專利名稱：新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋勘探機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)。
背景技術(shù)：
海洋資源的開發(fā)，特別是海底礦藏資源的開發(fā)是一個嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，但海底資源的探測受多變的地質(zhì)及洋流等條件制約而難度較大，同時勘探作業(yè)周期較長，對探測設(shè)備提出了極高的要求?，F(xiàn)有深海礦藏勘探設(shè)備大多采用深海鉆機(jī)或者取芯器進(jìn)行深海原位測量。這種勘探設(shè)備在進(jìn)行深孔鉆進(jìn)時往往需要通過遙控接卸多節(jié)鉆管得以實(shí)現(xiàn)。專利190310107888. O公開了一種帶預(yù)進(jìn)給和預(yù)定位裝置的深海取芯器。該機(jī)構(gòu)利用兩個平行安裝的預(yù)推進(jìn)液壓缸代替機(jī)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械手臂，大大簡化取芯器的機(jī)構(gòu)。但是該機(jī)構(gòu)對于樣品無法保壓存儲，不利于含甲烷等易揮發(fā)成分的樣品的獲取。專利190919064586. 2公開了一種海底深孔取芯鉆機(jī)。該機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架存儲一定數(shù)量鉆桿，利用鉆桿抓送機(jī)構(gòu)運(yùn)輸鉆管至下鉆部位，并由鉆進(jìn)動力頭下鉆取芯。但是該機(jī)構(gòu)同樣無法對樣品進(jìn)行保壓存儲，且受圓盤尺寸的限制，鉆桿所鉆深度較為有限，不利于深孔的鉆取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)。新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)包括外框架、支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)、鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)、 動力頭機(jī)構(gòu)、繩索取芯機(jī)構(gòu)、主機(jī)械手、輔助機(jī)械手、裝配機(jī)械手、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)、鉆管、巖芯管及鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)。在筒形的外框架外側(cè)均布有多個支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)，在外框架內(nèi)側(cè)設(shè)置有鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)，該鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)呈圓環(huán)形，與外框架同軸設(shè)置；在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)內(nèi)間隔設(shè)置有鉆管和巖芯管，在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有用于鉆管或巖芯管進(jìn)出的開口。在外框架內(nèi)還設(shè)置有動力頭機(jī)構(gòu)、繩索取芯機(jī)構(gòu)、主機(jī)械手、輔助機(jī)械手、裝配機(jī)械手、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)和鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)。動力頭機(jī)構(gòu)位于鉆機(jī)中心位置，完成鉆管的下鉆及回收；繩索取芯機(jī)構(gòu)位于動力頭機(jī)構(gòu)附近，與動力頭機(jī)構(gòu)配合完成巖芯管的下放及回收。主機(jī)械手能抓取鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)中的鉆管或巖芯管，并將鉆管或巖芯管運(yùn)送至動力頭機(jī)構(gòu)中。輔助機(jī)械手可抓取由主機(jī)械手運(yùn)送的鉆管。裝配機(jī)械手用于抓取保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)中的保壓蓋，并完成保壓裝配。液壓馬達(dá)通過齒輪嚙合帶動鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)繞鉆機(jī)中心旋轉(zhuǎn)。以上所有機(jī)構(gòu)運(yùn)動所需的能量均由鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)提供。所述支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)由三個相同的可伸縮支撐腿組成。
