CN115874931A - 一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻探技术领域，且公开了一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置及方法，解决了不便于在同一直线方向上进行多点取样的问题，其包括环形底座，环形底座的上方设有升降箱，升降箱的外部套设有环形滑动座，环形底座上固定连接有两个导向架，且导向架贯穿环形滑动座，升降箱内固定连接有驱动电机，驱动电机的输出端固定连接有第一转轴，第一转轴的外部套设有固定连接的第一齿环，第一转轴的底端与位于升降箱下方的钻头固定连接，第一转轴和升降箱的连接处设有轴承，第一齿环的两侧分别设有第一丝杆；只需要一个驱动电机周期性驱动第一转轴正反转，即可实现钻头对同一直线方向上的不同位置进行钻探，便于实际使用。

Description

一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置及方法

技术领域

本发明属于钻探技术领域，具体为一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置及方法。

背景技术

富钴结壳(又称锰结壳、铁锰结壳)是大洋底部最具吸引力的矿产资源之一，针对富钴结壳的赋存环境，开展海底富钴结壳资源加密调查，需要借助于深海浅钻进行大量的钻进取样。在钻孔取样工作中，常常需要在同一直线方向上进行多点取样，钻探设备一般安装在支撑装置上。

但是发明人发现，在现有技术中，需要驱动钻头旋转，以及驱动钻头竖直方向移动，才能完成一个位置的钻探，不便于在同一直线方向上进行多点取样，存在一定的局限性。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置及方法，有效的解决了上述背景技术中不便于在同一直线方向上进行多点取样的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，包括环形底座，所述环形底座的上方设有升降箱，升降箱的外部套设有环形滑动座，环形底座上固定连接有两个导向架，且导向架贯穿环形滑动座，升降箱内固定连接有驱动电机，驱动电机的输出端固定连接有第一转轴，第一转轴的外部套设有固定连接的第一齿环，第一转轴的底端与位于升降箱下方的钻头固定连接，第一转轴和升降箱的连接处设有轴承，第一齿环的两侧分别设有第一丝杆，第一丝杆的外部固定套设有与第一齿环相啮合的第二齿环，第一丝杆的外部套设有位于升降箱上方的第一螺纹套，第一丝杆和升降箱的连接处设有轴承，第一螺纹套和环形滑动座通过固定架连接，升降箱的上方设有传动箱，传动箱的底部和环形滑动座通过支撑板连接，其中一个导向架的上方设有贯穿传动箱的第一齿板，第一齿板和导向架通过连接板连接，传动箱内设有与第一齿板相啮合的第三齿环，升降箱和传动箱上设有用于驱动第三齿环间歇旋转的间歇式旋转驱动组件。

优选的，所述间歇式旋转驱动组件包括设置于第三齿环一侧的第一固定盘，第一固定盘的一侧固定连接有第二转轴，且第三齿环固定套设于第二转轴的外部，第二转轴的一端和传动箱的内壁通过轴承连接，传动箱上设有与第一固定盘相配合的定位机构，升降箱的上方设有第三转轴，第三转轴的底端延伸至升降箱内，第三转轴和升降箱的连接处设有轴承，第一齿环和第三转轴通过减速传动机构连接，第三转轴的外部套设有旋转套，旋转套贯穿传动箱，旋转套和传动箱的连接处设有轴承，旋转套内固定连接有导向条，第三转轴上开设有与导向条相适配的导向槽，且导向条位于导向槽内，第一固定盘和旋转套通过阻尼式传动器连接。

优选的，所述减速传动机构包括设置于升降箱内的蜗杆，蜗杆的底端和升降箱的内壁通过轴承连接，蜗杆的外部套设有固定连接的第四齿环，第四齿环和第一齿环相啮合，升降箱内设有与蜗杆相啮合的蜗轮，蜗轮的一侧固定连接有第一连接轴，第一连接轴的一端和升降箱的内壁通过轴承连接，第一连接轴和第三转轴通过传动单元连接。

优选的，所述传动单元包括固定安装于第三转轴底端的第一锥形齿轮，升降箱内设有与第一锥形齿轮相啮合的第二锥形齿轮，第二锥形齿轮上固定连接有第四转轴，第四转轴的外部套设有第一固定板，第一固定板和升降箱的内壁固定连接，第四转轴和第一固定板通过轴承连接，第一连接轴的外部固定套设有第五齿环，第四转轴的一端固定连接有与第五齿环相啮合的第一齿轮。

