[发明专利]一种单压电陶瓷叠堆单向驱动的回转冲击式超声波钻探器

说明书

一种单压电陶瓷叠堆单向驱动的回转冲击式超声波钻探器，属于采样钻具技术领域。本发明解决了现有的回转冲击式超声波钻探器，由于其压电换能器的结构限制，导致压电陶瓷叠堆的体积变小，影响钻探器的驱动功率；以及钻探器整体长度较长，重量较大的问题。纵扭转换变幅杆包括变幅杆主体及一体套装在变幅杆主体上的纵扭耦合振子，变幅杆主体上远离后盖板的一端部及纵扭耦合振子均穿装在壳体内，且纵扭耦合振子与壳体一端部固接，转子位于壳体内且转动套装在变幅杆主体上，转子的一端顶设在纵扭耦合振子的端部，钻具与转子首尾固接，变幅杆主体的一端与转子的一端部之间设置有自由质量块。

技术领域

本发明涉及一种单压电陶瓷叠堆单向驱动的回转冲击式超声波钻探器，属于采样钻具技术领域。

背景技术

深空探测是近年来最活跃的科学领域之一。研究地外天地的地质信息有助于探索太阳系的组成、生命起源。钻取采样是深空探测中获取星壤样品的重要方式。与电磁电机驱动的钻探器相比，超声波钻探器具有体积小、功耗低和钻压力小等优点。按照采样钻具的运动形式可将超声波钻探器分为冲击式超声波钻探器及回转冲击式超声波钻探器。冲击式超声波钻探器中，采样钻具只作沿其轴向的冲击运动，依靠采样钻具对岩石的冲击破碎实现岩石的采样。在冲击式超声波钻探器的基础上，引入钻具的回转驱动，便形成了回转冲击式超声波钻探器。相较于冲击式超声波钻探器，回转冲击式超声波钻探器具有更高的钻探效率及优良的排屑性能。

现有技术中的回转冲击式超声波钻探器，由于其压电换能器的结构限制，其上采样钻具的结构必须通过穿装在压电换能器上的传动轴来实现，而这种结构会导致压电陶瓷叠堆的体积变小，影响钻探器的驱动功率；另外，由于其压电换能器的结构限制，使得其钻探器整体长度较长，重量较大。

发明内容

本发明是为了解决现有的回转冲击式超声波钻探器存在的上述技术问题，进而提供了一种单压电陶瓷叠堆单向驱动的回转冲击式超声波钻探器。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种单压电陶瓷叠堆单向驱动的回转冲击式超声波钻探器，它包括壳体、钻具、转子及纵扭转换型压电换能器，其中所述纵扭转换型压电换能器包括纵扭转换变幅杆、压电陶瓷叠堆及后盖板，所述纵扭转换变幅杆包括变幅杆主体及一体套装在变幅杆主体上的纵扭耦合振子，所述压电陶瓷叠堆套装在变幅杆主体上且夹设在后盖板与纵扭耦合振子之间，变幅杆主体上远离后盖板的一端部及纵扭耦合振子均穿装在壳体内，且纵扭耦合振子与壳体一端部固接，所述转子位于壳体内且转动套装在变幅杆主体上，转子的一端顶设在纵扭耦合振子的端部，钻具与转子首尾固接，位于壳体内的转子上套设有加载弹簧，位于壳体内的钻具上套设有回复弹簧，变幅杆主体的一端与转子的一端部之间设置有自由质量块。

进一步地，所述壳体包括前端盖及后端盖，所述纵扭耦合振子穿设在后端盖内且纵扭耦合振子与后端盖的一端部固接；变幅杆主体上远离后盖板的一端部及钻具的一端部穿设在前端盖内，且前端盖与后端盖之间首尾固接。

进一步地，前端盖的一端部转动穿装有轴杆导向套，加载弹簧的一端及回复弹簧的一端均与轴杆导向套的端部接触。

进一步地，转子的一端部加工有通孔，钻具的一端部穿装在所述通孔内且钻具与通孔之间为过盈配合。

进一步地，所述纵扭耦合振子包括一体套装在变幅杆主体上的圆柱形振子主体、均匀固装在振子主体一端的四个固定脚以及均布在振子主体另一端的四个驱动齿，振子主体的另一端沿其周向均布有四个支腿，四个驱动齿与四个支腿之间对应通过四个横梁固接，且每个驱动齿与其连接的支腿均为错位布置。

进一步地，压电陶瓷叠堆与变幅杆主体之间设置有绝缘套。

进一步地，所述压电陶瓷叠堆包括若干压电陶瓷片及若干电极片，且压电陶瓷片与电极片沿轴向交错布置。

进一步地，后盖板同轴套装在变幅杆主体上且通过锁紧螺母锁紧。