【技术实现步骤摘要】
本公开涉及钻探设备领域，尤其涉及一种超声波钻进器。
技术介绍
1、与地表钻取采样探测相比，月球环境下的钻取采样探测具有很大的挑战，在月球表面实施钻进任务时面临钻探环境恶劣和引力微弱的环境特点。受火箭运载能力、月面低重力环境的约束，钻取采样机构及其着陆器系统须进行轻量化设计，因此钻取采样机构可提供的钻进能力有限，并且由于月球低重力的特点，地表钻取采样探测的常规钻具利用钻机自重加压实现钻进的方式难以在月球中完成钻进，为月壤的高效钻进带来了困难，因此钻探采样对钻具提出了更高的要求。
技术实现思路
1、本公开提供了一种超声波钻进器，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
2、本公开提供一种超声波钻进器，包括：外壳、超声波夹心式换能器、自由质量块以及三维点阵夹层结构钻具；所述超声波夹心式换能器为中空结构，包括：传动轴、预紧螺栓、转子、纵扭转换振子、堆叠的压电陶瓷、绝缘环和变幅杆；所述传动轴依次贯穿所述预紧螺栓、所述转子、所述纵扭转换振子、所述堆叠的压电陶瓷、所述绝缘环和所述变幅杆；所述自由质量块为中空结构，位于所述超声波夹心式换能器与所述三维点阵夹层结构钻具之间，可在所述超声波夹心式换能器的底部与所述三维点阵夹层结构钻具的顶部之间运动；所述传动轴贯穿所述自由质量块与所述三维点阵夹层结构钻具的钻杆接口螺纹连接。
3、在一可实施方式中，所述堆叠的压电陶瓷由多个压电陶瓷片堆叠形成，相邻的压电陶瓷片以正、负极交替的方式堆叠。
4、在一可实施方式中，所述预紧螺栓包
5、在一可实施方式中，所述三维点阵夹层结构钻具包括：钻杆接口、钻具保持器、恢复弹簧和三维点阵夹层结构的钻杆；所述三维点阵夹层结构的钻杆包括钻杆外壁、三维点阵钻杆结构夹层和钻杆内壁。
6、在一可实施方式中，所述堆叠的压电陶瓷受到激励产生纵向振动，所述变幅杆将所述纵向振动放大，并将所述纵向振动通过所述自由质量块传递给所述三维点阵夹层结构钻具，驱动所述三维点阵夹层结构钻具作冲击运动进行钻进。
7、在一可实施方式中，所述纵扭转换振子将所述纵向振动转换为纵扭复合振动，所述纵扭转换振子和所述转子之间存在由所述预紧螺栓提供的预紧力，使所述纵扭转换振子和转子的接触面间产生摩擦力，所述摩擦力驱动所述转子旋转以带动所述三维点阵夹层结构钻具作回转运动。
8、在一可实施方式中，所述纵扭转换振子和所述转子的接触面间产生的摩擦力驱动所述转子旋转，使所述变幅杆顶部作椭圆运动，所述转子与所述变幅杆之间产生相对运动，驱动所述三维点阵夹层结构钻具作回转运动。
9、在一可实施方式中，所述三维点阵夹层结构钻具包括：滚珠滑套、减震垫片，所述恢复弹簧、所述滚珠滑套和所述减震垫片通过螺栓进行固定。
10、在一可实施方式中，外壳的材质为软钢或铍青铜。
11、在一可实施方式中，所述压电陶瓷片为发射性陶瓷片。
12、本公开的一种超声波钻进器，包括外壳、超声波夹心式换能器、自由质量块以及三维点阵夹层结构钻具，其中超声波夹心式换能器为中空结构，包括：传动轴以及由传动轴依次贯穿的预紧螺栓、转子、纵扭转换振子、堆叠的压电陶瓷、绝缘环和变幅杆；自由质量块也为中空结构，位于超声波夹心式换能器与三维点阵夹层结构钻具之间，可在超声波夹心式换能器的底部与三维点夹层结构钻具的顶部之间运动，此外，传动轴贯穿自由质量块与三维点阵夹层结构钻具的钻杆接口螺纹连接。本公开的超声波钻进器结构简单，能耗低，采用的三维点阵夹层结构钻具为先进超强韧结构，质量轻、强度高，具有较强的抗冲击吸能作用，同时超声波夹心式换能器与三维点阵夹层结构钻具相互配合，提高了钻进取心效率，增强了取心性能。
13、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
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1.一种超声波钻进器，其特征在于，包括：外壳（1）、超声波夹心式换能器（2）、自由质量块（3）以及三维点阵夹层结构钻具（4）；
2.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述堆叠的压电陶瓷（25）由多个压电陶瓷片堆叠形成，相邻的压电陶瓷片以正、负极交替的方式堆叠。
3.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述预紧螺栓（22）包括：预紧螺母（221）和预紧弹簧（222），所述预紧螺母（221）和所述预紧弹簧（222）将所述转子（23）、所述纵扭转换振子（24）、所述堆叠的压电陶瓷（25）和所述变幅杆（27）连为一体，所述预紧螺母（221）和所述预紧弹簧（222）用于给所述堆叠的压电陶瓷（25）施加预应力，使所述堆叠的压电陶瓷（25）处于压缩状态。
4.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述三维点阵夹层结构钻具（4）包括：钻杆接口（41）、钻具保持器（42）、恢复弹簧（43）和三维点阵夹层结构的钻杆（44）；所述三维点阵夹层结构的钻杆（44）包括钻杆外壁（441）、三维点阵钻杆结构夹层（442）和钻杆内壁（443）。<...
【技术特征摘要】
1.一种超声波钻进器，其特征在于，包括：外壳（1）、超声波夹心式换能器（2）、自由质量块（3）以及三维点阵夹层结构钻具（4）；
2.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述堆叠的压电陶瓷（25）由多个压电陶瓷片堆叠形成，相邻的压电陶瓷片以正、负极交替的方式堆叠。
3.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述预紧螺栓（22）包括：预紧螺母（221）和预紧弹簧（222），所述预紧螺母（221）和所述预紧弹簧（222）将所述转子（23）、所述纵扭转换振子（24）、所述堆叠的压电陶瓷（25）和所述变幅杆（27）连为一体，所述预紧螺母（221）和所述预紧弹簧（222）用于给所述堆叠的压电陶瓷（25）施加预应力，使所述堆叠的压电陶瓷（25）处于压缩状态。
4.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述三维点阵夹层结构钻具（4）包括：钻杆接口（41）、钻具保持器（42）、恢复弹簧（43）和三维点阵夹层结构的钻杆（44）；所述三维点阵夹层结构的钻杆（44）包括钻杆外壁（441）、三维点阵钻杆结构夹层（442）和钻杆内壁（443）。
5.根据权利要求1所述的超声波钻进器，其特征在于，所述堆叠的压电陶瓷（25）受到激励产生纵向振动，所述变幅杆（27）将所述纵向振动放大，并将所述纵向振动通过所述自...
【专利技术属性】
技术研发人员：李思琪，王敏，陈卓，王思奇，赵欢，王剑波，
申请(专利权)人：东北石油大学三亚海洋油气研究院，
类型：发明
国别省市：
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