优选的，所述阻尼式传动器包括设置于第一固定盘一侧的第二连接轴，第二连接轴的外部套设有第二固定板，第二固定板和传动箱的内壁固定连接，第二连接轴和第二固定板通过轴承连接，第二连接轴的一端固定连接有第三锥形齿轮，旋转套的外部套设有固定连接的第四锥形齿轮，第四锥形齿轮和第三锥形齿轮相啮合，第一固定盘上开设有凹槽，第二连接轴的一端固定连接有转盘，且转盘位于凹槽内，第一固定盘和转盘通过阻尼件连接。

优选的，所述阻尼件包括若干设置于转盘上的限位销，转盘上开设有若干滑槽，凹槽上开设有与限位销相配合的限位槽，限位销的一端插接于限位槽内，限位销的另一端插接于滑槽内，限位销的一端和滑槽的内壁通过第一压缩弹簧连接；旋转套旋转时，旋转套驱动第四锥形齿轮旋转，第四锥形齿轮通过第三锥形齿轮驱动第二连接轴和转盘旋转，当第一固定盘相对传动箱固定时，随着转盘的旋转，限位销的一端从限位槽内滑出，第一压缩弹簧处于压缩状态，转盘相对第一固定盘旋转，当解除对第一固定盘位置的限定，第一固定盘可以相对传动箱旋转时，转盘旋转的同时，转盘上的限位销驱动第一固定盘同步旋转，以使第二转轴和第三齿环旋转。

优选的，所述定位机构包括设置于第一固定盘一侧的活动板，活动板上固定连接有定位块，第一固定盘上开设有与定位块相配合的定位槽，活动板远离第一固定盘的一侧设有第二丝杆，第二丝杆的外部套设有第二螺纹套，第二螺纹套和活动板通过弹性器连接，第二螺纹套和传动箱通过滑动件连接，第二丝杆的一端贯穿传动箱，第二丝杆和传动箱的贯穿处设有轴承，第二丝杆的一端与位于传动箱一侧的第二齿轮固定连接，升降箱上固定连接有支架，支架上固定连接有第二齿板，第二齿板和第二齿轮相配合。

优选的，所述弹性器包括两个固定安装于第二螺纹套上的支撑部，支撑部上贯穿有固定柱，固定柱的一端和活动板固定连接，固定柱的另一端固定连接有第二固定盘，固定柱的外部套设有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧的两端分别与支撑部和活动板固定连接，升降箱上移的过程中，支架和第二齿板同步上移，当第二齿板和第二齿轮相啮合时，随着第二齿板的持续上移，第二齿板驱动第二齿轮旋转，第二齿轮驱动第二丝杆旋转，改变第二丝杆位于第二螺纹套内的位置，以使第二螺纹套朝向第二齿轮移动，第二螺纹套通过支撑部、第二固定盘和固定柱拉动活动板朝向第二齿轮移动，以使定位块移动，当升降箱、支架和第二齿板移动至最高位置时，定位块脱离定位槽，解除对第一固定盘位置的限定，当升降箱和支架下移时，随着第一固定盘的旋转，定位槽不再位于定位块的一侧，同时第二齿板驱动第二齿轮反向旋转，以使第二丝杆驱动第二螺纹套朝向第一固定盘移动，定位块和第一固定盘的侧壁相接触，第二压缩弹簧处于压缩状态，随着第一固定盘的旋转，当升降箱下降至预设高度时，定位槽旋转至定位块的一侧，第二压缩弹簧驱动活动板移动，以使定位块再次插入定位槽内，即可使得第一固定盘再次相对传动箱固定，第二齿板和第二齿轮解除啮合关系。

优选的，所述滑动件包括对称设置于第二螺纹套两侧的限位柱，限位柱的一端和传动箱的内壁固定连接，限位柱的外部套设有第三固定板，第三固定板和第二螺纹套固定连接。

本发明还提供了一种深海富钴结壳勘查用的钻探方法，包括如上述所述的深海富钴结壳勘查用的钻探装置，包括以下步骤：

步骤一：通过驱动电机驱动第一转轴旋转，进而使得钻头旋转，第一转轴旋转的同时，第一转轴驱动第一齿环旋转，第一齿环驱动两个第二齿环同步旋转；

步骤二：第二齿环驱动第一丝杆旋转，改变第一丝杆位于第一螺纹套内的长度，以使第一丝杆和升降箱下移，钻头旋转的过程中，钻头同时竖直方向下移，通过钻头对指定位置进行钻探；

