一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，属于航天航空设备测试试验领域。能够在模拟月球南极低温无水试验环境的同时实现钻具钻进过程中各种力热参数的测量.它包括进尺驱动单元、回转冲击驱动单元、钻具单元、低温样本单元和数据采集与控制单元，所述进尺驱动单元与回转冲击驱动单元相连，所述回转冲击驱动单元与钻具单元相连，所述钻具单元对低温样本单元进行钻进，所述数据采集与控制单元采集数据，所述回转冲击驱动单元包括回转电机和冲击电机，在回转电机和冲击电机的作用下驱动钻具单元进行回转和冲击运动，所述低温样本单元包括月壤桶、液氮桶和氮气箱。它主要用于模拟月壤水冰低温钻进力热测试。用于模拟月壤水冰低温钻进力热测试。用于模拟月壤水冰低温钻进力热测试。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置


[0001]本专利技术属于航天航空设备测试试验领域，特别是涉及一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置。

技术介绍

[0002]2022年9月，中国国家航天局发布了《嫦娥七号任务搭载机遇公告》，指出嫦娥七号将于2026年前后发射，开展月球南极的环境与资源勘查，包括月球南极月表环境、月壤水冰和挥发组分等探测任务，为月球科研站的建设奠定技术基础。其中月壤水冰的探测作为一项必不可少的环节，对其的实现存在诸多困难，针对探测钻具的设计要综合考虑月球的环境以及符合航天项目的特殊性(体积较小、质量较轻、易于发送)等实际问题，因此在完成钻具的构型设计后还需要利用试验设备进行试验验证。
[0003]目前针对钻进的效能指标的测试平台大都不能模拟月球南极的低温无水的环境，而这些环境因素对钻进的效能指标的测量有较大影响，作为钻进设备的核心部件钻头，不对其在模拟环境下进行测试便进行应用是违背科研工作相关规则的，故而现有的测试平台无法满足我国探月战略的需求，亟需试研发一款能够模拟月球南极工作条件的钻进力热测试系统。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置,使其能够在模拟月球南极低温无水试验环境的同时实现钻具钻进过程中各种力热参数的测量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，它包括进尺驱动单元、回转冲击驱动单元、钻具单元、低温样本单元和数据采集与控制单元，所述进尺驱动单元与回转冲击驱动单元相连，所述回转冲击驱动单元与钻具单元相连，所述钻具单元对低温样本单元进行钻进，所述数据采集与控制单元采集数据，所述回转冲击驱动单元包括回转电机和冲击电机，在回转电机和冲击电机的作用下驱动钻具单元进行回转和冲击运动，所述低温样本单元包括月壤桶、液氮桶和氮气箱，所述月壤桶设置在液氮桶内，所述月壤桶内装载模拟月壤水冰样本，所述液氮桶内装载液氮，所述液氮桶上方设置氮气箱，所述模拟月壤水冰样本内部不同高度、不同深度处设置有第一温度传感器，所述氮气箱内部不同高度、不同深度处设置有第二温度传感器。
[0006]更进一步的，所述回转电机通过第二齿轮副与芯轴相连，所述冲击电机通过第三齿轮副与凸轮相连，所述凸轮上设置滚子，所述滚子沿凸轮廓线滚动，并在花键轴上完成上下运动，所述滚子上设置凸轮配重，所述凸轮配重上设置弹簧。
[0007]更进一步的，所述回转电机与第二齿轮副之间连接有扭矩传感器。
[0008]更进一步的，所述回转冲击驱动单元通过钢丝绳与定滑轮组后与配重相连。
[0009]更进一步的，所述钻具单元包括钻具和电滑环，所述电滑环与回转冲击驱动单元的芯轴相连，所述电滑环下端与钻具相连，所述钻具内部设置有传感器，所述电滑环内圈与
传感器相连，所述电滑环外圈与数据采集与控制单元相连。
[0010]更进一步的，所述钻具外侧套接有波纹管，所述波纹管底端与氮气箱相连。
[0011]更进一步的，所述进尺驱动单元包括进尺电机、链条和导轨，所述进尺电机与第一齿轮副相连，所述第一齿轮副与链条相连，所述链条与回转冲击驱动单元相连，所述回转冲击驱动单元与导轨相连。
[0012]更进一步的，所述进尺驱动单元还包括磁栅尺传感器，所述磁栅尺传感器对回转冲击驱动单元的进尺位移进行记录。
[0013]更进一步的，所述链条上设置有两个拉力传感器，两个拉力传感器分别设置在回转冲击驱动单元的两侧。
[0014]更进一步的，所述测试装置安装在试验台机架上。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可以在实现模拟月球极区低温无水环境下完成对钻进过程中力热参数的测量，现有钻进测试设备一般无法达到低温无水环境的试验要求，而本专利技术则通过液氮浴的方式使模拟月壤水冰样本能够达到
‑
180℃以下温度，并通过低温冷氮气营造低温氮气无水试验环境，在本专利技术所具有的特殊专利技术效果下，能够更加准确地获得模拟月壤水冰低温无水环境下的钻进力热参数，为后续嫦娥七号剖面采样装置钻具设计提供数据支持。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本专利技术所述的一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置结构示意图。
[0018]1：进尺驱动单元，1
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1：进尺电机，1
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2：第一齿轮副，1
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3：链条，1
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4：导轨，1
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5：磁栅尺传感器，1
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6：拉力传感器，2：回转冲击驱动单元，2
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1：回转电机，2
