[发明专利]超声波钻探采样测试试验平台

说明书

技术领域：

本发明涉及地外天体探测及样品采集测试领域，具体涉及一种超声波钻探采样测试试验平台。

背景技术：

地外天体探测及样品采集一直是国内外的研究热点。而地外天体原位探测面临表面样本复杂、环境极端、情况多变、探测器质量受限、能量来源不稳定、可靠性不确定等难点。随着探测采样样本的硬度增加，钻探深度的增加及探测环境极端恶化，地外天体的探测难度陡然增大。一般探测采样装置很难满足任务需求。

本专利以我国火星钻探采样技术为背景，寻求适应深空探测环境的新型高硬度样本钻探采样模式，基于压电超声振动的高频率低功耗的原理，设计研制一款新型超声波钻探采样器，良好地适应地外天体原位探测采样任务。本超声波钻探采样测试试验台，可进行超声发生器、超声变幅杆、自由质量块、钻压力等对钻探效率影响的测试试验。

发明内容： 

本发明的目的在于提供一种结构简单、功能全面的超声波钻探采样测试试验平台。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：超声波钻探采样测试试验平台，包括平台底座，平台底座下方四角处安装有地脚，平台底座上平面中心固定连接六维力传感器，六维力传感器上平面置有岩心夹具，六维力传感器的一侧的平台底座上固定连接支撑架，支撑架垂直于岩心夹具的夹持平面，支撑架面向六维力传感器一侧有燕尾形导轨槽，燕尾形导轨槽与岩心夹具的夹持平面垂直，支撑架面向六维力传感器一侧有齿条，齿条与燕尾形导轨槽平行布置，燕尾形导轨槽内有导轨与之配合连接，导轨固定于电机支架上，电机支架上固定有电机，电机的位置在于，电机的输出轴键连接的齿轮与支撑架上的齿条呈齿轮啮合关系，电机支架上固定连接有超声波钻探器，超声波钻探器与取芯钻头固定连接，取芯钻头的轴线与岩心夹具平面垂直，取芯钻头的轴线位于岩心夹具的几何中心；

支撑架顶部前后面上各设有滑轮，电机支架的顶部固定连接有绳索，绳索穿过两个滑轮后绕到支撑架的背后处连接若干配重块，电机与电机支架之间的位置设有磁栅传感器，燕尾形导轨槽底部一侧安装有行程开关。

本发明具有如下有益效果：已知钻压力在钻削过程中对钻削效率影响显著，合理设定不同岩石钻压力值，可有效发挥超声钻探器超声振动效率，本发明具有控制垂直钻压力的功能，同时还包含了重力补偿装置，可有效模拟不同星体环境下引力对钻探效率的影响，为地外天体探测机械臂恒力进给，提供数据支持，超声波钻探采样器采用高频振动使脆硬性岩石发生疲劳而破碎原理钻削，需测试不同岩石发生破碎时平均钻压力，所以本发明具有钻削力检测的功能，以指导超声波变幅杆、自由质量单元、钻头端面等设计，提高钻探效率，超声波钻探采样器评价指标为钻探效率、功率等参数，钻探速率是钻探效率的直观反映，本发明具有钻削速度、功率检测功能，设计相应钻探器机构参数满足相同功率钻削速率最大。

附图说明：

图1本发明实施例的轴测图。

图中1-地脚，2-平台底座，3-岩心夹具，4-支撑架，5-行程开关，6-电机支架，7-配重块，8-磁栅传感器，9-燕尾形导轨槽，10-滑轮，11-绳索，12-齿条，13-电机，14-齿轮，15-超声波钻探器，16-取芯钻头，17-六维力传感器，18-岩心样本。  

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1所示的超声波钻探采样测试试验平台，包括平台底座2，平台底座2下方四角处安装有地脚1，平台底座2上平面中心固定连接六维力传感器17，六维力传感器17上平面置有岩心夹具3，六维力传感器17的一侧的平台底座2上固定连接支撑架4，支撑架4垂直于岩心夹具3的夹持平面，支撑架4面向六维力传感器17一侧有燕尾形导轨槽9，燕尾形导轨槽9与岩心夹具3垂直的夹持平面，支撑架4面向六维力传感器17一侧有齿条12，齿条12与燕尾形导轨槽9平行布置，燕尾形导轨槽9内有导轨与之配合连接，导轨固定于电机支架6上，电机支架6上固定有电机13，电机13的位置在于，电机13的输出轴键连接的齿轮14与支撑架4上的齿条12呈齿轮啮合关系，电机支架6上固定连接有超声波钻探器15，超声波钻探器15与取芯钻头16固定连接，取芯钻头16的轴线与岩心夹具3平面垂直，取芯钻头16的轴线位于岩心夹具3的几何中心；

支撑架4顶部前后面上各设有滑轮10，电机支架6的顶部固定连接有绳索11，绳索11穿过两个滑轮10后绕到支撑架4的背后处连接若干配重块7，电机13与电机支架6之间的位置设有磁栅传感器8，燕尾形导轨槽9底部一侧安装有行程开关5。

平台底座2由分布于其四个角的地脚1支撑；支撑架4和六维力传感器17通过螺栓与平台底座固连，六维力传感器17上安装岩心夹具3，用以固定被钻削岩石样本18，通过六维力传感器17实时监测振动钻探过程中钻削力变化和取心过程中扭矩的变化，支撑架4面向六维力传感器端面一侧装有导轨，为安装在导轨滑块上的电机13及电机支架6导向，并限制其垂直于直线导轨方向的移动，另一侧装有与电机13伸出轴端固连的齿轮14相啮合的齿条12，利用电机恒扭矩模式带动齿轮齿条加载钻压力，使钻压力传动平稳可靠，齿轮侧隙可给予超声振动钻探一定的自由度，超声波钻探器15下端装有空心的取芯钻头16，磁栅传感器8，用以检测钻探速率及钻探深度，可实时反馈钻探器本体振动状态，直线导轨上下极限位置安装行程开关5，防止机械碰撞；机械结构支撑架上端两侧装有一对滑轮10，用以为连接电机支撑座和重力补偿配重7的绳索11导向。