步骤三：当钻头下降至最低位置时，驱动电机驱动第一转轴反向旋转，以使钻头和升降箱上移；

步骤四：升降箱上移至最高位置时，通过定位机构的设计，解除对第一固定盘和第二转轴位置的限位，此时驱动电机再次驱动第一转轴旋转，以使钻头和升降箱下移；

步骤五：升降箱下移时，通过减速传动机构的设计，第一齿环驱动第三转轴旋转，第三转轴通过导向条驱动旋转套旋转，以使第一固定盘驱动第二转轴和第三齿环旋转，第三齿环在第一齿板上滚动，以使环形滑动座和升降箱水平移动；

步骤六：当升降箱下降至预设位置时，通过定位机构的设计，使得第一固定盘和第二转轴相对传动箱固定，此时第三齿环相对第一齿板固定，随着升降箱的持续下移，通过钻头对下一个待钻探位置进行钻探，此时旋转套仍然持续旋转，第一固定盘静止不动，当钻头下降至最低位置时，返回执行步骤三，直至同一直线方向上的钻探位置均完成钻探取样。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在工作中，通过驱动电机驱动第一转轴旋转，进而使得钻头旋转，第一转轴旋转的同时，第一转轴驱动第一齿环旋转，第一齿环驱动两个第二齿环同步旋转，进而使得第一丝杆旋转，改变第一丝杆位于第一螺纹套内的长度，以使第一丝杆和升降箱下移，钻头旋转的过程中，钻头同时下移，只需要一个驱动源，即可实现一个位置的钻探，降低了制造成本；

当钻头下降至最低位置时，驱动电机驱动第一转轴反向旋转，以使钻头和升降箱上移，升降箱上移至最高位置时，通过定位机构的设计，解除对第一固定盘和第二转轴位置的限位，此时驱动电机再次驱动第一转轴旋转，以使钻头和升降箱下移，通过减速传动机构的设计，第一齿环驱动第三转轴旋转，第三转轴通过导向条驱动旋转套旋转，以使第一固定盘驱动第二转轴和第三齿环旋转，第三齿环在第一齿板上滚动，以使环形滑动座和升降箱水平移动，当升降箱下降至预设位置时，通过定位机构的设计，使得第一固定盘和第二转轴相对传动箱固定，此时第三齿环相对第一齿板固定，随着升降箱的持续下移，通过钻头对下一个待钻探位置进行钻探，此时旋转套仍然持续旋转，第一固定盘静止不动，只需要一个驱动电机周期性驱动第一转轴正反转，即可实现钻头对同一直线方向上的不同位置进行钻探，便于实际使用；

第一齿环旋转时，第一齿环驱动第四齿环和蜗杆同步旋转，蜗杆通过蜗轮驱动第一连接轴旋转，第一连接轴驱动第五齿环旋转，第五齿环通过第一齿轮驱动第四转轴同步旋转，第四转轴通过第二锥形齿轮驱动第一锥形齿轮和第三转轴旋转，当第一齿环旋转时，可以同步驱动第三转轴减速旋转；

旋转套旋转时，旋转套驱动第四锥形齿轮旋转，第四锥形齿轮通过第三锥形齿轮驱动第二连接轴和转盘旋转，当第一固定盘相对传动箱固定时，随着转盘的旋转，限位销的一端从限位槽内滑出，第一压缩弹簧处于压缩状态，转盘相对第一固定盘旋转，当解除对第一固定盘位置的限定，第一固定盘可以相对传动箱旋转时，转盘旋转的同时，转盘上的限位销驱动第一固定盘同步旋转，以使第二转轴和第三齿环旋转；

升降箱上移的过程中，支架和第二齿板同步上移，当第二齿板和第二齿轮相啮合时，随着第二齿板的持续上移，第二齿板驱动第二齿轮旋转，第二齿轮驱动第二丝杆旋转，改变第二丝杆位于第二螺纹套内的位置，以使第二螺纹套朝向第二齿轮移动，第二螺纹套通过支撑部、第二固定盘和固定柱拉动活动板朝向第二齿轮移动，以使定位块移动，当升降箱、支架和第二齿板移动至最高位置时，定位块脱离定位槽，解除对第一固定盘位置的限定，当升降箱和支架下移时，随着第一固定盘的旋转，定位槽不再位于定位块的一侧，同时第二齿板驱动第二齿轮反向旋转，以使第二丝杆驱动第二螺纹套朝向第一固定盘移动，定位块和第一固定盘的侧壁相接触，第二压缩弹簧处于压缩状态，随着第一固定盘的旋转，当升降箱下降至预设高度时，定位槽旋转至定位块的一侧，第二压缩弹簧驱动活动板移动，以使定位块再次插入定位槽内，即可使得第一固定盘再次相对传动箱固定，第二齿板和第二齿轮解除啮合关系，随着升降箱的持续下移，通过钻头对待钻探位置进行钻探。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明整体的结构示意图；

