一種使用磁流體和波紋管的高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間資源探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用磁流體和波紋管的高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從上世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)開(kāi)始嘗試深空探測(cè)以來(lái)，外星球探測(cè)能力已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家實(shí)力和科技水平的重要體現(xiàn)。美國(guó)和前蘇聯(lián)早在上世紀(jì)六七十年代已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)月球土壤采樣并返回，現(xiàn)如今，美國(guó)的“旅行者” I號(hào)已經(jīng)飛出四萬(wàn)個(gè)地月距離，到達(dá)了太陽(yáng)系的邊緣；同時(shí)，日本的“隼鳥(niǎo)”號(hào)探測(cè)器成功的在小行星上采樣并返回地球。我國(guó)的深空探測(cè)“嫦娥工程”才剛剛起步，根據(jù)我國(guó)的探月計(jì)劃，月球探測(cè)工程分為“繞”、“落”、“回”三個(gè)戰(zhàn)略階段，目前正向第二個(gè)發(fā)展階段邁進(jìn)，探月二期要實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月球車(chē)實(shí)地勘察，探月三期將要實(shí)現(xiàn)對(duì)月球樣品的自動(dòng)采集與返回。
[0003]地球上的資源是有限的，外星球的資源如果能夠加以開(kāi)發(fā)，將會(huì)成為地球資源重要的儲(chǔ)備和支撐，因此對(duì)外星球進(jìn)行取樣且分析其成分，對(duì)人類(lèi)社會(huì)能源的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。鉆取式采樣器是深空探測(cè)采樣中最常選用的采樣器形式，鉆取式的采樣方式既可以采集松散的表層樣品，也可以進(jìn)行深層采樣，經(jīng)過(guò)特殊的設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行堅(jiān)硬的巖石的采樣，使得可以采集的樣品種類(lèi)較多。在鉆取采樣的過(guò)程中，鉆桿需要高速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0004]為了研究鉆桿在鉆進(jìn)過(guò)程中的熱特性，需要在地面上進(jìn)行預(yù)先的實(shí)驗(yàn)。為了在地球上模擬外星球的高真空環(huán)境，需要將整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行密封。鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置位于真空罐外，而需要在真空熱環(huán)境中進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)，鉆桿要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此在鉆桿與真空罐上端蓋之間需要采用動(dòng)密封方式。因此需要一種能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求的密封結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種使用磁流體和波紋管的高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿密封結(jié)構(gòu)，包括鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)與磁流體密封傳動(dòng)裝置；其中，鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)包括波紋管上端接頭、波紋管與波紋管下端接頭；磁流體密封傳動(dòng)裝置包括上滾動(dòng)軸承、下滾動(dòng)軸承、磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒與磁流體密封結(jié)構(gòu)。
[0006]所述鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)中，波紋管上接頭與鉆桿間固定；波紋管套在鉆桿上，頂端與與波紋管接頭下端面固定；波紋管底端與波紋管下端接頭相連。
[0007]所述波紋管下端接頭包括端蓋、鉆桿套筒以及上滑動(dòng)軸承和下滑動(dòng)軸承；端蓋套在鉆桿上，頂面與波紋管底端固定；鉆桿套筒套在鉆桿上，頂端與端蓋間固定；鉆桿套筒上下兩端分別通過(guò)上滑動(dòng)軸承與下滑動(dòng)軸承與鉆桿相連。
[0008]磁流體密封傳動(dòng)裝置中，磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒套在鉆桿套筒上，上下兩端分別通過(guò)上滾動(dòng)軸承與下滾動(dòng)軸承與鉆桿套筒間相連；磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒與鉆桿間還填充有磁流體密封結(jié)構(gòu)，位于上滾動(dòng)軸承與下滾動(dòng)軸承間；磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒與爐體端面間固定。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]1、本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)中，將鉆桿的運(yùn)動(dòng)分解為兩部分，波紋管隨鉆桿一起運(yùn)動(dòng)，使用靜密封；磁流體密封裝置靜止，實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封；
