一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具制造技术

本发明专利技术公开了一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，包括钻杆、取芯管和钻具对接接头组件；钻具对接接头组件包括传力接头、取芯管对接接头、钻杆对接接头、对接弹簧；取芯管为薄壁圆筒形结构，内壁为光滑的等直径圆筒，内壁的底部和顶部分别安装有防脱落罩，样品通过防脱落罩进入，并且，防脱落罩防止样品落出；钻杆内部为圆筒形空腔，钻杆顶端接头下端为圆柱形空腔，空腔轴向设有两个对称的凹槽，接头上段为锥形，锥顶为圆角，钻杆底端的圆筒形空腔内，设有两个对称的凸起，用于与其他钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；一个钻杆的底端与其他钻杆顶端通过钢球锁紧；本发明专利技术采用多根钻具对接的方式实现深层采样，而且每根钻具都可以重复使用。

Multi rod deep layer sampler drilling tool with coring tube

The present invention discloses a core tube multi rod deep sampler sampling tools, including drill pipe, drill core pipe and butt joint component; drill butt joint assembly comprises a power transmission joint, core tube drill pipe butt joint, butt joint, butt spring; core tube for thin-walled cylindrical structure, the inner wall is smooth and cylindrical, the inner wall of the bottom and the top cover are respectively provided with anti shedding, anti dropping into the sample through the cover, and the anti shedding cover to prevent sample falls out; the inside of the drill pipe is cylindrical cavity, the top end of the cylindrical cavity for drill pipe joints, axial groove cavity is provided with two symmetrical, the upper joint is conical, apex rounded, cylindrical cavity at the bottom of the drill pipe, is provided with two symmetrical convex, for symmetric groove and other pipe joint with the top of the bottom end of a drill pipe; The upper end of the drill rod is locked by a steel ball; the invention adopts the method of butt joint of a plurality of drilling tools to realize deep sampling, and each drilling tool can be reused.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，属于空间资源探测

