为步进电机；传动箱204内设置有一根带有齿轮的主动轴209和多根带有齿轮的从动轴210；主动轴109与步进电机的输出端连接，主动轴209和多个从动轴210呈一字型排列在传动箱204内，相邻两根轴通过齿轮啮合传动；传动丝杆205与从动轴210连接。驱动装置203可以通过减速器将动力传递至传动箱204，传动箱204将动力分配至从动轴210上进而实现从动轴210带动传动丝杆205的旋转。

作为固定支架201和移动支架的具体设置方式，每个固定支架201的横截面均呈长度方向侧具有缺口211的矩形结构，固定支架201可以由型材钢板经过折叠成型呈上述结构，该结构的固定支架201受力性能优异，且能够使移动支架设置于缺口211内，移动支架可以有多根矩形钢管相互拼接成封闭的矩形结构。

每个活动支架202均匹配有两根传动丝杆205和两根第一导向杆207；两根传动丝杆205分别与位于传动箱204两端的从动轴210连接；固定支架201顶面设置有用于安装固定丝杆螺母206的螺母安装板212，丝杆螺母206的数量为两个，分别位于螺母安装板212的两端。

丝杆螺母206包括与传动丝杆205螺纹连接的螺母套筒214和设置在螺母套筒214上的连接部215，连接部215的正视投影呈切边圆形或多边形；连接部215上设置有多个用于与螺母安装板212连接的安装孔216。连接部215的设置，便于整个丝杆螺母206与螺母安装板212的拆卸和装配。

两根第一导向杆207分别位于活动支架202的两侧壁上，缺口211的两侧均固定有一块用于固定直线轴承208的轴承安装板213；两根第一导向杆207分别与两个直线轴承208滑动连接。

两根传动丝杆205和两根第一导向杆207的设置，使得活动支架202在固定支架201内竖直直线运动时，更加稳定可靠，实现了保真舱的自动化、高精度装配与对接，保证了安全和稳定性。

每个固定支架201的缺口211两侧均固定设置有多块矩形加强板219，多块矩形加强板219沿固定支架201长度方向间隔均匀设置，可以加强两个固定支架201本身结构的稳定性，避免在吊装保真舱舱段时产生过大形变。

固定支架201内设置有两块用于与两根传动丝杆205底部接触的限位块220，两个限位块220均水平设置其分布于缺口211的两外侧，限制活动支架202下降的行程量，不仅可以避免活动支架202底部与地面基础接触，而且还可以避免出现因传动丝杆205滑丝失效而造成活动支架202急速下降至地面基础上，相当于提供了一个防止活动支架202损坏的保险措施。

本发明步骤S6，驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向的第一种实施方式，具体如下：

参考图15-图17，其包括导轨安装板221，导轨安装板221固定安装于两个活动支架202之间，可随活动支架202的移动而上下位移。

导轨安装板221的中部开设有用于供钻杆穿过的通孔222，通孔222的两侧对称设置有一对相向或相离运动的导向件223，两个导向件223相向运动至端面接触后围合后形成上大下小漏斗状结构的导向筒228，导向筒228小径端的内壁用于钻杆的外壁接触。

导向筒228的方向位于X轴方向，与岩芯舱装配子系统1中的Y轴方向互为垂直。

在装配前，两个导向件223相向运动直至接触后形成漏斗状结构的导向筒228，钻杆从导向筒228中间插入，同时导向筒228小径端的内壁能与钻杆圆周外壁贴合，对钻杆进行支撑固定，使其受力均匀，提高装配精度以及装配过程中的安全性。

作为通孔222的一种优选设计方式，通孔222的直径大于导向筒228小径端的内径，通孔222在水平方向的两侧设置有圆弧缺口，可以避免钻杆穿过导向筒228和通孔222时，钻杆与通孔222内壁接触，造成钻杆外壁的划伤，且通孔222设置有圆弧缺口，相当于扩大了通孔222的面积，使得钻杆更容易穿过，降低钻杆的装配难度。

作为两个导向件223的一种具体设置方式，每个导向件223均包括呈中空半圆台结构的上部件224和呈中空半圆柱结构的下部件225；下部件225的直径与上部件224小径端的直径相同，下部件225的上端面与上部件224的下端面相接。

