一种包含三种驱动机构的钻机结构制造技术

本发明专利技术公开一种包含三种驱动机构的钻机结构，由进给驱动机构、旋转驱动机构、冲击驱动机构同时实现钻杆的进击、旋转与冲击；所述进给驱动机构安装于支架上，具有实现竖直运动的进给平台；旋转驱动机构安装于进给平台上；具有实现旋转运动的旋转套筒；冲击驱动机构安装在旋转驱动机构上部，具有实现竖直运动的气缸，气缸设置于旋转套筒内；气缸内具有活塞锤头；钻杆顶部同轴设置在套筒内，周向上具有与旋转套同底端配合的台肩。本发明专利技术的优点在于：可同时控制钻杆的进给运动、冲击运动和旋转运动。在对模拟月壤进行钻进的实验当中，可以高效实现对模拟月壤和月岩的切削和冲击。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间资源探测
，涉及一种包含三种驱动机构的钻机结构。
技术介绍
自从上世纪60年代前苏联开始尝试深空探测以来，外星球探测能力已经成为一个国家实力和科技水平的重要体现。美国和前苏联早在上世纪六七十年代已经成功实现月球土壤采样并返回，现如今，美国的“旅行者” I号已经飞出四万个地月距离，到达了太阳系的边缘；同时，日本的“隼鸟”号探测器成功的在小行星上采样并返回地球。我国的深空探测“嫦娥工程”才刚刚起步，根据我国的探月计划，月球探测工程分为“绕”、“落”、“回”三个战略阶段，目前正向第二个发展阶段迈进，探月二期要实现月球软着陆和月球车实地勘察，探月三期将要实现对月球样品的自动采集与返回。地球上的资源是有限的，外星球的资源如果能够加以开发，将会成为地球资源重要的储备和支撑，因此对外星球进行取样且分析其成分，对人类社会能源的可持续发展具有重大意义。钻取式采样器是深空探测采样中最常选用的采样器形式，钻取式的采样方式既可以采集松散的表层样品，也可以进行深层采样，经过特殊的设计还可以进行坚硬的岩石的采样，使得可以采集的样品种类较多。在钻取采样的过程中，钻杆需要高速转动。为了研究钻杆在钻进过程中的热特性，需要在地面上进行预先的实验。地面试验中，钻机要对模拟月壤和月岩进行切削和冲击。整个钻进过程中包含钻杆的竖直上下运动和钻杆的高速旋转运动。此外，考虑到月球上会存在一些坚硬的岩石，因此在实验的过程中，钻杆还需要拥有沿着竖直方向进行冲击运动的能力。传统的钻机功能有限，无法适应实验的要求，因此需要一种能够满足试验要求的钻机结构。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种包含三种驱动机构的钻机结构，可同时实现钻杆的三种运动，包括钻杆的进给，旋转与冲击；使钻杆可在进给的同时实现冲击和旋转。本专利技术钻机结构，由进给驱动机构、旋转驱动机构、冲击驱动机构，同时实现钻杆的进击、旋转与冲击。所述进给驱动机构安装于支架上，具有实现竖直运动的进给平台；进击平台通过进给电机驱动进给滚珠丝杠，实现进给平台的竖直运动；进给电机安装于进给支架顶部，进给；进给支架上安装有直线导轨，竖直设置；进给滚珠丝杠与直线导轨平行设置，安装于进给支架上；直线导轨上安装有滑块，滑块与滑块安装板固连；进给平台套在丝杠上与丝杠螺母固定连接，且垂直于滑块安装板。所述旋转驱动机构安装于进给平台上，具有实现旋转运动的旋转套筒；旋转套筒设置于进给平台上，轴线与进给平台垂直；旋转套筒上下两端分别通过与上盖板、进给平台相连；上盖板固定安装在滑块安装板上；旋转套筒的转动通过大齿轮与小齿轮传动实现；其中，大齿轮固定套接在旋转套筒上；小齿轮与大齿轮啮合，与旋转电机输出轴固定；所述冲击驱动机构安装在旋转驱动机构上部，具有实现竖直运动的气缸，气缸设置于旋转套筒内；气缸内具有活塞锤头。气缸在旋转套筒中的竖直运动，通过冲击电机驱动摆动轴承实现；摆动轴承的转子套在冲击轴上，摆动轴承的转子上下两端分别通过轴承与冲击轴承座、上盖板相连；冲击电机的输出轴与冲击轴固定；摆动轴承的摆杆的中心面与摆动轴承转子的中心面具有角度差；摆动轴承的摆杆通过插入气缸的气缸轴侧壁上开设的通孔与气缸相连。所述钻杆顶部同轴设置在旋转套筒内，与旋转套筒间通过键和键槽配合相连；周向上具有与旋转套同底端配合的台肩。本专利技术的优点在于:1、本专利技术包含三种驱动机构的钻机结构，可分别实现不同的运动方式，可针对不同的钻进样品进行试验，适应性广；2、本专利技术包含三种驱动机构的钻机结构中，三种驱动组件的分布合理，空间配合比较紧凑，从而使得钻机的结构相对简洁；3、本专利技术包含三种驱动机构的钻机结构中，冲击驱动组件虽然使钻杆进行冲击运动，但是冲击机构是以空气作为活塞锤头和气缸的中间介质，两者形成弹性结合，因而减小了对冲击机构的有害作用，具有结构简单、使用寿命长、加工方便等优点；4、本专利技术包含三种驱动机构的钻机结构中，钻机的钻杆由光轴段和螺旋段构成，使得钻头的更换比较简单，同时光轴段还能够很好的与其它组件配合，保证密封性。