[发明专利]一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具

说明书

本发明提供了一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具，包括空间球面螺旋取芯钻头、外螺旋中空钻杆和取芯机构，空间球面螺旋取芯钻头位于外螺旋中空钻杆的端部，空间球面螺旋取芯钻头包括中空钻头基体和螺旋切削翼，中空钻头基体的一端与外螺旋中空钻杆的端部螺纹连接，另一端设有椭球形头部，在椭球形头部的端部径向内收形成月壤阻隔环，月壤阻隔环与中空钻头基体和外螺旋中空钻杆之间形成取芯机构置放空间，螺旋切削翼与中空钻头基体之间形成螺旋排屑槽；所述的取芯机构包括提拉绳、外护管、取芯软袋、芯管、导流环和外护套。本发明将切削和排屑两个不同功能集同到钻头当中，很好的兼顾了切削破坏性能和切屑排屑性能。

技术领域

本发明属于月壤采样技术领域，尤其是涉及一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具。

背景技术

中国探月工程分“绕、落、回”三步走，绕月和落月任务已圆满完成，月球取样并返回地球已成为我国探月工程的重要任务，将采用无人钻取采样的方式进行月球土壤样品的采集。不同于地面的钻取勘探领域，由于月面采样作业工况复杂，月面环境和作业土壤均具有不确定性的特点，对取芯钻具的性能、可靠性有较高的要求。一方面，面对未知的月壤工况，要求取芯钻具就有一定的切削破岩能力；一方面，由于月面的超真空高低温环境，要求取芯钻具具有一定的排屑能力。在传统的取芯钻具设计当中，这两方面的性能往往是相互矛盾的。因此，在面对未知的月壤工况，如何兼顾切削破岩能力和排屑能力，提高取芯钻具的性能是取芯钻具的设计难点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具，其将切削和排屑两个不同功能集同到钻头当中，很好的兼顾了切屑破坏性能和切屑排屑性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具，包括空间球面螺旋取芯钻头、外螺旋中空钻杆和取芯机构，所述的空间球面螺旋取芯钻头位于外螺旋中空钻杆的端部，所述的空间球面螺旋取芯钻头包括中空钻头基体和螺旋切削翼，所述的中空钻头基体的一端与外螺旋中空钻杆的端部螺纹连接，另一端设有椭球形头部，在椭球形头部的端部径向内收形成月壤阻隔环，所述的月壤阻隔环与中空钻头基体和外螺旋中空钻杆之间形成取芯机构置放空间，所述的螺旋切削翼设置在中空钻头基体的外表面且自月壤阻隔环处开始至中空钻头基体与外螺旋中空钻杆连接处为止，所述的螺旋切削翼与中空钻头基体之间形成螺旋排屑槽；

所述的取芯机构包括提拉绳、外护管、取芯软袋、取芯管、导流环和外护套，取芯管、外护管、外护套和导流环均位于外螺旋中空钻杆内、且同轴设置，所述导流环的一端紧邻空间球面螺旋取芯钻头，且位于外护套内，所述导流环与所述外护套过盈配合，所述的导流环的另一端延伸至取芯管内，所述的外护管与外护套采用螺纹连接，且位于取芯管外侧，所述的外护套与中空钻头基体间隙配合，所述的取芯软袋与提拉绳为一体化编织结构，所述的提拉绳的一端将取芯软袋的其中一开口端系成闭口端，所述的提拉绳的另一端贯穿取芯管内部与机架固连，所述的取芯软袋的另一开口端套设置取芯管的外壁上。

进一步的，所述外螺旋中空钻杆与钻取采样系统的输出轴固连。

进一步的，通过镍基电铸的方式在所述螺旋切削翼和月壤阻隔环表面镶嵌CBN磨粒，所述的CBN磨粒的颗粒粒径在0.2-0.4mm之间。

进一步的，所述螺旋切削翼的起始端带有尖角。

进一步的，所述螺旋切削翼的头数为双头螺旋、三头螺旋或四头螺旋。

进一步的，所述导流环为薄壁环结构。

进一步的，在所述取芯软袋的末端设有封口器。

进一步的，所述取芯管和外护管通过销钉连接。

相对于现有技术，本发明所述的一种切屑排屑一体化的空间球面螺旋空心月壤取芯钻具具有以下优势：