下部件225的底部外壁上沿水平方向设置有第四连接板226；上部件224、下部件225和第四连接板226之间间隔设置有两块加强板227，每块加强板227的一侧端面分别与上部件224的外壁、下部件225的外壁和第四连接板226的上端面固定连接；加强板227的设置，可以提高整个导向件223的结构强度，避免碰撞变形，保证工作过程的稳定，提高其使用寿命。第四连接板226的设置，便于在其下方设置滑动装置，降低导向件223的运动阻力，使得导向件223的相对或相离运动更为平稳。

作为导向件223沿导轨安装板221长度方向水平运动的具体实现方式，导轨安装板221的两端分别设置有一个用于驱动导向件223水平运动的驱动装置，每个驱动装置均包括旋转电机229，旋转电机229的输出端上设置有导向丝杆230，导向丝杆230位于两块加强板227之间；下部件225的圆周外壁上设置有连接座231；旋转电机229和连接座231之间设置有底部与导轨安装板221上端面固定的导向杆母座232，导向杆母座232上贯穿设置有多根第二导向杆233，多根第二导向杆233均与导向杆母座232滑动连接；旋转电机229上设置有导向臂电机座234，每根第二导向杆233的一端均与导向臂电机座234固定连接，另一端贯穿连接座231与其滑动连接；导向丝杆230的自由端贯穿导向杆母座232与连接座231螺纹连接。第二导向杆233的设置，防止偏转。在钻杆装配前，两个导向件223呈分离状态，在需要装配导向件223时，旋转电机229正转带动导向丝杆230转动，导向丝杆230与连接座231螺纹连接，通过导向丝杆230和连接座231将旋转电机229的旋转运动转化为直线运动，并传递至导向件223上，实现两个导向件223的相向运动，直至两个导向件223接触后，旋转电机229停止，两个导向件223接触后围合后形成上大下小漏斗状结构的导向筒228，导向筒228为钻杆提供导向作用，确保钻杆在装配时与安装平台下方的岩芯舱进行精准对位。在钻杆装配完成后，旋转电机229反转，两个导向件223分离。

作为多根第二导向杆233的具体设置方式，多根第二导向杆233的数量为4根，4根第二导向杆233呈两行两列间隔均匀分布，导向丝杆230设置于4根第二导向杆233的中心位置。

每个导向件223均匹配一套滑动装置，每套滑动装置包括两根直线导轨235，两根直线导轨235的长度方向与导轨安装板221的长度方向同向且与导轨安装板221的上端面固定连接；两根直线导轨235位于第四连接板226的下方且分布于第四连接板226宽度方向的两侧；

第四连接板226的下表面设置有用于与两根直线导轨235滑动配合的滑块236。滑动装置降低导向件223的运动阻力，使得导向件223的相对或相离运动更为平稳。

本发明步骤S6，驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向的第一种实施方式，具体如下：

参考图18-图20，其包括安装平台314，安装平台314固定于两个活动支架202之间，以随活动支架202的移动而上下移动。

安装平台314上开设有供钻杆302穿过的通孔，通孔的四周设置有若干滚柱滑链支撑机构；滚柱滑链支撑机构包括支撑座，支撑座上设置有可在支撑座上伸缩摆动的接触件，接触件与支撑座之间设置有伸缩驱动机构，若干滚柱滑链支撑机构上的接触件在通孔四周围成上大下小的漏斗状结构。

本方案在实施时，接触件包括两块平行的滑链式安装板303，滑链式安装板303竖向设置，两块滑链式安装板303之间均匀设置有若干滚轴301，若干滚轴301成竖向排布，滚轴301的两端转动设置在两块滑链式安装板303之间，两块滑链式安装板303均设置在伸缩驱动机构上，伸缩驱动机构活动设置在支撑座上端设置的安装支架304上。

两块滑链式安装板303的上端设置有向远离钻杆302方向弯折的弯折部，弯折部内也设置有若干滚轴301。若干接触件在通孔周围围城漏斗状结构时，弯折部在漏斗状结构的上端形成向外翻折的边沿，防败钻杆302及部件的插入，避免损失钻杆302。