图2为本发明图1中A处的局部放大示意图；

图3为本发明升降箱和环形滑动座组合状态的结构示意图；

图4为本发明升降箱内部的结构示意图；

图5为本发明环形滑动座的结构示意图；

图6为本发明传动箱内部的结构示意图；

图7为本发明弹性器的结构示意图；

图8为本发明转盘和第一固定盘拆分的结构示意图。

图中：1、环形底座；2、升降箱；3、环形滑动座；4、导向架；5、驱动电机；6、第一转轴；7、钻头；8、第一齿环；9、第一丝杆；10、第二齿环；11、第一螺纹套；12、固定架；13、传动箱；14、第一齿板；15、支撑板；16、第三齿环；17、第一固定盘；18、第二转轴；19、第三转轴；20、旋转套；21、导向条；22、导向槽；23、蜗杆；24、第四齿环；25、蜗轮；26、第一连接轴；27、第一锥形齿轮；28、第二锥形齿轮；29、第四转轴；30、第一固定板；31、第五齿环；32、第一齿轮；33、第二连接轴；34、第二固定板；35、第三锥形齿轮；36、第四锥形齿轮；37、凹槽；38、转盘；39、滑槽；40、限位销；41、第一压缩弹簧；42、限位槽；43、活动板；44、定位块；45、定位槽；46、第二丝杆；47、第二螺纹套；48、第二齿轮；49、支架；50、第二齿板；51、支撑部；52、固定柱；53、第二压缩弹簧；54、第二固定盘；55、限位柱；56、第三固定板；57、连接板。

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。

实施例一，由图1至图8给出，本发明包括环形底座1，环形底座1的上方设有升降箱2，升降箱2的外部套设有环形滑动座3，环形底座1上固定连接有两个导向架4，且导向架4贯穿环形滑动座3，升降箱2内固定连接有驱动电机5，驱动电机5的输出端固定连接有第一转轴6，第一转轴6的外部套设有固定连接的第一齿环8，第一转轴6的底端与位于升降箱2下方的钻头7固定连接，第一转轴6和升降箱2的连接处设有轴承，第一齿环8的两侧分别设有第一丝杆9，第一丝杆9的外部固定套设有与第一齿环8相啮合的第二齿环10，第一丝杆9的外部套设有位于升降箱2上方的第一螺纹套11，第一丝杆9和升降箱2的连接处设有轴承，第一螺纹套11和环形滑动座3通过固定架12连接，升降箱2的上方设有传动箱13，传动箱13的底部和环形滑动座3通过支撑板15连接，其中一个导向架4的上方设有贯穿传动箱13的第一齿板14，第一齿板14和导向架4通过连接板57连接，传动箱13内设有与第一齿板14相啮合的第三齿环16，升降箱2和传动箱13上设有用于驱动第三齿环16间歇旋转的间歇式旋转驱动组件。

实施例二，在实施例一的基础上，由图3、图4、图6、图7和图8给出，间歇式旋转驱动组件包括设置于第三齿环16一侧的第一固定盘17，第一固定盘17的一侧固定连接有第二转轴18，且第三齿环16固定套设于第二转轴18的外部，第二转轴18的一端和传动箱13的内壁通过轴承连接，传动箱13上设有与第一固定盘17相配合的定位机构，升降箱2的上方设有第三转轴19，第三转轴19的底端延伸至升降箱2内，第三转轴19和升降箱2的连接处设有轴承，第一齿环8和第三转轴19通过减速传动机构连接，第三转轴19的外部套设有旋转套20，旋转套20贯穿传动箱13，旋转套20和传动箱13的连接处设有轴承，旋转套20内固定连接有导向条21，第三转轴19上开设有与导向条21相适配的导向槽22，且导向条21位于导向槽22内，第一固定盘17和旋转套20通过阻尼式传动器连接；