所述裝配機(jī)械手包括旋轉(zhuǎn)支柱、上壓蓋臂、下壓蓋臂和底座，上壓蓋臂的一端與旋轉(zhuǎn)支柱上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)；下壓蓋臂與旋轉(zhuǎn)支柱下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)支柱底部設(shè)置有底座。所述鉆管的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應(yīng)的保壓蓋配合。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是它能充分利用鉆機(jī)空間，存儲較多的鉆管和巖芯管，且操作性較強(qiáng)，使用成本較低，廣泛適用于多深度鉆孔場合。保壓蓋裝配設(shè)計充分利用鉆機(jī)自帶的液壓系統(tǒng)，簡化保壓過程，且一定程度上降低了使用成本。繩索取芯結(jié)構(gòu)的使用簡化取芯過程步驟，結(jié)合現(xiàn)有深孔鉆進(jìn)技術(shù)，大大提高取芯效率，進(jìn)一步降低成本。


圖I是本發(fā)明鉆機(jī)的總體設(shè)計圖2是本發(fā)明鉆機(jī)總體設(shè)計的俯視圖3是本發(fā)明鉆機(jī)主機(jī)械手(或輔助機(jī)械手)的結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明鉆機(jī)裝配機(jī)械手的結(jié)構(gòu)圖5是本發(fā)明鉆機(jī)裝配機(jī)械手的俯視圖6是本發(fā)明鉆機(jī)動力頭機(jī)構(gòu)及繩索取芯機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖7是本發(fā)明鉆機(jī)動力頭機(jī)構(gòu)及繩索取芯機(jī)構(gòu)的正視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I及圖2所示，新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)包括外框架3、支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)4、鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5、動力頭機(jī)構(gòu)I、繩索取芯機(jī)構(gòu)2、主機(jī)械手7、輔助機(jī)械手8、裝配機(jī)械手6、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)9、液壓馬達(dá)11、鉆管13、巖芯管12及鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)10。如圖I及圖2所示，在筒形的外框架3外側(cè)均布有三個支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)4，所述支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)4由三個相同的可伸縮支撐腿組成，每個支撐腿均由液壓馬達(dá)、絲杠、滑塊、長支架、短支架、鉸鏈及相關(guān)連接件組成。通過液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動各個相關(guān)部件實(shí)現(xiàn)長支架的伸縮支撐。如圖I及圖2所不,在外框架3內(nèi)側(cè)設(shè)置有鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5,該鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5呈圓環(huán)形，與外框架3同軸設(shè)置；在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5內(nèi)間隔設(shè)置有鉆管13和巖芯管12 (其中第一節(jié)鉆管13已預(yù)先安裝巖芯管12及鉆頭)，在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5上還設(shè)置有用于鉆管13或巖芯管12進(jìn)出的開口 ；鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5底部安裝內(nèi)齒輪，與液壓馬達(dá)11相連的外齒輪嚙合，通過液壓馬達(dá)11帶動齒輪運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5繞鉆機(jī)中心旋轉(zhuǎn)。如圖2所示，在外框架3內(nèi)還設(shè)置有動力頭機(jī)構(gòu)I、繩索取芯機(jī)構(gòu)2、主機(jī)械手7、輔助機(jī)械手8、裝配機(jī)械手6、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)9、液壓馬達(dá)11和鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)10。如圖2及圖3所示，主機(jī)械手7包括升降液壓缸14、旋轉(zhuǎn)支柱15、底座16、取管手 17、伸縮臂18。主機(jī)械手7能抓取鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5中的鉆管13或巖芯管12,將鉆管13或巖芯管12運(yùn)送至動力頭機(jī)構(gòu)I中，并在含樣巖芯管12回收過程中將含樣巖芯管12回收至鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5。如圖2及圖3所示，輔助機(jī)械手8的結(jié)構(gòu)與主機(jī)械手7 —致，輔助機(jī)械手8可抓取由主機(jī)械手7運(yùn)送的鉆管13，并可在保壓過程中將鉆管13由上至下套裝在含樣巖芯管12 外部，此時鉆管13作為保壓管使用。如圖2、圖4及圖5所示，裝配機(jī)械手6包括旋轉(zhuǎn)支柱20、上壓蓋臂19、下壓蓋臂 21、底座22和旋蓋機(jī)構(gòu)25。