WO2019196184A1 - 一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具 - Google Patents

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田梓文
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Abstract

本发明公开了一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，本发明包括连接底座、液压马达、传动单元、钻进与取样单元；连接底座上安装有液压马达和传动单元，液压马达通过传动单元连接钻进与取样单元。本发明的有益效果是实现了海底特殊地貌体地质样品取样工作，并已应用于某海域洞壁原位样品获取。

Description

一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具 技术领域
本发明属于海洋探测技术领域，涉及一种可利用ROV(水下有缆机器人)操作的在海底岩壁上进行水平方向获取原位地质样品的钻具。
背景技术
随着海洋探测技术逐渐向深远海发展，利用ROV(水下有缆机器人)进行海底资源探测和海洋科学研究亦逐渐成为重要的技术手段。原位地质样品的获取是进行海底科学研究的重要技术手段之一。目前主要依托管式重力取样器进行松散沉积物取样，或者利用海洋钻井平台布设地质钻孔进行岩芯样品采集工作。在依托ROV进行地质取样的方法中，主要是携带PUSHCORE进行垂向松散沉积物取样和携带钻具沿垂向进行钻进和取样。水平方向钻进取样的ROV设备则未见报道。海底地貌形态多变，既有广阔的海底平原，又有孤立高耸的海山，甚至有海底深洞，上述垂向取样技术依托现有的海底钻具，在海底平原、盆地中应用广泛，但在海山、深洞等特殊地貌区域则因为没有合适的钻具导致取样困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，本发明的有益效果是实现了海底特殊地貌体地质样品取样工作，并已应用于某海域洞壁原位样品获取。
本发明所采用的技术方案是包括钻具本体，钻具本体包括连接底座、液压马达、传动单元、钻进与取样单元；连接底座上安装有液压马达和传动单元，液压马达通过传动单元连接钻进与取样单元。
进一步，连接底座由角钢、方管和立板组成，方管上焊接角钢和立板，用于将水平方向地质取样钻具即钻具本体连接在水下机器人ROV上。
进一步，液压马达上设有若干液压接口和一个花键，液压接口通过液压油管连接水下机器人ROV，通过液压接口从水下机器人ROV上获得液压动力，然后通过花键向外输出转矩。
进一步，传动单元由轴承座、传动轴、推力球轴承、第一调整垫、第一单列角接触轴承、第二单列角接触轴承、第二调整垫、轴承盖组成；其中轴承座安装在连接底座上，传动轴位于轴承座上，传动轴连接花键、从花键获得转矩，传动轴上设有推力球轴承，推力球轴承用于支撑传动轴，并承受水平转进与取样时的轴向力，推力球轴承和第一单列角接触轴承之间设有第一调整垫，第一调整垫用于推力球轴承和第一单列角接触轴承的定位，第一单列角接触轴承和第二单列角接触轴承之间设有第二调整垫，设置两个单列角接触轴承是为了保证钻进与取样单元旋转时的同心度，第二调整垫用于两个单列角接触轴承的定位，轴承盖安装在轴承座上，传动轴的端头设有螺纹孔。
进一步，钻进与取样单元为空心钻杆形式，其中一端留有限位孔，利用传动轴上的螺纹孔处将二者连接为一体，使钻进与取样单元获得转矩，另一端为合金钻头，增加钻进岩层的破碎力。
附图说明
图1为本发明整体实施示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3本发明中用于与ROV连接的底座示意图；
图4本发明中的动力单元—液压马达示意图；
图5为本发明中传动单元结构示意图；
图6为本发明中钻进与取样单元示意图。
图中，1.钻具本体，2.连接底座，3.液压马达，4.传动单元，5.钻进与取样单元，6.水下机器人ROV，7.液压油管，201.角钢，202.方管，203.立板，301.液压接口，302.花键，401.轴承座，402.传动轴，403.推力球轴承，404.第一调整垫，405.第一单列角接触轴承，406.第二单列角接触轴承，407.第二调整垫，408.轴承盖，409.螺纹孔，501.限位孔，502.合金钻头。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明如图1至图6所示，包括钻具本体1，钻具本体1包括连接底座2、液压马达3、传动单元4、钻进与取样单元5；连接底座2上安装有液压马达3和传动单元4，液压马达3通过传动单元4连接钻进与取样单元5。其中，连接底座2由角钢201、方管202和立板203组成，方管202上焊接角钢201和立板203，用于将水平方向地质取样钻具即钻具本体1连接在水下机器人ROV 6上，液压马达3上设有若干液压接口301和一个花键302，液压接口301通过液压油 管7连接水下机器人ROV 6，通过液压接口301从水下机器人ROV6上获得液压动力，然后通过花键302向外输出转矩。
传动单元4由轴承座401、传动轴402、推力球轴承403、第一调整垫404、第一单列角接触轴承405、第二单列角接触轴承406、第二调整垫407、轴承盖408组成；其中轴承座401安装在连接底座2上，传动轴402位于轴承座401上，传动轴402连接花键302、从花键302获得转矩，传动轴402上设有推力球轴承403，推力球轴承403用于支撑传动轴402，并承受水平转进与取样时的轴向力，推力球轴承403和第一单列角接触轴承405之间设有第一调整垫404，第一调整垫404用于推力球轴承403和第一单列角接触轴承405的定位，第一单列角接触轴承405和第二单列角接触轴承406之间设有第二调整垫407，设置两个单列角接触轴承是为了保证钻进与取样单元5旋转时的同心度，第二调整垫407用于两个单列角接触轴承的定位。轴承盖408安装在轴承座401上，传动轴402的端头设有螺纹孔409。钻进与取样单元5为空心钻杆形式，其中一端留有限位孔501，利用传动轴402上的螺纹孔409处将二者连接为一体，使钻进与取样单元5获得转矩，另一端为合金钻头502，增加钻进岩层的破碎力。
本发明钻具工作时，通过连接底座2固定在水下机器人ROV6上，液压马达3从水下机器人ROV6获得液压动力。在完成甲板上对取样钻具本体1基本功能测试后，由水下机器人ROV6携带入水，到达海底深洞洞壁、海山峭壁、海底斜坡等特殊地貌体的目标地质取样点，通过水下机器人ROV6正前方云台上摄像头观察钻进与取样单元 5与地质取样点接触状态，当接触状态不适于取样作业时，通过调整水下机器人ROV6姿态获得良好的接触状态，然后开启液压控制阀，启动液压马达3，当钻进与取样单元5旋转状态平稳时，水下机器人ROV6缓慢向前推进，提供钻进与取样单元5向前钻进的轴向力，此时获取的样品会储存在空心钻杆。当钻进深度达到取样作业所需深度后，水下机器人ROV6停止向前推进，并关闭液压控制阀，钻进与取样单元5停转，此时水下机器人ROV6缓慢后退，使钻进与取样单元5从岩层退出，如果退出动作受阻，可以点动式反转钻进与取样单元5，确保退出动作缓慢而连贯。当钻进与取样单元5完全退出岩层后，将携带钻具本体1及水下机器人ROV6回收至甲板。将钻进与取样单元5从传动轴402上拆卸下来即可从空心钻杆中收集样品，从而完成了原位地质样品的获取。
本发明的优点还在于结构简单，操作方面，能够在水下机器人的帮助下完成海底深洞洞壁、海山峭壁、海底斜坡等特殊地貌体的原位地质样品的获取。设备可在海底深洞洞壁、海山峭壁、海底斜坡等特殊地貌体上进行水平钻进并获取原位地质样品。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