本方案用于在深部原位试验仿真平台上，对钻杆舱的装配过程进行准确定位，确保钻杆舱的装配精度，为钻杆302提供稳定的支撑和固定。并且，在钻杆302装配过程中，为钻杆302提供导向作用，确保钻杆302在装配时与安装平台314下方的钻杆302腔进行精准对位。在装配前，若干接触件调整好角度和间距，形成一个漏斗状的结构，钻杆302从若干接触件的中间插入，接触件上的滚轴301顺着钻杆302的插入进行滚动，避免对钻杆302的避免造成损伤，同时能与钻杆302表面完美贴合，支撑固定受力均匀。

本方案在实施时，滚轴301的中部设置有与钻杆302外圆周配合的环形槽，环形槽为内凹的弧形面，环形槽与滚轴301表面平滑过渡。方便使滚轴301与钻杆302的避免接触，同时避免环形槽对钻杆302表面造成损伤。

本方案在实施时，伸缩驱动机构包括上驱动机构和下驱动机构，上驱动机构包括上导向杆固定板312，上导向杆固定板312与两块滑链式安装板303的上端铰接，上导向杆固定板312上设置有驱动上导向杆固定板312向钻杆302移动的移动驱动机构；下驱动机构包括下导向杆固定板307，下导向杆固定板307与两块滑链式安装板303的下端铰接，下导向杆固定板307上也设置有驱动下导向杆固定板307向钻杆302移动的移动驱动机构，移动驱动机构安装在安装支架304上。

两块滑链式安装板303的上端通过锁紧螺栓连接，两块滑链式安装板303的下端通过旋转轴311连接，且旋转轴311的两端通过轴承安装在滑链式安装板303上；旋转轴311上设置有第一铰接块，第一铰接块与下导向杆固定板307上安装的第一铰接座305铰接；两块滑链式安装板303的上端均设置有竖向的第一滑轨319，两块第一滑轨319上均设置有第一滑块318，两块第一滑块318之间通过连接块317连接，连接块317上设置有第二铰接块，第二铰接块与上导向杆固定板312上设置的第二铰接座316铰接。

接触件进行角度调整时，可同时对上端和下端同时进行调整，调整的自由度高，支撑的受力稳定，结构稳定。第一滑轨319设置在滑链式安装板303上开设的U形槽内，实现为第一滑轨319竖向位置的定位和稳定的安装。

移动驱动机构包括滑链式导向丝杆315，滑链式导向丝杆315的一端通过轴承安装在上导向杆固定板312和下导向杆固定板307上，滑链式导向丝杆315的另一端通过轴承设置有电机座308，滑链式导向丝杆315的端部与电机座308上的电机310传动连接，滑链式导向丝杆315上设置有丝杆螺母，丝杆螺母安装在安装支架304上设置的螺母安装板309上，滑链式导向丝杆315贯穿螺母安装板309。通过电机310的转动带动滑链式导向丝杆315，进而驱动接触件的上端和下端实现不同角度的摆动，滑链式导向丝杆315与丝杆螺母的配合稳定。

上导向杆固定板312与电机座308之间、下导向杆固定板307与电机座308之间设置有若干稳定导向杆313，若干稳定导向杆313均匀分布在滑链式导向丝杆315四周，稳定导向杆313穿过螺母安装板309，且稳定导向杆313与螺母安装板309滑动连接，稳定导向杆313进一步增加了滑链式导向丝杆315移动的稳定性，减少振动带来的误差。螺母安装板309的下端设置有第二滑块，第二滑块滑动设置在第二滑轨306上，第二滑轨306安装在安装平台314上，进一步确保上导向杆固定板312和下导向杆固定板307移动的稳定性。

本发明步骤S6，驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向的第一种实施方式，具体如下：

参考图21-图22，其包括安装底座415，固定于两个活动支架202之间，以随活动支架202的移动而上下移动。

安装底座415上开设有供钻杆穿过的通孔，通孔的两侧分别设置有第一滚轮固定组和第二滚轮固定组；第一滚轮固定组和第二滚轮固定组均包括第一滚轮组和第二滚轮组，第二滚轮组设置在第一滚轮组的上方；第一滚轮组和第二滚轮组均包括滚轮安装架，滚轮安装架上设置有两个滚轮，两个滚轮成八字形排布，且滚轮的圆周与钻杆的表面接触，滚轮与钻杆的表面垂直；滚轮安装架的尾部设置有驱动滚轮安装架沿着钻杆垂直方向移动的驱动机构。

