專利名稱：新型海底深孔保壓取芯鉆機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于海洋勘探機械設備技術領域，涉及一種新型海底深孔保壓取芯鉆機。
背景技術：
海洋資源的開發(fā)，特別是海底礦藏資源的開發(fā)是一個嶄新的技術領域，但海底資源的探測受多變的地質(zhì)及洋流等條件制約而難度較大，同時勘探作業(yè)周期較長，對探測設備提出了極高的要求?，F(xiàn)有深海礦藏勘探設備大多采用深海鉆機或者取芯器進行深海原位測量。這種勘探設備在進行深孔鉆進時往往需要通過遙控接卸多節(jié)鉆管得以實現(xiàn)。專利190310107888. O公開了一種帶預進給和預定位裝置的深海取芯器。該機構利用兩個平行安裝的預推進液壓缸代替機構復雜的機械手臂，大大簡化取芯器的機構。但是該機構對于樣品無法保壓存儲，不利于含甲烷等易揮發(fā)成分的樣品的獲取。專利190919064586. 2公開了一種海底深孔取芯鉆機。該機構通過旋轉(zhuǎn)式鉆桿存儲架存儲一定數(shù)量鉆桿，利用鉆桿抓送機構運輸鉆管至下鉆部位，并由鉆進動力頭下鉆取芯。但是該機構同樣無法對樣品進行保壓存儲，且受圓盤尺寸的限制，鉆桿所鉆深度較為有限，不利于深孔的鉆取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型海底深孔保壓取芯鉆機。新型海底深孔保壓取芯鉆機包括外框架、支撐調(diào)平機構、鉆管及巖芯管存儲機構、 動力頭機構、繩索取芯機構、主機械手、輔助機械手、裝配機械手、保壓蓋存儲機構、液壓馬達、鉆管、巖芯管及鉆機液壓動力系統(tǒng)。在筒形的外框架外側均布有多個支撐調(diào)平機構，在外框架內(nèi)側設置有鉆管及巖芯管存儲機構，該鉆管及巖芯管存儲機構呈圓環(huán)形，與外框架同軸設置；在鉆管及巖芯管存儲機構內(nèi)間隔設置有鉆管和巖芯管，在鉆管及巖芯管存儲機構上還設置有用于鉆管或巖芯管進出的開口。在外框架內(nèi)還設置有動力頭機構、繩索取芯機構、主機械手、輔助機械手、裝配機械手、保壓蓋存儲機構、液壓馬達和鉆機液壓動力系統(tǒng)。動力頭機構位于鉆機中心位置，完成鉆管的下鉆及回收；繩索取芯機構位于動力頭機構附近，與動力頭機構配合完成巖芯管的下放及回收。主機械手能抓取鉆管及巖芯管存儲機構中的鉆管或巖芯管，并將鉆管或巖芯管運送至動力頭機構中。輔助機械手可抓取由主機械手運送的鉆管。裝配機械手用于抓取保壓蓋存儲機構中的保壓蓋，并完成保壓裝配。液壓馬達通過齒輪嚙合帶動鉆管及巖芯管存儲機構繞鉆機中心旋轉(zhuǎn)。以上所有機構運動所需的能量均由鉆機液壓動力系統(tǒng)提供。所述支撐調(diào)平機構由三個相同的可伸縮支撐腿組成。
所述裝配機械手包括旋轉(zhuǎn)支柱、上壓蓋臂、下壓蓋臂和底座，上壓蓋臂的一端與旋轉(zhuǎn)支柱上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構；下壓蓋臂與旋轉(zhuǎn)支柱下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構；旋轉(zhuǎn)支柱底部設置有底座。所述鉆管的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應的保壓蓋配合。本發(fā)明與背景技術相比，具有的有益效果是它能充分利用鉆機空間，存儲較多的鉆管和巖芯管，且操作性較強，使用成本較低，廣泛適用于多深度鉆孔場合。保壓蓋裝配設計充分利用鉆機自帶的液壓系統(tǒng)，簡化保壓過程，且一定程度上降低了使用成本。繩索取芯結構的使用簡化取芯過程步驟，結合現(xiàn)有深孔鉆進技術，大大提高取芯效率，進一步降低成本。