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”1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。通过增大钻具的体积或数量也可以实现大量的采样。更重要的是，采用钻取形式的采样方式可以完整的取得一段样品，保持了样品的层理信息，样品具有更好的研究价值。国内外已公开的钻取式采样器按照钻杆数量上分为单杆采样器和多杆采样器两类。现有的单杆采样器如若要实现深层采样，钻杆必须与取样深度一致，则在航天器内部占用尺寸空间较大。现有的多杆采样器钻具结构对对接时两根钻具的位置精度要求很高，已进入外星球土壤中的钻具在与接头分离后若出现钻孔塌陷、埋钻等情况，很有可能使钻具的位置改变，这种位置的改变对于采样器流程设计来说时不可预见，因此当接头带动新的钻具到下钻位置进行对接时，由于位置的偏差很有可能对接不上，甚至无法将已在土壤中的钻具取回。而且无论是单杆采样器还是多杆采样器，钻具取样量受钻杆限制，采样器获得的样品存放在钻具中，钻具全部充满即采样器的最大取样量；若想增大采样器的取样量，必须在原结构的基础上增加钻具数量或者改变钻具结构以增大钻具中心体积。由于钻具工作特点的要求，本身较为厚重，因此增加的采样器的取样量与采样器增加的重量相比比值较小，因此取样量增加的代价较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具。本专利技术设计的一种新的钻具，增加可与钻具安装对接的独立取芯管，采样返回可只回收取芯管，抛却笨重的钻杆，这样可以减少返回舱的重量；而且每根取芯管均独立，其数量可多于钻杆的数量，采样器根据采样量的需求确定取芯管的数量。一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，包括钻杆、取芯管和钻具对接接头组件；钻具对接接头组件包括传力接头、取芯管对接接头、钻杆对接接头、对接弹簧；取芯管对接接头顶部从传力接头的底部穿入，两者能够相对周向旋转和轴向平移，无法径向运动；取芯管对接接头与钻杆对接接头上设计有相互配合的对凸起和凹槽，均沿圆周均匀分布，通过凸起与凹槽改变取芯管对接接头与钻杆对接接头的相对位置；取芯管对接接头上凸起的下方，设有中空圆柱体，圆柱体外围设有对接弹簧，中空圆柱体下端设有弹簧片，钻杆对接接头内设有圆柱形空腔，圆柱形空腔与圆柱体相互配合；钻杆对接接头的圆柱形空腔的内壁上，设有两个对称的凸起，用于与钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；取芯管为薄壁圆筒形结构，内壁为光滑的等直径圆筒，内壁的底部和顶部分别安装有防脱落罩，样品通过防脱落罩进入，并且，防脱落罩防止样品落出；钻杆内部为圆筒形空腔，钻杆顶端接头下端为圆柱形空腔，空腔轴向设有两个对称的凹槽，接头上段为锥形，锥顶为圆角，钻杆底端的圆筒形空腔内，设有两个对称的凸起，用于与其他钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；一个钻杆的底端与其他钻杆顶端通过钢球锁紧；取芯管位于钻杆内部，取芯管的外围设有弹簧片，取芯管外围的弹簧片与取芯管对接接头的中空腔体内部的弹簧片进行配合。本专利技术的优点在于：（1）本专利技术采用多根钻具对接的方式实现深层采样，而且每根钻具都可以重复使用；（2）本专利技术采用一种新的封闭型钢球锁紧机构进行钻具的对接，隔绝土壤粉尘的影响，对接安全可靠，钻具之间对接位置精度要求低，可以允许较大的位置偏差；（3）本专利技术设计了新的钻具和取芯管的对接接头，可以在工作状态和非工作状态下实现钻具和取芯管的转移或者钻取采样；（4）本专利技术具有独立的样品取芯管，取芯管为刚性薄壁管，采样时安装在钻具内部，采样完成后可以独立取出并存放在样品台，因此可以最大程度上的保持采集的土壤样品的层理信息，减少对原样的破坏。取芯管与钻具的分离设计也使得钻具可以多次使用，实现多地点、大量采样。取芯管数量多于钻具，根据采样流程对其进行取放，空间利用率高；（5）本专利技术采样器的样品回收只回收取芯管，可以极大减轻返回重量。附图说明图1是本专利技术整体结构立体图；图2是本专利技术所述钻具对接接头分解立体图；图3是本专利技术所述取芯管立体图；图4是本专利技术所述取芯管安装防脱落罩立体图；图5是本专利技术所述钻杆顶端和底端细节立体图；图6是本专利技术所述钻杆对接原理图；图7是本专利技术所述钻具对接接头与钻具对接原理图；图8是本专利技术所述取芯管接头弹簧片和取芯管弹簧片立体图；图9是本专利技术所述取芯管对接接头与取芯管对接原理图；图中：1传力接头2扭矩传递销3取芯管对接接头4钻具对接接头5钻杆5.1第一根钻杆5.2第二根钻杆6取芯管7对接弹簧8防脱落罩9取芯管弹簧片9.1取芯管第一块弹簧片9.2取芯管第二块弹簧片10取芯管刚性挡板10.1取芯管第一块刚性挡板10.2取芯管第二块刚性挡板11锁紧钢球12取芯管对接接头弹簧片12.1取芯管对接接头第一块弹簧片12.2取芯管第二块弹簧片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。本专利技术的一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，如图1所示，包括钻杆组件、取芯管6和钻具对接接头组件三大部分。其中，取芯管和钻杆可以根据采样需求分别选用多根实现对接，取芯管的数量可多于钻杆的数量。钻具对接接头组件如图1、图2所示，包括顺次连接的传力接头1、扭矩传递销2、取芯管对接接头3、钻杆对接接头4、对接弹簧7。取芯管对接接头3顶部从传力接头1的底部穿入，穿入后两者可以相对周向旋转和轴向平移，但径向运动被配合的圆柱面限制。传力接头1上开有两个对称的长槽，长槽形成扭矩传递销安装孔，取芯管对接接头3上钻有扭矩传递销安装孔，取芯管对接接头3与传力接头1对接后，将扭矩传递销2穿过传力接头1上的扭矩传递销安装孔和取芯管对接接头3上的安装孔，此时传力接头1与取芯管对接接头3之间轴向被固定，由于传力接头上1的槽孔的设计，传力接头1和取芯管对接接头3之间还可以存在135°的周向旋转自由角度。即无论两者相对正转还是反转，最大相对旋转135本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，包括钻杆、取芯管和钻具对接接头组件；钻具对接接头组件包括传力接头、取芯管对接接头、钻杆对接接头、对接弹簧；取芯管对接接头顶部从传力接头的底部穿入，两者能够相对周向旋转和轴向平移，无法径向运动；取芯管对接接头与钻杆对接接头上设计有相互配合的对凸起和凹槽，均沿圆周均匀分布，通过凸起与凹槽改变取芯管对接接头与钻杆对接接头的相对位置；取芯管对接接头上凸起的下方，设有中空圆柱体，圆柱体外围设有对接弹簧，中空圆柱体下端设有弹簧片，钻杆对接接头内设有圆柱形空腔，圆柱形空腔与圆柱体相互配合；钻杆对接接头的圆柱形空腔的内壁上，设有两个对称的凸起，用于与钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；取芯管为薄壁圆筒形结构，内壁为光滑的等直径圆筒，内壁的底部和顶部分别安装有防脱落罩，样品通过防脱落罩进入，并且，防脱落罩防止样品落出；钻杆内部为圆筒形空腔，钻杆顶端接头下端为圆柱形空腔，空腔轴向设有两个对称的凹槽，接头上段为锥形，锥顶为圆角，钻杆底端的圆筒形空腔内，设有两个对称的凸起，用于与其他钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；一个钻杆的底端与其他钻杆顶端通过钢球锁紧；取芯管位于钻杆内部，取芯管的外围设有弹簧片，取芯管外围的弹簧片与取芯管对接接头的中空腔体内部的弹簧片进行配合。...