本方案用于在深部原位试验仿真平台上，对钻杆舱的装配过程进行准确定位，确保钻杆舱装配精度，为钻杆提供稳定的支撑和固定。并且，在钻杆装配过程中，为钻杆提供导向作用，确保钻杆在装配时与安装平台下方的钻杆舱进行精准对位。在装配前，若干接触件调整好角度和间距，多个滚轮包围钻杆的外部，对钻杆进行抱合，钻杆从多个滚轮的中间插入，滚轮顺着钻杆的插入进行滚动，避免对钻杆的避免造成损伤，同时能与钻杆表面完美贴合，支撑固定受力均匀。

本方案的滚轮安装架包括成C形的线轮式安装板410，安装板的下端设置有支撑板，支撑板上开设置有包围钻杆的C形缺口，两个滚轮通过安装架安装在支撑板上，且两个滚轮分布在C形缺口的两侧，驱动机构设置在安装板的背面。安装板和支撑板为滚轮提供支撑力，滚轮对钻杆各方向的自由度进行限制，确保受力均匀，定位精度高。

本方案的驱动机构包括线轮式导向丝杆405，安装板的背部设置有固定板408，线轮式导向丝杆405的一端通过轴承安装在固定板408上，线轮式导向丝杆405的另一端通过联轴器403与线轮伺服电机402的转轴连接，线轮式导向丝杆405的中段设置在导向座407上，导向座407通过支撑座固定在安装底座415上，导向座407上设置有与线轮式导向丝杆405螺纹连接的线轮式螺母406，线轮伺服电机402安装在电机安装座401上，电机安装座401与固定板408之间设置有移动稳定机构，移动稳定机构导向座407之间滑动连接。

本方案的移动稳定机构包括若干线轮式导向杆404，本实施例采用四根，线轮式导向杆404的两端分别固定在固定板408和电机安装座401上，四根线轮式导向杆404均匀分布在线轮式导向丝杆405四周，且线轮式导向杆404与线轮式导向丝杆405平行；线轮式导向杆404通过石墨铜套417滑动设置在导向座417上。

通过线轮伺服电机402带动线轮式导向丝杆405转动，进而带动安装板进行左右移动，使得第一滚轮组和第二滚轮组张开和收紧，实现对钻杆的定位和支撑。线轮式导向杆404确保线轮式导向丝杆405移动的稳定性，确保整个滚轮的支撑稳定性。每个第一滚轮组和第二滚轮组均可试下自由调节。

本方案的支撑座包括两块平行的竖直板413，两块竖直板413的中部通过线轮式连接板418连接，线轮式连接板418的上端和下端均设置有用于安装导向座407的卡口。为导向座407提供稳定的安装和固定。安装板与固定板408之间设置有橡胶减震垫409，能有效缓解来自钻杆的振动。

本方案的支撑板的下方设置有两根平行的滑轨414，滑轨414与线轮式导向丝杆405平行，支撑板的下端设置有两块线轮式滑块416，线轮式滑块416滑动设置在滑轨14上。线轮式滑块416和滑轨14的设置进一步增加了滚轮移动的稳定性和支撑的稳定性。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将岩芯舱装配子系统固定于预设的地基基础上，并将岩芯舱的模拟舱固定于岩芯舱装配子系统中的安装底板上；