圖I是本發(fā)明鉆機的總體設計圖2是本發(fā)明鉆機總體設計的俯視圖3是本發(fā)明鉆機主機械手(或輔助機械手)的結構圖4是本發(fā)明鉆機裝配機械手的結構圖5是本發(fā)明鉆機裝配機械手的俯視圖6是本發(fā)明鉆機動力頭機構及繩索取芯機構的側視圖7是本發(fā)明鉆機動力頭機構及繩索取芯機構的正視圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖I及圖2所示，新型海底深孔保壓取芯鉆機包括外框架3、支撐調(diào)平機構4、鉆管及巖芯管存儲機構5、動力頭機構I、繩索取芯機構2、主機械手7、輔助機械手8、裝配機械手6、保壓蓋存儲機構9、液壓馬達11、鉆管13、巖芯管12及鉆機液壓動力系統(tǒng)10。如圖I及圖2所示，在筒形的外框架3外側均布有三個支撐調(diào)平機構4，所述支撐調(diào)平機構4由三個相同的可伸縮支撐腿組成，每個支撐腿均由液壓馬達、絲杠、滑塊、長支架、短支架、鉸鏈及相關連接件組成。通過液壓馬達的旋轉(zhuǎn)運動帶動各個相關部件實現(xiàn)長支架的伸縮支撐。如圖I及圖2所不,在外框架3內(nèi)側設置有鉆管及巖芯管存儲機構5,該鉆管及巖芯管存儲機構5呈圓環(huán)形，與外框架3同軸設置；在鉆管及巖芯管存儲機構5內(nèi)間隔設置有鉆管13和巖芯管12 (其中第一節(jié)鉆管13已預先安裝巖芯管12及鉆頭)，在鉆管及巖芯管存儲機構5上還設置有用于鉆管13或巖芯管12進出的開口 ；鉆管及巖芯管存儲機構5底部安裝內(nèi)齒輪，與液壓馬達11相連的外齒輪嚙合，通過液壓馬達11帶動齒輪運動，實現(xiàn)鉆管及巖芯管存儲機構5繞鉆機中心旋轉(zhuǎn)。如圖2所示，在外框架3內(nèi)還設置有動力頭機構I、繩索取芯機構2、主機械手7、輔助機械手8、裝配機械手6、保壓蓋存儲機構9、液壓馬達11和鉆機液壓動力系統(tǒng)10。如圖2及圖3所示，主機械手7包括升降液壓缸14、旋轉(zhuǎn)支柱15、底座16、取管手 17、伸縮臂18。主機械手7能抓取鉆管及巖芯管存儲機構5中的鉆管13或巖芯管12,將鉆管13或巖芯管12運送至動力頭機構I中，并在含樣巖芯管12回收過程中將含樣巖芯管12回收至鉆管及巖芯管存儲機構5。如圖2及圖3所示，輔助機械手8的結構與主機械手7 —致，輔助機械手8可抓取由主機械手7運送的鉆管13，并可在保壓過程中將鉆管13由上至下套裝在含樣巖芯管12 外部，此時鉆管13作為保壓管使用。如圖2、圖4及圖5所示，裝配機械手6包括旋轉(zhuǎn)支柱20、上壓蓋臂19、下壓蓋臂 21、底座22和旋蓋機構25。上壓蓋臂19的一端與旋轉(zhuǎn)支柱20上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構25 ;下壓蓋臂21與旋轉(zhuǎn)支柱20下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構25 ;旋轉(zhuǎn)支柱20底部設置有底座13。裝配機械手6用于抓取保壓蓋存儲機構9中的上保壓蓋24 和下保壓蓋23，并將上保壓蓋24和下保壓蓋23分別安裝在鉆管13兩端進行保壓。