当钻头7下降至最低位置时，驱动电机5驱动第一转轴6反向旋转，以使钻头7和升降箱2上移，升降箱2上移至最高位置时，通过定位机构的设计，解除对第一固定盘17和第二转轴18位置的限位，此时驱动电机5再次驱动第一转轴6旋转，以使钻头7和升降箱2下移，通过减速传动机构的设计，第一齿环8驱动第三转轴19旋转，第三转轴19通过导向条21驱动旋转套20旋转，以使第一固定盘17驱动第二转轴18和第三齿环16旋转，第三齿环16在第一齿板14上滚动，以使环形滑动座3和升降箱2水平移动，当升降箱2下降至预设位置时，通过定位机构的设计，使得第一固定盘17和第二转轴18相对传动箱13固定，此时第三齿环16相对第一齿板14固定，随着升降箱2的持续下移，通过钻头7对下一个待钻探位置进行钻探，此时旋转套20仍然持续旋转，第一固定盘17静止不动，只需要一个驱动电机5周期性驱动第一转轴6正反转，即可实现钻头7对同一直线方向上的不同位置进行钻探。

实施例三，在实施例二的基础上，由图4给出，减速传动机构包括设置于升降箱2内的蜗杆23，蜗杆23的底端和升降箱2的内壁通过轴承连接，蜗杆23的外部套设有固定连接的第四齿环24，第四齿环24和第一齿环8相啮合，升降箱2内设有与蜗杆23相啮合的蜗轮25，蜗轮25的一侧固定连接有第一连接轴26，第一连接轴26的一端和升降箱2的内壁通过轴承连接，第一连接轴26和第三转轴19通过传动单元连接，传动单元包括固定安装于第三转轴19底端的第一锥形齿轮27，升降箱2内设有与第一锥形齿轮27相啮合的第二锥形齿轮28，第二锥形齿轮28上固定连接有第四转轴29，第四转轴29的外部套设有第一固定板30，第一固定板30和升降箱2的内壁固定连接，第四转轴29和第一固定板30通过轴承连接，第一连接轴26的外部固定套设有第五齿环31，第四转轴29的一端固定连接有与第五齿环31相啮合的第一齿轮32；第一齿环8旋转时，第一齿环8驱动第四齿环24和蜗杆23同步旋转，蜗杆23通过蜗轮25驱动第一连接轴26旋转，第一连接轴26驱动第五齿环31旋转，第五齿环31通过第一齿轮32驱动第四转轴29同步旋转，第四转轴29通过第二锥形齿轮28驱动第一锥形齿轮27和第三转轴19旋转，当第一齿环8旋转时，可以同步驱动第三转轴19减速旋转。

实施例四，在实施例二的基础上，由图6和图8给出，阻尼式传动器包括设置于第一固定盘17一侧的第二连接轴33，第二连接轴33的外部套设有第二固定板34，第二固定板34和传动箱13的内壁固定连接，第二连接轴33和第二固定板34通过轴承连接，第二连接轴33的一端固定连接有第三锥形齿轮35，旋转套20的外部套设有固定连接的第四锥形齿轮36，第四锥形齿轮36和第三锥形齿轮35相啮合，第一固定盘17上开设有凹槽37，第二连接轴33的一端固定连接有转盘38，且转盘38位于凹槽37内，第一固定盘17和转盘38通过阻尼件连接；阻尼件包括若干设置于转盘38上的限位销40，转盘38上开设有若干滑槽39，凹槽37上开设有与限位销40相配合的限位槽42，限位销40的一端插接于限位槽42内，限位销40的另一端插接于滑槽39内，限位销40的一端和滑槽39的内壁通过第一压缩弹簧41连接；旋转套20旋转时，旋转套20驱动第四锥形齿轮36旋转，第四锥形齿轮36通过第三锥形齿轮35驱动第二连接轴33和转盘38旋转，当第一固定盘17相对传动箱13固定时，随着转盘38的旋转，限位销40的一端从限位槽42内滑出，第一压缩弹簧41处于压缩状态，转盘38相对第一固定盘17旋转，当解除对第一固定盘17位置的限定，第一固定盘17可以相对传动箱13旋转时，转盘38旋转的同时，转盘38上的限位销40驱动第一固定盘17同步旋转，以使第二转轴18和第三齿环16旋转。