【附图说明】图1为本专利技术钻机整体结构原理图；图2为本专利技术钻机整体结构示意图；图3为本专利技术钻机的进给驱动机构中进给驱动组件结构示意图；图4为本专利技术钻机的旋转驱动机构中内部齿轮传动结构示意图；图5为本专利技术钻机的旋转驱动机构封装后结构示意图；图6为本专利技术钻机的旋转驱动机构局部剖视示意图；图7为本专利技术钻机的冲击驱动机构结构示意图；图8为本专利技术钻机的冲击驱动机构局部剖视示意图；图9为本专利技术钻机的钻杆组件结构示意图。图中:1-进给驱动机构 2-冲击驱动机构3-旋转驱动机构4-钻杆组件101-进给支架1la-定位上平台1lb-定位下平台 102a-直线导轨102b_进给滚珠丝杠102c-滑块102d-进给电机102e_滑块安装板102f_进给平台102g_联轴器保护套 201-旋转电机202-旋转电机减速器203-小齿轮204-大齿轮205-旋转套筒206-旋转轴承定位端盖207-上盖板208-钻杆套筒209-大齿轮下套筒 210-大齿轮下套筒211-挡板301-冲击电机302-冲击电机安装板303-冲击轴承座组件304-冲击轴305-摆动轴承306-气缸306a-活塞锤头401-钻杆光轴上段402-钻杆光轴中段403-钻杆光轴下段404-滑环定位支座405-滑环406-钻杆接头407-钻杆螺旋段408-钻头409-限位法兰410-定位件411-缓冲弹簧412-限位台肩【具体实施方式】下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术钻机结构包括进给驱动机构1、旋转驱动机构2、冲击驱动机构3以及钻杆组件4，如图1、图2所示。所述进给驱动机构I用来实现钻杆组件4的轴向进给运动，包括进给支架101与进给驱动组件102，如图3所示，进给驱动组件102固定安装在进给支架101上，保持位置不变；结合附图4所示，进给驱动组件102包括直线导轨102a、进给滚珠丝杠102b、滑块102c、进给电机102d、滑块安装板102e、进给平台102f、定位上平台102g与定位下平台102h，如图2所示。其中，直线导轨102a为两条，均竖直设置，安装在进给支架I侧面上。进给滚珠丝杠102b中的丝杠与两条直线导轨平行设置，两端分别通过滚动轴承A与安装在进给支架I上部和下部的定位上平台102g、定位下平台102h相连，且两端的滚动轴承A通过轴承座安装于定位上平台102g、定位下平台102h上；且丝杠顶端通过锁紧螺母实现丝杠和滚动轴承A间精确紧固，锁紧螺母穿过由轴承座底端与滚动轴承的内圈接触。丝杠顶端通过联轴器与进给电机102d输出轴同轴连接，且在联轴器外套有联轴器保护套102g，并将联轴器保护套102g两端分别固定在定位上平台102g与进给电机102d外壳上，通过联轴器保护套102g对联轴器进行保护，同时实现对进给电机102d的支撑。上述每条直线导轨102a上安装有两个相同的滑块102c，滑块102c与滑块安装板102e固定连接，使滑块安装板102e可在直线导轨102a上沿着竖直方向滑动；且使四个滑块102c分别位于滑块安装板102e的四角处，由此保证滑块安装板102e在竖直方向上运动时不发生偏移。进给平台102f套在丝杠上与丝杠螺母固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含三种驱动机构的钻机结构，其特征在于：包括进给驱动机构、旋转驱动机构、冲击驱动机构，同时实现钻杆的进击、旋转与冲击；所述进给驱动机构安装于支架上，具有实现竖直运动的进给平台；旋转驱动机构安装于进给平台上；具有实现旋转运动的旋转套筒；冲击驱动机构安装在旋转驱动机构上部，具有实现竖直运动的气缸，气缸设置于旋转套筒内；气缸内具有活塞锤头；钻杆顶部同轴设置在旋转套筒内，与旋转套筒间通过键和键槽配合相连；周向上具有与旋转套同底端配合的台肩。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，张沛，张涛，李京霖，张武翔，徐坤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11