CN207866550U - 一种自动定位钻孔的岩芯取样机 - Google Patents

Abstract

一种自动定位钻孔的岩芯取样机，包括机架，机架为矩形框架结构，机架顶部设有取样机机身，取样机机身上设有竖向的导向杆和螺杆，钻导向杆和螺杆上设有套筒，钻样电机与套筒固定连接实现钻样电机在导向杆和螺杆上的固定，钻样电机的钻头竖直向下设置；套筒与导向杆之间套接连接，套筒与螺杆螺纹连接，螺杆与设置在取样机机身顶部的驱动电机连接；所述的机架的框架内设有工作平台，所述的工作平台固定在Y向导轨底座，所述的Y向导轨底座固定在X向导轨底座上。采用上述结构，能够实现自动化的岩样中心点确定，并自动调节取样电机的钻头与岩样的相对位置，从而保证取样的准确性，同时提升取样作业效率。

Description

一种自动定位钻孔的岩芯取样机

技术领域

本实用新型涉及岩芯取样装置，特别是一种自动定位钻孔的岩芯取样机。

背景技术

钻样是开展岩石室内试验的关键一步，现有的岩芯取样机在钻样过程中对钻头的控制是通过手动旋转操作盘，对被钻岩石的移动是通过人工移动，费时费力。而且对移动距离和方向的控制是通过人眼估计，精确度不高，难以准确定位到下一个钻点。机器自动化性能过低，对材料的利用率不高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是一种自动定位钻孔的岩芯取样机，能够实现自动化的岩样中心点确定，并自动调节取样电机的钻头与岩样的相对位置，从而保证取样的准确性，同时提升取样作业效率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种自动定位钻孔的岩芯取样机，包括机架，机架为矩形框架结构，机架顶部设有取样机机身，取样机机身上设有竖向的导向杆和螺杆，钻导向杆和螺杆上设有套筒，钻样电机与套筒固定连接实现钻样电机在导向杆和螺杆上的固定，钻样电机的钻头竖直向下设置；

套筒与导向杆之间套接连接，套筒与螺杆螺纹连接，螺杆与设置在取样机机身顶部的驱动电机连接；

所述的机架的框架内设有工作平台，所述的工作平台固定在Y向导轨底座，所述的Y向导轨底座固定在X向导轨底座上。

优选的方案中，所述的Y向导轨底座上设有第一导轨传动螺杆，第一导轨传动螺杆上螺纹连接设有承重板，第一导轨传动螺杆一端穿过Y向导轨底座一端并延伸至Y向导轨底座外，位于Y向导轨底座外的第一导轨传动螺杆一端上设有第一从动转轮，第一从动转轮通过第一传动皮带与第一步进电机转轴上的第一主动转轮连接。

优选的方案中，所述的Y向导轨底座在第一导轨传动螺杆穿过的位置上设有第一导轨传动轴承，第一导轨传动螺杆穿设在第一导轨传动轴承中。

优选的方案中，所述的Y向导轨底座上设有至少两条滑槽，所述的承重板底面设有与滑槽相匹配的凸起。

优选的方案中，所述的X向导轨底座上设有第二导轨传动螺杆，第二导轨传动螺杆两侧设有与第二导轨传动螺杆平行的第一承重轴和第二承重轴，第二导轨传动螺杆、第一承重轴和第二承重轴上穿设有滑动座，滑动座与第二导轨传动螺杆螺纹连接，与第一承重轴和第二承重轴之间活动连接，第二导轨传动螺杆一端穿过X向导轨底座一端并延伸至X向导轨底座外，位于X向导轨底座外的第二导轨传动螺杆一端上设有第二从动转轮，第二从动转轮通过第二传动皮带与第二步进电机转轴上的第二主动转轮连接。