  1. 一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，其特征在于：包括钻具本体，钻具本体包括连接底座、液压马达、传动单元、钻进与取样单元；连接底座上安装有液压马达和传动单元，液压马达通过传动单元连接钻进与取样单元。
  2. 按照权利要求1所述一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，其特征在于：所述连接底座由角钢、方管和立板组成，方管上焊接角钢和立板，用于将水平方向地质取样钻具即钻具本体连接在水下机器人ROV上。
  3. 按照权利要求1所述一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，其特征在于：所述液压马达上设有若干液压接口和一个花键，液压接口通过液压油管连接水下机器人ROV，通过液压接口从水下机器人ROV上获得液压动力，然后通过花键向外输出转矩。
  4. 按照权利要求1所述一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，其特征在于：所述传动单元由轴承座、传动轴、推力球轴承、第一调整垫、第一单列角接触轴承、第二单列角接触轴承、第二调整垫、轴承盖组成；其中轴承座安装在连接底座上，传动轴位于轴承座上，传动轴连接花键、从花键获得转矩，传动轴上设有推力球轴承，推力球轴承用于支撑传动轴，并承受水平转进与取样时的轴向力，推力球轴承和第一单列角接触轴承之间设有第一调整垫，第一调整垫用于推力球轴承和第一单列角接触轴承的定位，第一单列角接触轴承和第二单列角接触轴承之间设有第二调整垫，设置两个单列角接触轴承是为了保证钻进与取样单元旋转时的同心度，第二调整垫用于两个单 列角接触轴承的定位，轴承盖安装在轴承座上，传动轴的端头设有螺纹孔。
  5. 按照权利要求1所述一种水下机器人可携带型水平方向地质取样钻具，其特征在于：所述钻进与取样单元为空心钻杆形式，其中一端留有限位孔，利用传动轴上的螺纹孔处将二者连接为一体，使钻进与取样单元获得转矩，另一端为合金钻头，增加钻进岩层的破碎力。
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