[发明专利]螺旋辅助下潜的振动贯入式月壤取心装置

说明书

螺旋辅助下潜的振动贯入式月壤取心装置，属于载人航天月面人工采样技术领域。本发明是为了解决现有月壤采样装置依靠取心管同时实现外部螺旋辅助下潜与内部振动取心，取样能力差的问题。它包括支撑机构、振动取心机构、螺旋排壤机构和封口机构，支撑机构用于为振动取心机构和螺旋排壤机构提供支撑框架；电磁式激振器输出直线振动，并经由振动顶杆直接传递到取心管；偏置的回转驱动电机经由一对齿轮将旋转运动传递至钻杆，其旋转运动路径处于振动路径外围；振动顶杆和取心管等振动取心部分从低速轴、钻杆等螺旋排壤机构中心轴线穿过，旋转运动路径与振动路径不发生干涉。本发明用于采集月壤样本。

技术领域

本发明涉及螺旋辅助下潜的振动贯入式月壤取心装置，属于载人航天月面人工采样技术领域。

背景技术

在未来航天载人登月计划中，宇航员需要手动采集月面下的月壤样本，采集月壤的手动装置要求体积小，易于操作，采样效率高，并对原生月壤的层理信息保持好。

传统的月壤钻采方式潜入能力强，但钻杆钻进的轨迹为螺旋线且样本月壤与钻杆内部产生剧烈摩擦，降低了月壤采样率并破坏了月壤的层理信息；而利用取心管直接锤击贯入的方式采集月壤能够有效保持土层信息，但直接贯入会挤压月壤样本，产生较大贯入阻力，使得贯入深度有限并降低了内部样本长度与贯入深度的比值(取心率)。如果在取心管表面加工各向异性摩擦微结构，并在微小幅度振动的情况下贯入月壤，则能够有效减小取心管与月壤接触的作用力。但取心管单纯贯入的方式难以突破较硬的土层，在振动取心管外管壁加套排壤螺旋则可以有效提升采样装置的潜入能力。

要提高月壤样本的采样效率，还需要减小月壤样本对采样装置取心管壁的侧压力，但是侧压力小又会导致装置拔取时样本滑落；而航天火箭搭载能力有限，这就需要设计结构简单，可靠性高的采样装置。

发明内容

本发明目的是为了解决现有月壤采样装置依靠取心管同时实现外部螺旋辅助下潜与内部振动取心，取样能力差的问题，提供了一种螺旋辅助下潜的振动贯入式月壤取心装置。

本发明所述螺旋辅助下潜的振动贯入式月壤取心装置，它包括支撑机构、振动取心机构、螺旋排壤机构和封口机构，

支撑机构用于为振动取心机构和螺旋排壤机构提供支撑框架；

振动取心机构包括电磁式激振器、振动输出法兰、加速度计、加速度计支架、直线轴承、振动顶杆、取心管、振动连接法兰、锁合螺母、钢珠保持架和螺母，

电磁式激振器安装在支撑机构上，

电磁式激振器的输出轴通过振动输出法兰连接加速度计支架，加速度计安装在加速度计支架内；加速度计支架通过法兰盘与振动顶杆连接，振动顶杆依次穿过安装在支撑机构上的直线轴承和空心的低速轴后，通过振动连接法兰连接取心管，振动连接法兰由螺母轴向固定；取心管沿轴向分为两半管，两半管通过锁合螺母锁合在一起；取心管的末端外表面套接钢珠保持架；

螺旋排壤机构包括回转驱动电机、小齿轮、高速轴、钻杆、钻头、低速轴、大齿轮、转动连接法兰和圆螺母，

回转驱动电机安装在支撑机构上，回转驱动电机驱动高速轴旋转，安装于高速轴上的小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮安装于低速轴上；低速轴通过转动连接法兰连接钻杆，钻杆连接钻头；转动连接法兰的轴向位置通过圆螺母固定；

圆螺母、振动连接法兰、锁合螺母、取心管和钢珠保持架处于钻杆内；

封口机构安装在取心管末端，用于随着钻杆的转动封闭或打开取心管的末端口。

本发明的优点：本发明装置由支撑机构、振动取心机构、螺旋排壤机构和封口机构四个部分组成。其中，电磁式激振器输出直线振动，并经由振动顶杆直接传递到取心管；偏置的回转驱动电机经由一对齿轮将旋转运动传递至钻杆，其旋转运动路径处于振动路径外围；振动顶杆和取心管等振动取心部分从低速轴、钻杆等螺旋排壤机构中心轴线穿过，旋转运动路径与振动路径不发生干涉。