优选的方案中，所述的X向导轨底座在第二导轨传动螺杆穿过的位置上设有第二导轨传动轴承，第二导轨传动螺杆穿设在第二导轨传动轴承中。

优选的方案中，所述的第一步进电机和第二步进电机均与控制器连接，所述的控制器还与设置在工作平台上的激光测距仪连接，所述的控制器还与钻样电机、驱动电机连接。

优选的方案中，所述的激光测距仪为四个，四个激光测距仪分别设置在工作平台四个侧面的上沿。

优选的方案中，所述的工作平台一侧还设有岩样高度对比板。

优选的方案中，所述的控制器与第一控制按钮、第二控制按钮、第三控制按钮连接；

所述的第一控制按钮、第二控制按钮用于选定钻样电机工作模式，调节钻样电机的转轴转速；

所述的第三控制按钮为总控制开关按钮，用于控制装置的启停。

本实用新型所提供的一种脚手架施工安全带固定装置，通过采用上述结构，具有以下有益效果：

（1）无需人工进行取样电机钻头位置调节，实现了自动化的调节过程中，使取样过程更加轻松高效；

（2）相对于人工确定取样位置，利用激光测距仪能够更加精准的确定取样位置，从而保证取样的精准度；

（3）采用激光扫描确定待取芯岩样的外部轮廓，对单片机编程使其根据岩样的外部轮廓和岩性优化钻孔布置方案，能精确设定钻头上下滑动距离，确保钻头不致接触底座，有效保护钻头，同时也能精确设定取芯机底座移动的距离和方向，从而节约材料，保证取样的成功率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的控制系统示意图。

图3为本实用新型的岩样位置调节机构的俯视结构示意图。

图4为本实用新型的岩样位置调节机构的正视结构示意图。

图5为本实用新型的岩样位置调节机构的侧视结构示意图。

图6-7为本实用新型的硬岩钻孔布置优化示意图。

图8-9为本实用新型的软岩钻孔布置优化示意图。

图中：取样机机身1，导向杆2，钻样电机3，螺杆4，套筒5，钻头6，机架7，工作平台8，岩样高度对比板9，激光测距仪10，控制器11，第一控制按钮12，第二控制按钮13，第三控制按钮14，第一步进电机15，第一主动转轮16，第一传动皮带17，第一从动转轮18，Y向导轨底座19，第一导轨传动轴承20，第一导轨传动螺杆21，滑槽22，凸起23，承重板24，第二步进电机25，第二主动转轮26，第二传动皮带27，第二从动转轮28，X向导轨底座29，第二导轨传动轴承30，第二导轨传动螺杆31，第一承重轴32，第二承重轴33，滑动座34，驱动电机101。

具体实施方式

实施例1：

如图1-5中，一种自动定位钻孔的岩芯取样机，包括机架7，机架7为矩形框架结构，机架7顶部设有取样机机身1，取样机机身1上设有竖向的导向杆2和螺杆4，钻导向杆2和螺杆4上设有套筒5，钻样电机3与套筒5固定连接实现钻样电机3在导向杆2和螺杆4上的固定，钻样电机3的钻头6竖直向下设置；

套筒5与导向杆2之间套接连接，套筒5与螺杆4螺纹连接，螺杆4与设置在取样机机身1顶部的驱动电机101连接；

所述的机架7的框架内设有工作平台8，所述的工作平台8固定在Y向导轨底座19，所述的Y向导轨底座19固定在X向导轨底座29上。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图2中，所述的Y向导轨底座19上设有第一导轨传动螺杆21，第一导轨传动螺杆21上螺纹连接设有承重板24，第一导轨传动螺杆21一端穿过Y向导轨底座19一端并延伸至Y向导轨底座19外，位于Y向导轨底座19外的第一导轨传动螺杆21一端上设有第一从动转轮18，第一从动转轮18通过第一传动皮带17与第一步进电机15转轴上的第一主动转轮16连接。

优选的方案中，所述的Y向导轨底座19在第一导轨传动螺杆21穿过的位置上设有第一导轨传动轴承20，第一导轨传动螺杆21穿设在第一导轨传动轴承20中。

优选的方案中，所述的Y向导轨底座19上设有至少两条滑槽22，所述的承重板24底面设有与滑槽22相匹配的凸起23。所述的至少两条滑槽22，便于上部承重板24上装配的凸起23在槽内滚动，同时也起着保证承重板24直线移动的功能。