S2、驱动油缸作业，油缸活塞端驱动安装底板在Y轴上移动，直至移动到预设位置处；

S3、驱动伺服电机，两个机械手作业，机械手控制两个卡箍沿模拟舱相向运动，以支撑固定岩芯舱的模拟舱；

S4、将钻杆舱装配子系统固定于地基基础上，且钻杆舱装配子系统安装于与Y轴垂直的X轴上；

S5、基于钻杆长度，将多段钻杆舱依次拼接，并将拼接后的完整钻杆舱的底部与岩芯舱的模拟舱对位连接，完整钻杆舱的顶部与钻杆自适应导向结构的下部对位连通；

S6、驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向；

所述步骤S1中将岩芯舱装配子系统固定于预设的地基基础上，并将岩芯舱的模拟舱固定于岩芯舱装配子系统中的安装底板上，其具体包括：

在承载模拟舱的地基基础上设置有两根滑轨，并在安装底板的底部上设置滚轮，安装底板通过滚轮与滑轨的配合实现沿滑轨的长度方向定向移动；

位于安装底板的两端对称设置两根安装柱，沿安装柱的竖向方向设置两个机械手；

所述步骤S4中将钻杆舱装配子系统固定于地基基础上，且钻杆舱装配子系统安装于与Y轴垂直的X轴上，其具体包括：

将两个对称设置的固定支架安装于地基基础上，且两个固定支架位于X轴上；每个固定支架内均设置有一个沿竖直方向运动的活动支架，活动支架顶部设置有驱动装置和传动箱，活动支架内竖直设置有传动丝杆，传动丝杆通过传动箱与驱动装置连接；每个固定支架上均固定设置有与传动丝杆螺纹连接的丝杆螺母；每个活动支架上均竖直设置有导向杆，每个固定支架上固定设置有与导向杆滑动连接的直线轴承；

将多段结构的保真舱放置在两个固定支架之间，在两个活动支架的顶部之间的安装板上设置有用于夹紧保真舱舱段外壁的夹持装置，控制驱动装置启动，驱动装置通过传动箱带动传动丝杆转动，转动的传动丝杆与在固定支架上的丝杆螺母螺纹配合，实现活动支架相对于固定支架位置发生改变，也即实现在两个活动支架顶部上的夹持装置在竖直方向上位置的变化；

驱动装置为步进电机，步进电机通过减速器将动力传递至传动箱，传动箱将动力分配至从动轴上进而实现从动轴带动传动丝杆的旋转；

所述步骤S6中驱动钻杆自适应导向结构作业，以在X轴向上对钻杆舱的装配过程进行准确定位，同时以实现对钻杆装配的自适应导向，其具体包括：

钻杆自适应导向结构包括导轨安装板，导轨安装板的中部开设有用于供钻杆穿过的通孔，通孔的两侧对称设置有一对相向或相离运动的导向件，两个导向件相向运动至端面接触后围合后形成上大下小漏斗状结构的导向筒，导向筒小径端的内壁用于钻杆的外壁接触；

在钻杆装配前，两个导向件呈分离状态，在装配导向件时，旋转电机正转带动导向丝杆转动，导向丝杆与连接座螺纹连接，通过导向丝杆和连接座将旋转电机的旋转运动转化为直线运动，并传递至导向件上，实现两个导向件的相向运动，直至两个导向件接触后，旋转电机停止，两个导向件接触后围合后形成上大下小漏斗状结构的导向筒，导向筒为钻杆提供导向作用；

钻杆自适应导向结构在安装平台上开设有供钻杆穿过的通孔，通孔的四周设置有若干滚柱滑链支撑机构；滚柱滑链支撑机构包括支撑座，支撑座上设置有可在支撑座上伸缩摆动的接触件，接触件与支撑座之间设置有伸缩驱动机构，若干滚柱滑链支撑机构上的接触件在通孔四周围成上大下小的漏斗状结构；

接触件包括两块平行的滑链式安装板，滑链式安装板竖向设置，两块滑链式安装板之间均匀设置有若干滚轴，若干滚轴成竖向排布，滚轴的两端转动设置在两块滑链式安装板之间，两块滑链式安装板均设置在伸缩驱动机构上，伸缩驱动机构活动设置在支撑座上端设置的安装支架上；

在装配前，调整若干接触件的角度和间距，形成一个漏斗状的结构，钻杆从若干接触件的中间插入，接触件上的滚轴顺着钻杆的插入进行滚动，避免对钻杆的避免造成损伤，同时能与钻杆表面贴合，支撑固定受力均匀；

自适应导向固定装置包括安装底座，安装底座上开设有供钻杆穿过的通孔，通孔的两侧分别设置有第一滚轮固定组和第二滚轮固定组；第一滚轮固定组和第二滚轮固定组均包括第一滚轮组和第二滚轮组，第二滚轮组设置在第一滚轮组的上方；第一滚轮组和第二滚轮组均包括滚轮安装架，滚轮安装架上设置有两个滚轮，两个滚轮成八字形排布，且滚轮的圆周与钻杆的表面接触，滚轮与钻杆的表面垂直；滚轮安装架的尾部设置有驱动滚轮安装架沿着钻杆垂直方向移动的驱动机构；

在装配前，调整若干接触件的角度和间距，多个滚轮包围钻杆的外部，对钻杆进行抱合，钻杆从多个滚轮的中间插入，滚轮顺着钻杆的插入进行滚动，避免对钻杆的避免造成损伤，同时能与钻杆表面完美贴合，支撑固定受力均匀；