上壓蓋臂19的一端與旋轉(zhuǎn)支柱20上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)25 ;下壓蓋臂21與旋轉(zhuǎn)支柱20下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)25 ;旋轉(zhuǎn)支柱20底部設(shè)置有底座13。裝配機(jī)械手6用于抓取保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)9中的上保壓蓋24 和下保壓蓋23，并將上保壓蓋24和下保壓蓋23分別安裝在鉆管13兩端進(jìn)行保壓。所述鉆管13的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應(yīng)的保壓蓋配合。如圖2、圖6及圖7所示，所述動力頭機(jī)構(gòu)I位于鉆機(jī)中心位置，可完成鉆管13的下鉆及回收；繩索取芯機(jī)構(gòu)2位于動力頭機(jī)構(gòu)I附近，該繩索取芯機(jī)構(gòu)2可水平伸出，穿過動力頭機(jī)構(gòu)I的支撐桅桿，在巖芯管12到達(dá)下鉆位置時將巖芯管12由所在水平面下放至需求位置，并在下鉆取芯完畢時將含樣巖芯管12取回。以上所有機(jī)構(gòu)運(yùn)動所需的能量均由鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)10提供。該海底深孔保壓取芯鉆機(jī)的工作過程主要分為下鉆取芯及含樣巖芯管12回收和鉆管13回收及保壓裝配兩個過程，具體如下
I)下鉆取芯及含樣巖芯管12回收過程首先，液壓馬達(dá)11驅(qū)動外齒輪，外齒輪帶動內(nèi)齒輪使鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5繞鉆機(jī)中心旋轉(zhuǎn)一定角度，使第一節(jié)鉆管13轉(zhuǎn)至開口處， 主機(jī)械手7伸至鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5取出鉆管13，運(yùn)至下鉆位置，由動力頭機(jī)構(gòu)I將鉆管13下鉆；下鉆完畢，動力頭機(jī)構(gòu)I收回，繩索取芯機(jī)構(gòu)2伸至下鉆位置，取回含樣巖芯管 12，主機(jī)械手7抓取含樣巖芯管12重新放回鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5 ;其次，液壓馬達(dá)11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5再轉(zhuǎn)一定角度，使巖芯管12轉(zhuǎn)至開口處，主機(jī)械手7取出新的巖芯管12，并運(yùn)至下鉆位置，由繩索取芯機(jī)構(gòu)2將巖芯管12下放至相應(yīng)深度并收回；再次， 液壓馬達(dá)11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5再轉(zhuǎn)一定角度，使新的鉆管13轉(zhuǎn)至開口處，主機(jī)械手7取出新鉆管13，并運(yùn)輸至下鉆位置，動力頭機(jī)構(gòu)I下鉆并收回，繩索取芯機(jī)構(gòu)2再次下放回收含樣巖芯管12 ;最后，循環(huán)執(zhí)行上述過程若干次，直至所有的含樣巖芯管12均回收至鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5。2)鉆管13回收及保壓裝蓋過程首先，動力頭機(jī)構(gòu)I反轉(zhuǎn)，取回最上部一節(jié)鉆管 13，主機(jī)械手7抓取鉆管13至裝配平臺，輔助機(jī)械手8抓取該鉆管13 ;其次，液壓馬達(dá)11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5旋轉(zhuǎn)一定角度，使含樣巖芯管12位于鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5 的開口處，主機(jī)械手7移動至鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5抓取該含樣巖芯管12，并運(yùn)至裝配平臺，輔助機(jī)械手8抬升鉆管13，并在含樣巖芯管12也運(yùn)至裝配平臺時從上往下將鉆管13套裝在含樣巖芯管12的外部，此時鉆管13作保壓管使用；再次，裝配機(jī)械手6旋轉(zhuǎn)一定角度， 從保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)9抓取上保壓蓋24和下保壓蓋23，再旋轉(zhuǎn)至裝配位置，通過上壓蓋臂19 和下壓蓋臂21的壓蓋動作及旋蓋機(jī)構(gòu)25的旋蓋動作完成對鉆管13的保壓裝配。最后，主機(jī)械手7將已經(jīng)裝配完并保壓完成的鉆管13重新放回鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5。最后，循環(huán)執(zhí)行上述步驟若干次，直至所有鉆管13均回收且裝配保壓完畢，并將其送回鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)5，至此，保壓取芯過程完畢。
權(quán)利要求