实施例五，在实施例二的基础上，由图1、图2、图6、图7和图8给出，定位机构包括设置于第一固定盘17一侧的活动板43，活动板43上固定连接有定位块44，第一固定盘17上开设有与定位块44相配合的定位槽45，活动板43远离第一固定盘17的一侧设有第二丝杆46，第二丝杆46的外部套设有第二螺纹套47，第二螺纹套47和活动板43通过弹性器连接，第二螺纹套47和传动箱13通过滑动件连接，第二丝杆46的一端贯穿传动箱13，第二丝杆46和传动箱13的贯穿处设有轴承，第二丝杆46的一端与位于传动箱13一侧的第二齿轮48固定连接，升降箱2上固定连接有支架49，支架49上固定连接有第二齿板50，第二齿板50和第二齿轮48相配合；弹性器包括两个固定安装于第二螺纹套47上的支撑部51，支撑部51上贯穿有固定柱52，固定柱52的一端和活动板43固定连接，固定柱52的另一端固定连接有第二固定盘54，固定柱52的外部套设有第二压缩弹簧53，第二压缩弹簧53的两端分别与支撑部51和活动板43固定连接；滑动件包括对称设置于第二螺纹套47两侧的限位柱55，限位柱55的一端和传动箱13的内壁固定连接，限位柱55的外部套设有第三固定板56，第三固定板56和第二螺纹套47固定连接；

通过限位柱55和第三固定板56的设计，使得第二螺纹套47相对传动箱13水平方向平稳的移动，升降箱2上移的过程中，支架49和第二齿板50同步上移，当第二齿板50和第二齿轮48相啮合时，随着第二齿板50的持续上移，第二齿板50驱动第二齿轮48旋转，第二齿轮48驱动第二丝杆46旋转，改变第二丝杆46位于第二螺纹套47内的位置，以使第二螺纹套47朝向第二齿轮48移动，第二螺纹套47通过支撑部51、第二固定盘54和固定柱52拉动活动板43朝向第二齿轮48移动，以使定位块44移动，当升降箱2、支架49和第二齿板50移动至最高位置时，定位块44脱离定位槽45，解除对第一固定盘17位置的限定，当升降箱2和支架49下移时，随着第一固定盘17的旋转，定位槽45不再位于定位块44的一侧，同时第二齿板50驱动第二齿轮48反向旋转，以使第二丝杆46驱动第二螺纹套47朝向第一固定盘17移动，定位块44和第一固定盘17的侧壁相接触，第二压缩弹簧53处于压缩状态，随着第一固定盘17的旋转，当升降箱2下降至预设高度时，定位槽45旋转至定位块44的一侧，第二压缩弹簧53驱动活动板43移动，以使定位块44再次插入定位槽45内，即可使得第一固定盘17再次相对传动箱13固定，第二齿板50和第二齿轮48解除啮合关系，随着升降箱2的持续下移，通过钻头7对待钻探位置进行钻探。

本实施例的一种深海富钴结壳勘查用的钻探方法，包括如上述的深海富钴结壳勘查用的钻探装置，包括以下步骤：

步骤一：通过驱动电机5驱动第一转轴6旋转，进而使得钻头7旋转，第一转轴6旋转的同时，第一转轴6驱动第一齿环8旋转，第一齿环8驱动两个第二齿环10同步旋转；

步骤二：第二齿环10驱动第一丝杆9旋转，改变第一丝杆9位于第一螺纹套11内的长度，以使第一丝杆9和升降箱2下移，钻头7旋转的过程中，钻头7同时竖直方向下移，通过钻头7对指定位置进行钻探；

步骤三：当钻头7下降至最低位置时，驱动电机5驱动第一转轴6反向旋转，以使钻头7和升降箱2上移；

步骤四：升降箱2上移至最高位置时，通过定位机构的设计，解除对第一固定盘17和第二转轴18位置的限位，此时驱动电机5再次驱动第一转轴6旋转，以使钻头7和升降箱2下移；

步骤五：升降箱2下移时，通过减速传动机构的设计，第一齿环8驱动第三转轴19旋转，第三转轴19通过导向条21驱动旋转套20旋转，以使第一固定盘17驱动第二转轴18和第三齿环16旋转，第三齿环16在第一齿板14上滚动，以使环形滑动座3和升降箱2水平移动；

