[发明专利]一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻

摘要

一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻，它涉及一种回转冲击超声波钻。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。本发明中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，采样钻杆穿过冲击支撑机构与冲击驱动器相连接，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；回转驱动轴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。本发明用于深空探测中进行岩石采样或地面环境下的坚硬岩石破碎。

主权项

一种单压电叠堆作动的回转冲击超声波钻，其特征在于：它包括采样钻杆(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)；所述回转驱动机构(5)还包括键(5‑5)，所述键(5‑5)设置在回转驱动轴(5‑6)上，所述转子(5‑2)通过键(5‑5)与回转驱动轴(5‑6)连接；当对压电叠堆驱动器(4)通过电接口正极(8)和电接口负极(9)接入高频电压后，压电叠堆驱动器(4)两端同时产生高频纵向振动，在回转驱动单元(5)中，V型耦合振子(5‑1)利用内部的贯穿槽(5‑1‑1)将纵向振动5a在驱动齿(5‑1‑2)末端形成弯振5b，因为驱动齿(5‑1‑2)与贯穿槽(5‑1‑1)之间存在夹角θ，所以驱动齿(5‑1‑2)的顶部耦合形成扭转振动5d，在空间上就形成了椭圆振动5c，回转预紧螺母(5‑4)挤压回转预紧碟簧(5‑3)实现转子(5‑2)与V型耦合振子(5‑1)的预紧，V型耦合振子(5‑1)通过驱动齿(5‑1‑2)顶部的椭圆振动5c驱动转子(5‑2)回转，驱动转子(5‑2)通过键(5‑5)将回转运动传递给回转驱动轴(5‑6)，回转驱动轴(5‑6)再将回转运动传递给钻杆基轴(1‑2)，实现采样钻杆(1)的回转运动，在冲击驱动单元(3)中，冲击变幅杆(3‑1)将纵向振动放大后传递给自由质量块(3‑2)，自由质量块(3‑2)再将纵向冲击振动传递给钻杆基轴(1‑2)，实现了采样钻杆(1)的高频冲击运动，从而实现了采样钻杆(1)的回转冲击运动；当改变回转驱动单元(5)中回转预紧碟簧(5‑3)的预紧力时，转子(5‑2)可获得不同的回转力矩和转速，回转驱动轴(5‑6)将不同的回转力矩和转速传递给钻杆基轴(1‑2)，从而实现了回转冲击超声波钻在不同回转力矩和转速下的回转冲击工作模式，当回转驱动单元(5)中回转预紧碟簧(5‑3)的预紧力为零时，转子(5‑2)无力矩和转速输出，仅有冲击驱动单元(3)输出冲击振动，回转冲击超声波钻工作在冲击工作模式下。