1.新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)，包括外框架(3)、支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)(4)、鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)、動力頭機(jī)構(gòu)(I)、繩索取芯機(jī)構(gòu)(2)、主機(jī)械手(7)、輔助機(jī)械手(8)、裝配機(jī)械手(6)、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)(9)、液壓馬達(dá)(11)、鉆管(13)、巖芯管(12)及鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)(10)，其特征在于在筒形的外框架(3 )外側(cè)均布有多個支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)(4 )，在外框架(3 )內(nèi)側(cè)設(shè)置有鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)，該鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)呈圓環(huán)形，與外框架(3)同軸設(shè)置；在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)內(nèi)間隔設(shè)置有鉆管(13)和巖芯管(12)，在鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)上還設(shè)置有用于鉆管(13)或巖芯管(12)進(jìn)出的開口；在外框架(3)內(nèi)還設(shè)置有動力頭機(jī)構(gòu)(I)、繩索取芯機(jī)構(gòu)(2)、主機(jī)械手(7)、輔助機(jī)械手(8)、裝配機(jī)械手(6)、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)(9)、液壓馬達(dá)(11)和鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)(10);動力頭機(jī)構(gòu)(I)位于鉆機(jī)中心位置,完成鉆管(13)的下鉆及回收；繩索取芯機(jī)構(gòu)(2)位于動力頭機(jī)構(gòu)(I)附近，在動力頭機(jī)構(gòu)(I)配合下完成巖芯管(12)的下放及回收；主機(jī)械手(7)能抓取鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)中的鉆管(13)或巖芯管(12)，并將鉆管(13)或巖芯管(12)運(yùn)送至動力頭機(jī)構(gòu)(I)中；輔助機(jī)械手(8 )可抓取由主機(jī)械手(7 )運(yùn)送的鉆管(13 );裝配機(jī)械手(6)用于抓取保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)(9)中的保壓蓋，并完成保壓裝配；液壓馬達(dá)(11)通過齒輪嚙合帶動鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)(5)繞鉆機(jī)中心旋轉(zhuǎn)；以上所有機(jī)構(gòu)運(yùn)動所需的能量均由鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)(10)提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)，其特征在于所述支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)(4)由三個相同的可伸縮支撐腿組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)，其特征在于裝配機(jī)械手(6)包括旋轉(zhuǎn)支柱(20)、上壓蓋臂(19)、下壓蓋臂(21)和底座(22)，上壓蓋臂(19)的一端與旋轉(zhuǎn)支柱(20)上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)(26);下壓蓋臂(21)與旋轉(zhuǎn)支柱(20)下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機(jī)構(gòu)(26 );旋轉(zhuǎn)支柱(20 )底部設(shè)置有底座(22 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)，其特征在于鉆管(13)的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應(yīng)的保壓蓋配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型海底深孔保壓取芯鉆機(jī)?，F(xiàn)有的裝置對鉆機(jī)空間的利用不夠充分，且下鉆取樣及樣品的保壓過程較為復(fù)雜。本發(fā)明包括外框架、支撐調(diào)平機(jī)構(gòu)、鉆管及巖芯管存儲機(jī)構(gòu)、動力頭機(jī)構(gòu)、繩索取芯機(jī)構(gòu)、主機(jī)械手、輔助機(jī)械手、裝配機(jī)械手、保壓蓋存儲機(jī)構(gòu)、液壓馬達(dá)、鉆管、巖芯管及鉆機(jī)液壓動力系統(tǒng)。其中主機(jī)械手(輔助機(jī)械手)包括升降液壓缸、旋轉(zhuǎn)支柱、底座、取管手和伸縮臂。其中裝配機(jī)械手包括旋轉(zhuǎn)支柱、上壓蓋臂、下壓蓋臂、旋蓋機(jī)構(gòu)和底座。本發(fā)明設(shè)計充分利用鉆機(jī)空間，存儲較多鉆管與巖芯管，適用于多深度鉆孔場合，且可對樣品進(jìn)行保壓，保壓過程操作方便，成本較低。
文檔編號E21B25/18GK102606074SQ20121009884
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者葉瑛, 朱敬如, 秦華偉, 陳建橋, 陳鷹 申請人:杭州電子科技大學(xué)