步骤六：当升降箱2下降至预设位置时，通过定位机构的设计，使得第一固定盘17和第二转轴18相对传动箱13固定，此时第三齿环16相对第一齿板14固定，随着升降箱2的持续下移，通过钻头7对下一个待钻探位置进行钻探，此时旋转套20仍然持续旋转，第一固定盘17静止不动，当钻头7下降至最低位置时，返回执行步骤三，直至同一直线方向上的钻探位置均完成钻探取样。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，包括环形底座（1），其特征在于：所述环形底座（1）的上方设有升降箱（2），升降箱（2）的外部套设有环形滑动座（3），环形底座（1）上固定连接有两个导向架（4），且导向架（4）贯穿环形滑动座（3），升降箱（2）内固定连接有驱动电机（5），驱动电机（5）的输出端固定连接有第一转轴（6），第一转轴（6）的外部套设有固定连接的第一齿环（8），第一转轴（6）的底端与位于升降箱（2）下方的钻头（7）固定连接，第一转轴（6）和升降箱（2）的连接处设有轴承，第一齿环（8）的两侧分别设有第一丝杆（9），第一丝杆（9）的外部固定套设有与第一齿环（8）相啮合的第二齿环（10），第一丝杆（9）的外部套设有位于升降箱（2）上方的第一螺纹套（11），第一丝杆（9）和升降箱（2）的连接处设有轴承，第一螺纹套（11）和环形滑动座（3）通过固定架（12）连接，升降箱（2）的上方设有传动箱（13），传动箱（13）的底部和环形滑动座（3）通过支撑板（15）连接，其中一个导向架（4）的上方设有贯穿传动箱（13）的第一齿板（14），第一齿板（14）和导向架（4）通过连接板（57）连接，传动箱（13）内设有与第一齿板（14）相啮合的第三齿环（16），升降箱（2）和传动箱（13）上设有用于驱动第三齿环（16）间歇旋转的间歇式旋转驱动组件。

2.根据权利要求1所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述间歇式旋转驱动组件包括设置于第三齿环（16）一侧的第一固定盘（17），第一固定盘（17）的一侧固定连接有第二转轴（18），且第三齿环（16）固定套设于第二转轴（18）的外部，第二转轴（18）的一端和传动箱（13）的内壁通过轴承连接，传动箱（13）上设有与第一固定盘（17）相配合的定位机构，升降箱（2）的上方设有第三转轴（19），第三转轴（19）的底端延伸至升降箱（2）内，第三转轴（19）和升降箱（2）的连接处设有轴承，第一齿环（8）和第三转轴（19）通过减速传动机构连接，第三转轴（19）的外部套设有旋转套（20），旋转套（20）贯穿传动箱（13），旋转套（20）和传动箱（13）的连接处设有轴承，旋转套（20）内固定连接有导向条（21），第三转轴（19）上开设有与导向条（21）相适配的导向槽（22），且导向条（21）位于导向槽（22）内，第一固定盘（17）和旋转套（20）通过阻尼式传动器连接。

3.根据权利要求2所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述减速传动机构包括设置于升降箱（2）内的蜗杆（23），蜗杆（23）的底端和升降箱（2）的内壁通过轴承连接，蜗杆（23）的外部套设有固定连接的第四齿环（24），第四齿环（24）和第一齿环（8）相啮合，升降箱（2）内设有与蜗杆（23）相啮合的蜗轮（25），蜗轮（25）的一侧固定连接有第一连接轴（26），第一连接轴（26）的一端和升降箱（2）的内壁通过轴承连接，第一连接轴（26）和第三转轴（19）通过传动单元连接。

4.根据权利要求3所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述传动单元包括固定安装于第三转轴（19）底端的第一锥形齿轮（27），升降箱（2）内设有与第一锥形齿轮（27）相啮合的第二锥形齿轮（28），第二锥形齿轮（28）上固定连接有第四转轴（29），第四转轴（29）的外部套设有第一固定板（30），第一固定板（30）和升降箱（2）的内壁固定连接，第四转轴（29）和第一固定板（30）通过轴承连接，第一连接轴（26）的外部固定套设有第五齿环（31），第四转轴（29）的一端固定连接有与第五齿环（31）相啮合的第一齿轮（32）。

5.根据权利要求2所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述阻尼式传动器包括设置于第一固定盘（17）一侧的第二连接轴（33），第二连接轴（33）的外部套设有第二固定板（34），第二固定板（34）和传动箱（13）的内壁固定连接，第二连接轴（33）和第二固定板（34）通过轴承连接，第二连接轴（33）的一端固定连接有第三锥形齿轮（35），旋转套（20）的外部套设有固定连接的第四锥形齿轮（36），第四锥形齿轮（36）和第三锥形齿轮（35）相啮合，第一固定盘（17）上开设有凹槽（37），第二连接轴（33）的一端固定连接有转盘（38），且转盘（38）位于凹槽（37）内，第一固定盘（17）和转盘（38）通过阻尼件连接。