【技术特征摘要】
1.一种带取芯管的多杆深层采样器取样钻具，包括钻杆、取芯管和钻具对接接头组件；
钻具对接接头组件包括传力接头、取芯管对接接头、钻杆对接接头、对接弹簧；
取芯管对接接头顶部从传力接头的底部穿入，两者能够相对周向旋转和轴向平移，无法
径向运动；
取芯管对接接头与钻杆对接接头上设计有相互配合的对凸起和凹槽，均沿圆周均匀分布，
通过凸起与凹槽改变取芯管对接接头与钻杆对接接头的相对位置；
取芯管对接接头上凸起的下方，设有中空圆柱体，圆柱体外围设有对接弹簧，中空圆柱
体下端设有弹簧片，钻杆对接接头内设有圆柱形空腔，圆柱形空腔与圆柱体相互配合；
钻杆对接接头的圆柱形空腔的内壁上，设有两个对称的凸起，用于与钻杆顶端接头的对
称凹槽进行配合；
取芯管为薄壁圆筒形结构，内壁为光滑的等直径圆筒，内壁的底部和顶部分别安装有防
脱落罩，样品通过防脱落罩进入，并且，防脱落罩防止样品落出；
钻杆内部为圆筒形空腔，钻杆顶端接头下端为圆柱形空腔，空腔轴向设有两个对称的凹
槽，接头上段为锥形，锥顶为圆角，钻杆底端的圆筒形空腔内，设有两个对称的凸起，用于
与其他钻杆顶端接头的对称凹槽进行配合；一个钻杆的底端与其他钻杆顶端通过钢球锁紧；
取芯管位于钻杆内部，取芯管的外围设有弹簧片，取芯管外...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，张涛，安迎和，
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