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2：第二齿轮副，2
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3：扭矩传感器，2
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4：冲击电机，2
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5：第三齿轮副，2
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6：凸轮，2
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7：滚子，2
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8：花键轴，2
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9：弹簧，2
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10：凸轮配重，2
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11：钢丝绳，2
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12：定滑轮组，2
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13：配重，3：钻具单元，3
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1：钻具，3
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2：电滑环，3
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3：传感器，3
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4：波纹管，4：低温样本单元，4
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1：月壤桶，4
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2：模拟月壤水冰样本，4
‑
3：液氮桶，4
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4：液氮，4
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5：第一温度传感器，4
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6：氮气箱，4
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7：第二温度传感器，5：数据采集与控制单元，6：试验台机架。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]参见图1说明本实施方式，一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，它包括进尺驱动单元1、回转冲击驱动单元2、钻具单元3、低温样本单元4和数据采集与控制单元5，所述进尺驱动单元1与回转冲击驱动单元2相连，所述回转冲击驱动单元2与钻具单元3相连，所述钻具单元3对低温样本单元4进行钻进，所述数据采集与控制单元5采集数据，所述回转冲击驱动单元2包括回转电机2
‑
1和冲击电机2
‑
4，在回转电机2
‑
1和冲击电机2
‑
4的作用下驱动钻具单元3进行回转和冲击运动，所述低温样本单元4包括月壤桶4
‑
1、液氮桶4
‑
3和氮气
箱4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，其特征在于：它包括进尺驱动单元(1)、回转冲击驱动单元(2)、钻具单元(3)、低温样本单元(4)和数据采集与控制单元(5)，所述进尺驱动单元(1)与回转冲击驱动单元(2)相连，所述回转冲击驱动单元(2)与钻具单元(3)相连，所述钻具单元(3)对低温样本单元(4)进行钻进，所述数据采集与控制单元(5)采集数据，所述回转冲击驱动单元(2)包括回转电机(2
‑
1)和冲击电机(2
‑
4)，在回转电机(2
‑
1)和冲击电机(2
‑
4)的作用下驱动钻具单元(3)进行回转和冲击运动，所述低温样本单元(4)包括月壤桶(4
‑
1)、液氮桶(4
‑
3)和氮气箱(4
‑
6)，所述月壤桶(4
‑
1)设置在液氮桶(4
‑
3)内，所述月壤桶(4
‑
1)内装载模拟月壤水冰样本(4
‑
2)，所述液氮桶(4
‑
3)内装载液氮(4
‑
4)，所述液氮桶(4
‑
3)上方设置氮气箱(4
‑
6)，所述模拟月壤水冰样本(4
‑
2)内部不同高度、不同深度处设置有第一温度传感器(4
‑
5)，所述氮气箱(4
‑
6)内部不同高度、不同深度处设置有第二温度传感器(4
‑
7)。2.根据权利要求1所述的一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，其特征在于：所述回转电机(2
‑
1)通过第二齿轮副(2
‑
2)与芯轴相连，所述冲击电机(2
‑
4)通过第三齿轮副(2
‑
5)与凸轮(2
‑
6)相连，所述凸轮(2
‑
6)上设置滚子(2
‑
7)，所述滚子(2
‑
7)沿凸轮(2
‑
6)廓线滚动，并在花键轴(2
‑
8)上完成上下运动，所述滚子(2
‑
7)上设置凸轮配重(2
‑
10)，所述凸轮配重(2
‑
10)上设置弹簧(2
‑
9)。3.根据权利要求2所述的一种模拟月壤水冰低温钻进力热测试装置，其特征在于：所述回转电机(2
‑
1)与第二齿轮副(2
‑
2)之间连接有扭矩传感器(2

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟伟，崔中雨，丁源，唐钧跃，季节，赵德明，崔金生，迟关心，刘荣强，王振龙，姜生元，侯建飞，
申请(专利权)人：浙江理工大学广州大学，
类型：发明
国别省市：