6.根据权利要求5所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述阻尼件包括若干设置于转盘（38）上的限位销（40），转盘（38）上开设有若干滑槽（39），凹槽（37）上开设有与限位销（40）相配合的限位槽（42），限位销（40）的一端插接于限位槽（42）内，限位销（40）的另一端插接于滑槽（39）内，限位销（40）的一端和滑槽（39）的内壁通过第一压缩弹簧（41）连接。

7.根据权利要求2所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述定位机构包括设置于第一固定盘（17）一侧的活动板（43），活动板（43）上固定连接有定位块（44），第一固定盘（17）上开设有与定位块（44）相配合的定位槽（45），活动板（43）远离第一固定盘（17）的一侧设有第二丝杆（46），第二丝杆（46）的外部套设有第二螺纹套（47），第二螺纹套（47）和活动板（43）通过弹性器连接，第二螺纹套（47）和传动箱（13）通过滑动件连接，第二丝杆（46）的一端贯穿传动箱（13），第二丝杆（46）和传动箱（13）的贯穿处设有轴承，第二丝杆（46）的一端与位于传动箱（13）一侧的第二齿轮（48）固定连接，升降箱（2）上固定连接有支架（49），支架（49）上固定连接有第二齿板（50），第二齿板（50）和第二齿轮（48）相配合。

8.根据权利要求7所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述弹性器包括两个固定安装于第二螺纹套（47）上的支撑部（51），支撑部（51）上贯穿有固定柱（52），固定柱（52）的一端和活动板（43）固定连接，固定柱（52）的另一端固定连接有第二固定盘（54），固定柱（52）的外部套设有第二压缩弹簧（53），第二压缩弹簧（53）的两端分别与支撑部（51）和活动板（43）固定连接。

9.根据权利要求7所述的一种深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：所述滑动件包括对称设置于第二螺纹套（47）两侧的限位柱（55），限位柱（55）的一端和传动箱（13）的内壁固定连接，限位柱（55）的外部套设有第三固定板（56），第三固定板（56）和第二螺纹套（47）固定连接。

10.一种深海富钴结壳勘查用的钻探方法，包括如权利要求2所述的深海富钴结壳勘查用的钻探装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：通过驱动电机（5）驱动第一转轴（6）旋转，进而使得钻头（7）旋转，第一转轴（6）旋转的同时，第一转轴（6）驱动第一齿环（8）旋转，第一齿环（8）驱动两个第二齿环（10）同步旋转；

步骤二：第二齿环（10）驱动第一丝杆（9）旋转，改变第一丝杆（9）位于第一螺纹套（11）内的长度，以使第一丝杆（9）和升降箱（2）下移，钻头（7）旋转的过程中，钻头（7）同时竖直方向下移，通过钻头（7）对指定位置进行钻探；

步骤三：当钻头（7）下降至最低位置时，驱动电机（5）驱动第一转轴（6）反向旋转，以使钻头（7）和升降箱（2）上移；

步骤四：升降箱（2）上移至最高位置时，通过定位机构的设计，解除对第一固定盘（17）和第二转轴（18）位置的限位，此时驱动电机（5）再次驱动第一转轴（6）旋转，以使钻头（7）和升降箱（2）下移；

步骤五：升降箱（2）下移时，通过减速传动机构的设计，第一齿环（8）驱动第三转轴（19）旋转，第三转轴（19）通过导向条（21）驱动旋转套（20）旋转，以使第一固定盘（17）驱动第二转轴（18）和第三齿环（16）旋转，第三齿环（16）在第一齿板（14）上滚动，以使环形滑动座（3）和升降箱（2）水平移动；

步骤六：当升降箱（2）下降至预设位置时，通过定位机构的设计，使得第一固定盘（17）和第二转轴（18）相对传动箱（13）固定，此时第三齿环（16）相对第一齿板（14）固定，随着升降箱（2）的持续下移，通过钻头（7）对下一个待钻探位置进行钻探，此时旋转套（20）仍然持续旋转，第一固定盘（17）静止不动，当钻头（7）下降至最低位置时，返回执行步骤三，直至同一直线方向上的钻探位置均完成钻探取样。

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