[0011 ] 2、本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)中，鉆桿在豎直運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)使波紋管發(fā)生壓縮和拉伸，但是不會(huì)引起波紋管底部端蓋和套筒的豎直方向的位置移動(dòng)，這樣可以使密封的效果更好；
[0012]3、本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)中，使用了導(dǎo)向螺釘和導(dǎo)向槽配套的結(jié)構(gòu)，既可以使鉆桿的豎直運(yùn)動(dòng)沿著確定軌跡進(jìn)行，又可以進(jìn)一步約束套筒和鉆桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使之保持同步；
[0013]4、本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)相比于其他密封方式而言，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，效果也更加出眾。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明高速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:
[0016]1-鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)2-磁流體密封傳動(dòng)裝置 3-鉆桿
[0017]4-爐體端面101-波紋管上端接頭102-波紋管
[0018]103-波紋管下端接頭201-上滾動(dòng)軸承202-下滾動(dòng)軸承
[0019]203-軸承端蓋204-磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒 205-磁流體密封結(jié)構(gòu)
[0020]1la-波紋管接頭1lb-左半邊鋼圈1lc-右半邊鋼圈
[0021]1ld-彈性墊圈103a-端蓋103b_鉆桿套筒
[0022]103c-上滑動(dòng)軸承103d-下滑動(dòng)軸承103e_導(dǎo)向螺釘
[0023]103f_ 導(dǎo)向槽
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)，包括鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)和磁流體密封傳動(dòng)裝置，包括鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)I與磁流體密封傳動(dòng)裝置2，如圖1所示。其中，鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)I用來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆桿3豎直運(yùn)動(dòng)的密封，包括波紋管上端接頭101、波紋管102與波紋管下端接頭103。磁流體密封傳動(dòng)裝置2用來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆桿3旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的密封，包括上滾動(dòng)軸承201、下滾動(dòng)軸承202、軸承端蓋203、磁流體密封結(jié)構(gòu)外筒204與磁流體密封結(jié)構(gòu)205。
[0026]所述鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)I在實(shí)際工作過(guò)程中都隨著鉆桿3進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，所使用的密封方式均為靜密封的方式。鉆桿整體靜密封結(jié)構(gòu)I中，波紋管上端接頭101包括波紋管接頭101a、左半邊鋼圈101b、右半邊鋼圈1lc與彈性墊圈101d。其中，波紋管接頭1la套在鉆桿3上，與鉆桿3外壁間通過(guò)緊配合固定。波紋管接頭1la與鉆桿3外壁間設(shè)置有橡膠密封圈，實(shí)現(xiàn)兩者間的密封。左半環(huán)鋼圈1lb與右半環(huán)鋼圈1lc間構(gòu)成整體環(huán)形鋼圈，套在鉆桿3上，且均卡在鉆桿3外壁周向上設(shè)計(jì)的環(huán)槽A內(nèi)，通過(guò)環(huán)槽A實(shí)現(xiàn)鋼圈下端面的定位。鋼圈的上端面通過(guò)彈性卡圈1ld實(shí)現(xiàn)定位，具體為:將鋼圈設(shè)置于波紋管接頭1la頂面周向開(kāi)設(shè)的定位凹槽內(nèi)，且與定位凹槽底面貼合；彈性卡圈1ld套在鉆桿3上，且設(shè)置在定位凹槽內(nèi)，底面與左半環(huán)鋼圈1lb與右半環(huán)鋼圈1lc貼合，周向上與定位凹槽內(nèi)壁周向上開(kāi)設(shè)的環(huán)槽B配合嵌入；由此通過(guò)彈性卡圈1ld與環(huán)槽A實(shí)現(xiàn)鋼圈的定位，防止鋼圈的軸向竄動(dòng)。上述鋼圈與波紋管接頭1la間為緊配合固定，同時(shí)使鋼圈與鉆桿3間為過(guò)盈配合固定。為了更好地實(shí)現(xiàn)鋼圈與波紋管接頭1la間的配合效果，可以使用工業(yè)膠水將鋼圈與波紋管接頭1la進(jìn)一步固定，這樣在鉆桿3旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，可以保證波紋管上端接頭1la可與鉆桿3同步旋轉(zhuǎn)。
[0027]所述波紋管102套在鉆桿3上，波紋管102內(nèi)壁與鉆桿3外壁間周向具有間隙。波紋管102頂端與波紋管接頭1la下端面焊接固定；波紋管102底端與波紋管下端接頭相連。實(shí)際當(dāng)中，由于鉆桿3長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此波紋管102可采用多段同軸焊接形成，這樣使波紋管上端接頭101的成本降低。
[0028]所述波紋管下端接頭103包括端蓋103a、鉆桿套筒103b以及上滑動(dòng)軸承103c和下滑動(dòng)軸承103d。其中，端蓋103a套在鉆桿3上與鉆桿3間存在間隙；端蓋103a頂面與波紋管102底端焊接固定。鉆桿套筒103b套在鉆桿3上，頂端與端蓋103a間通過(guò)緊固螺釘固定，且通過(guò)設(shè)置橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)鉆桿套筒103b與端蓋103a間的