滚轮安装架包括成C形的线轮式安装板，安装板的下端设置有支撑板，支撑板上开设置有包围钻杆的C形缺口，两个滚轮通过安装架安装在支撑板上，且两个滚轮分布在C形缺口的两侧，驱动机构设置在安装板的背面；安装板和支撑板为滚轮提供支撑力，滚轮对钻杆各方向的自由度进行限制；

通过线轮伺服电机带动线轮式导向丝杆转动，进而带动安装板进行左右移动，使得第一滚轮组和第二滚轮组张开和收紧，实现对钻杆的定位和支撑；

支撑座包括两块平行的竖直板，两块竖直板的中部通过线轮式连接板连接，线轮式连接板的上端和下端均设置有用于安装导向座的卡口，为导向座提供稳定的安装和固定。

2.根据权利要求1所述的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其特征在于，所述步骤S2中驱动油缸作业，油缸活塞端驱动安装底板在Y轴上移动，直至移动到预设位置处，其具体包括：

驱动油缸，油缸的活塞端伸出或者回缩，实现安装底板在两根滑轨上往复直线运动，直至将模拟舱运动至预设位置。

3.根据权利要求1所述的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其特征在于，所述步骤S3中驱动伺服电机，两个机械手作业，机械手的两个卡箍沿模拟舱相向运动，以支撑固定岩芯舱的模拟舱，其具体包括：

通过伺服电机驱动丝杆转动，以驱动两块卡箍相向移动，以实现对岩芯舱的模拟舱的固定；

且在第二连接板与电机安装板之间设置有三根防转杆，三根防转杆均匀分布在丝杆周围，且防转杆与丝杆平行，防转杆贯穿安装板，且安装板上设置有第一石墨铜套，防转杆滑动设置在第一石墨铜套内；在丝杆移动的过程中，防转杆用以确保伺服电机移动的稳定性；

在卡箍的一侧设置有动导向杆，动导向杆的一端与卡箍固定连接，动导向杆的另一端穿过安装板上设置的第二石墨铜套，且动导向杆与第二石墨铜套滑动连接；当卡箍在移动的过程中时，动导向杆顺着移动，用以确保卡箍移动的稳定性；

静导向杆的两端固定在岩芯舱两侧的安装板上，两块卡箍均活动设置在静导向杆上，卡箍一侧的两个角上设置有导向套，导向套与静导向杆滑动连接；两块卡箍进行移动时，通过同一根静导向杆进行导向，沿着同一根静导向杆移动，确保两块卡箍的同步性。

4.根据权利要求3所述的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其特征在于，安装板与安装支架活动设置，安装板上开设有竖向的条形孔，每个条形孔内均设置有压紧销，压紧销固定在安装支架上，安装板上设置有活动耳，安装支架上设置有活动支撑块，活动支撑块的上端竖直的螺柱，螺柱穿过活动耳上设置的通孔，螺柱的上端和下端均设置有调整螺母，两端调整螺母与活动耳之间设置有弹簧，弹簧套在螺柱上；安装板的竖向误差可通过压紧销进行调整，螺柱两端的弹簧提供振动的回弹力，以抵抗高强度工作带来的振动，并且弹簧的弹力可通过调整螺母进行调整。

5.根据权利要求1所述的深部原位保真取芯率定平台的装配方法，其特征在于，所述伸缩驱动机构包括上驱动机构和下驱动机构，上驱动机构包括上导向杆固定板，上导向杆固定板与两块滑链式安装板的上端铰接，上导向杆固定板上设置有驱动上导向杆固定板向钻杆移动的移动驱动机构；下驱动机构包括下导向杆固定板，下导向杆固定板与两块滑链式安装板的下端铰接，下导向杆固定板上也设置有驱动下导向杆固定板向钻杆移动的移动驱动机构，移动驱动机构安装在安装支架上；

接触件进行角度调整时，可同时对上端和下端同时进行调整，调整的自由度高，支撑的受力稳定，结构稳定；第一滑轨设置在滑链式安装板上开设的U形槽内，实现为第一滑轨竖向位置的定位和稳定的安装；

通过电机的转动带动滑链式导向丝杆，进而驱动接触件的上端和下端实现不同角度的摆动，滑链式导向丝杆与丝杆螺母的配合稳定。

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