实施例3：

在实施例2的基础上，如图2中，所述的X向导轨底座29上设有第二导轨传动螺杆31，第二导轨传动螺杆31两侧设有与第二导轨传动螺杆31平行的第一承重轴32和第二承重轴33，第二导轨传动螺杆31、第一承重轴32和第二承重轴33上穿设有滑动座34，滑动座34与第二导轨传动螺杆31螺纹连接，与第一承重轴32和第二承重轴33之间活动连接，第二导轨传动螺杆31一端穿过X向导轨底座29一端并延伸至X向导轨底座29外，位于X向导轨底座29外的第二导轨传动螺杆31一端上设有第二从动转轮28，第二从动转轮28通过第二传动皮带27与第二步进电机25转轴上的第二主动转轮26连接。所述的第一承重轴32和第二承重轴33仅起到承担双向导轨承重板24上方取芯机底座重量的作用，同时有着保证承重板24直线移动的功能。

优选的方案中，所述的X向导轨底座29在第二导轨传动螺杆31穿过的位置上设有第二导轨传动轴承30，第二导轨传动螺杆31穿设在第二导轨传动轴承30中。

优选的方案中，所述的第一步进电机15和第二步进电机25均与控制器11连接，所述的控制器11还与设置在工作平台8上的激光测距仪10连接，所述的控制器还与钻样电机3、驱动电机101连接。

实施例4：

在实施例1的基础上，所述的激光测距仪10为四个，四个激光测距仪10分别设置在工作平台8四个侧面的上沿。

优选的方案中，所述的工作平台8一侧还设有岩样高度对比板9。所述的高度对比板9板高13cm，在12cm处划有刻度，低于刻度的岩样不适于钻孔；

实施例5：

在实施例1的基础上，所述的控制器11与第一控制按钮12、第二控制按钮13、第三控制按钮14连接；

所述的第一控制按钮12、第二控制按钮13用于选定钻样电机3工作模式，调节钻样电机3的转轴转速；使用户根据试样实际情况（如硬岩或软岩），调节不同的钻孔模式，实现一键式操作，另外硬岩的钻孔布置较小的间距，从而最大化的节约岩石原料，软岩的钻孔布置较大的安全距离，保证取样的成功率。

所述的第三控制按钮14为总控制开关按钮，用于控制装置的启停。

在实施例3的基础上，装置具体工作原理如下：

工作平台8四周中部设有激光测距仪10，用于扫描待取芯岩样的外部轮廓，并将扫描结果传至控制器11进行钻孔布置优化，控制器11根据岩样的岩性与外部轮廓优化钻孔布置方案即可计算底座单次移动位移及移动次数（硬岩的钻孔布置较小的间距，从而最大化的节约岩石原料，软岩的钻孔布置较大的安全距离，保证取样的成功率），提供指定数量的脉冲控制第一步进电机15和第二步进电机25，从而实现工作平台8定距移动；当工作平台8移动完成，控制器11即向取芯机机身1上的驱动电机101输入脉冲信号，使其转动指定的圈数，从而带动钻样电机3上下移动指定的位移，使得钻头6与工作平台8达到安全距离时就停止钻样，继而自动上升，随后钻取下一个岩样，直至钻样结束。相对于现有的取芯机，实现了钻样自动化，同时确保了岩样移动距离和方向的精确度，能自动定位到下一个钻点，实现了取样作业的自动化，提升了取样作业的效率及质量。

另外，控制器11设置的钻头移动最低点可为距工作平台0.5cm处，既能保护钻头不致损伤，又能保证工作平台安全工作。

实施例6：

在实施例3的基础上，

以110HS201-8004A步进电机为例，装载M2280A型号驱动器，其微步细分有16种，最大细分数1/256，即转动一圈需要51200个脉冲。当钻样尺寸为50×100mm时，钻头壁厚约6mm，留出12mm的间距余量，即钻头圆心至下一个钻点移动距离为62mm，X向和Y向导轨的传动螺杆的螺纹间距均为2mm，则传动螺杆需转动28圈，单片机需向步进电机提供1433600个脉冲。该步进电机精度为5%，即每一步的实际到达的位置和理论上应该到达的位置之间的角度误差范围在步距角的5%之内，而且步进电机的精度误差不累积，故该种装置精度高。若设定钻头可上下滑动距离为17.5cm，钻头初始位置距离底座18cm，则可保证当钻头达到距离底座0.5cm处即会自动停止，并自动上升至初始位置，当钻头上升至初始位置，控制器则控制底座移动62mm，继续钻取下一个岩芯。

