[发明专利]一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻

说明书

技术领域

本发明涉及一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻。

背景技术

钻取采样是深空探测采样中获取岩石样品的重要方式。超声波钻利用压电叠堆产生的高频轴向冲击振动破碎岩石。与电磁电机驱动的回转冲击钻相比，超声波钻具有体积小、功耗低和钻压力小等优点。由于只有纵向振动，传统超声波钻在钻取采样过程中不能将岩石碎屑及时排出，降低了钻进效率。电磁电机被引入到超声波钻中产生回转运动用于排屑，但增加了系统复杂性，降低了系统可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻，以解决由于只有纵向振动，传统超声波钻在钻取采样过程中不能将岩石碎屑及时排出，降低了钻进效率。电磁电机被引入到超声波钻中产生回转运动用于排屑，但增加了系统复杂性，降低了系统可靠性问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻，它包括采样钻杆、冲击支撑机构、冲击驱动器、压电叠堆驱动器、回转驱动机构、回转支撑机构、支撑框架、压电叠堆电接口正极和压电叠堆电接口负极；

所述支撑框架内从上至下依次设置有回转支撑机构、回转驱动机构、压电叠堆驱动器、冲击驱动器和冲击支撑机构，所述采样钻杆穿过冲击支撑机构与冲击驱动器相连接，所述压电叠堆电接口正极和压电叠堆电接口负极分别穿过支撑框架与压电叠堆驱动器的两端相连接；

所述回转驱动机构包括V型耦合振子、转子、回转预紧碟簧、回转预紧螺母和回转驱动轴，V型耦合振子的下端与压电叠堆驱动器相连接，所述回转驱动轴从上至下依次穿过回转预紧螺母、回转预紧碟簧、转子和V型耦合振子，所述回转驱动轴的上端设置有回转支撑机构，所述回转驱动轴的下端设置有压电叠堆驱动器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明结构设计科学合理，由压电叠堆驱动器作为唯一动力来源，充分利用压电叠堆两侧的振动，将压电叠堆驱动器一侧的振动转变为采样钻杆的回转运动，压电叠堆驱动器另一侧的振动转变为采样钻杆的冲击运动，最终实现本发明的回转冲击运动。

2、本发明可实现冲击模式和回转冲击式模式两种工作模式，并能够在两模式间自由切换，灵活性强。

3、本发明使用安全可靠且结构设计简单，适于普遍推广使用。

附图说明

图1是本发明去掉部分支撑框架7的主视结构示意图；

图2是采样钻杆1的立体结构示意图；

图3是采样钻杆1的装配图；

图4是冲击支撑机构2的主视结构剖面图；

图5是冲击驱动器3的主视结构剖面图；

图6是压电叠堆驱动器4的立体结构剖面图；

图7是多层压电陶瓷圈4-2的立体结构示意图；

图8是本发明的主视结构剖面图，图中去掉压电叠堆电接口正极8和压电叠堆电接口负极9；

图9是回转驱动机构5中V型耦合振子5-1的工作原理示意图；

图10是图9的俯视结构示意图；

图11是图9的立体结构示意图；

图12是回转驱动轴5-6和钻杆基轴1-2的连接关系示意图；

图13是回转支撑机构6的主视结构剖面图；

图14是支撑框架7的主视结构剖面图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14说明本实施方式，本实施方式包括采样钻杆1、冲击支撑机构2、冲击驱动器3、压电叠堆驱动器4、回转驱动机构5、回转支撑机构6、支撑框架7、压电叠堆电接口正极8和压电叠堆电接口负极9；

所述支撑框架7内从上至下依次设置有回转支撑机构6、回转驱动机构5、压电叠堆驱动器4、冲击驱动器3和冲击支撑机构2，所述采样钻杆1穿过冲击支撑机构2与冲击驱动器3相连接，所述压电叠堆电接口正极8和压电叠堆电接口负极9分别穿过支撑框架7与压电叠堆驱动器4的两端相连接；

所述回转驱动机构5包括V型耦合振子5-1、转子5-2、回转预紧碟簧5-3、回转预紧螺母5-4和回转驱动轴5-6，V型耦合振子5-1的下端与压电叠堆驱动器4相连接，所述回转驱动轴5-6从上至下依次穿过回转预紧螺母5-4、回转预紧碟簧5-3、转子5-2和V型耦合振子5-1，所述回转驱动轴5-6的上端设置有回转支撑机构6，所述回转驱动轴5-6的下端设置有压电叠堆驱动器4。