Claims (10)

1.一种自动定位钻孔的岩芯取样机，包括机架（7），其特征是：机架（7）为矩形框架结构，机架（7）顶部设有取样机机身（1），取样机机身（1）上设有竖向的导向杆（2）和螺杆（4），钻导向杆（2）和螺杆（4）上设有套筒（5），钻样电机（3）与套筒（5）固定连接实现钻样电机（3）在导向杆（2）和螺杆（4）上的固定，钻样电机（3）的钻头（6）竖直向下设置；

套筒（5）与导向杆（2）之间套接连接，套筒（5）与螺杆（4）螺纹连接，螺杆（4）与设置在取样机机身（1）顶部的驱动电机（101）连接；

所述的机架（7）的框架内设有工作平台（8），所述的工作平台（8）固定在Y向导轨底座（19），所述的Y向导轨底座（19）固定在X向导轨底座（29）上。

2.根据权利要求1所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的Y向导轨底座（19）上设有第一导轨传动螺杆（21），第一导轨传动螺杆（21）上螺纹连接设有承重板（24），第一导轨传动螺杆（21）一端穿过Y向导轨底座（19）一端并延伸至Y向导轨底座（19）外，位于Y向导轨底座（19）外的第一导轨传动螺杆（21）一端上设有第一从动转轮（18），第一从动转轮（18）通过第一传动皮带（17）与第一步进电机（15）转轴上的第一主动转轮（16）连接。

3.根据权利要求2所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的Y向导轨底座（19）在第一导轨传动螺杆（21）穿过的位置上设有第一导轨传动轴承（20），第一导轨传动螺杆（21）穿设在第一导轨传动轴承（20）中。

4.根据权利要求3所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的Y向导轨底座（19）上设有至少两条滑槽（22），所述的承重板（24）底面设有与滑槽（22）相匹配的凸起（23）。

5.根据权利要求2所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的X向导轨底座（29）上设有第二导轨传动螺杆（31），第二导轨传动螺杆（31）两侧设有与第二导轨传动螺杆（31）平行的第一承重轴（32）和第二承重轴（33），第二导轨传动螺杆（31）、第一承重轴（32）和第二承重轴（33）上穿设有滑动座（34），滑动座（34）与第二导轨传动螺杆（31）螺纹连接，与第一承重轴（32）和第二承重轴（33）之间活动连接，第二导轨传动螺杆（31）一端穿过X向导轨底座（29）一端并延伸至X向导轨底座（29）外，位于X向导轨底座（29）外的第二导轨传动螺杆（31）一端上设有第二从动转轮（28），第二从动转轮（28）通过第二传动皮带（27）与第二步进电机（25）转轴上的第二主动转轮（26）连接。

6.根据权利要求5所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的X向导轨底座（29）在第二导轨传动螺杆（31）穿过的位置上设有第二导轨传动轴承（30），第二导轨传动螺杆（31）穿设在第二导轨传动轴承（30）中。

7.根据权利要求5所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的第一步进电机（15）和第二步进电机（25）均与控制器（11）连接，所述的控制器（11）还与设置在工作平台（8）上的激光测距仪（10）连接，所述的控制器还与钻样电机（3）、驱动电机（101）连接。

8.根据权利要求7所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的激光测距仪（10）为四个，四个激光测距仪（10）分别设置在工作平台（8）四个侧面的上沿。

9.根据权利要求8所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的工作平台（8）一侧还设有岩样高度对比板（9）。

10.根据权利要求7所述的一种自动定位钻孔的岩芯取样机，其特征在于：所述的控制器（11）与第一控制按钮（12）、第二控制按钮（13）、第三控制按钮（14）连接；

所述的第一控制按钮（12）、第二控制按钮（13）用于选定钻样电机（3）工作模式，调节钻样电机（3）的转轴转速；

所述的第三控制按钮（14）为总控制开关按钮，用于控制装置的启停。