所述鉆管13的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應的保壓蓋配合。如圖2、圖6及圖7所示，所述動力頭機構I位于鉆機中心位置，可完成鉆管13的下鉆及回收；繩索取芯機構2位于動力頭機構I附近，該繩索取芯機構2可水平伸出，穿過動力頭機構I的支撐桅桿，在巖芯管12到達下鉆位置時將巖芯管12由所在水平面下放至需求位置，并在下鉆取芯完畢時將含樣巖芯管12取回。以上所有機構運動所需的能量均由鉆機液壓動力系統(tǒng)10提供。該海底深孔保壓取芯鉆機的工作過程主要分為下鉆取芯及含樣巖芯管12回收和鉆管13回收及保壓裝配兩個過程，具體如下
I)下鉆取芯及含樣巖芯管12回收過程首先，液壓馬達11驅(qū)動外齒輪，外齒輪帶動內(nèi)齒輪使鉆管及巖芯管存儲機構5繞鉆機中心旋轉(zhuǎn)一定角度，使第一節(jié)鉆管13轉(zhuǎn)至開口處， 主機械手7伸至鉆管及巖芯管存儲機構5取出鉆管13，運至下鉆位置，由動力頭機構I將鉆管13下鉆；下鉆完畢，動力頭機構I收回，繩索取芯機構2伸至下鉆位置，取回含樣巖芯管 12，主機械手7抓取含樣巖芯管12重新放回鉆管及巖芯管存儲機構5 ;其次，液壓馬達11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機構5再轉(zhuǎn)一定角度，使巖芯管12轉(zhuǎn)至開口處，主機械手7取出新的巖芯管12，并運至下鉆位置，由繩索取芯機構2將巖芯管12下放至相應深度并收回；再次， 液壓馬達11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機構5再轉(zhuǎn)一定角度，使新的鉆管13轉(zhuǎn)至開口處，主機械手7取出新鉆管13，并運輸至下鉆位置，動力頭機構I下鉆并收回，繩索取芯機構2再次下放回收含樣巖芯管12 ;最后，循環(huán)執(zhí)行上述過程若干次，直至所有的含樣巖芯管12均回收至鉆管及巖芯管存儲機構5。2)鉆管13回收及保壓裝蓋過程首先，動力頭機構I反轉(zhuǎn)，取回最上部一節(jié)鉆管 13，主機械手7抓取鉆管13至裝配平臺，輔助機械手8抓取該鉆管13 ;其次，液壓馬達11驅(qū)動鉆管及巖芯管存儲機構5旋轉(zhuǎn)一定角度，使含樣巖芯管12位于鉆管及巖芯管存儲機構5 的開口處，主機械手7移動至鉆管及巖芯管存儲機構5抓取該含樣巖芯管12，并運至裝配平臺，輔助機械手8抬升鉆管13，并在含樣巖芯管12也運至裝配平臺時從上往下將鉆管13套裝在含樣巖芯管12的外部，此時鉆管13作保壓管使用；再次，裝配機械手6旋轉(zhuǎn)一定角度， 從保壓蓋存儲機構9抓取上保壓蓋24和下保壓蓋23，再旋轉(zhuǎn)至裝配位置，通過上壓蓋臂19 和下壓蓋臂21的壓蓋動作及旋蓋機構25的旋蓋動作完成對鉆管13的保壓裝配。最后，主機械手7將已經(jīng)裝配完并保壓完成的鉆管13重新放回鉆管及巖芯管存儲機構5。最后，循環(huán)執(zhí)行上述步驟若干次，直至所有鉆管13均回收且裝配保壓完畢，并將其送回鉆管及巖芯管存儲機構5，至此，保壓取芯過程完畢。
權利要求
1.新型海底深孔保壓取芯鉆機，包括外框架(3)、支撐調(diào)平機構(4)、鉆管及巖芯管存儲機構(5)、動力頭機構(I)、繩索取芯機構(2)、主機械手(7)、輔助機械手(8)、裝配機械手(6)、保壓蓋存儲機構(9)、液壓馬達(11)、鉆管(13)、巖芯管(12)及鉆機液壓動力系統(tǒng)(10)，其特征在于在筒形的外框架(3 )外側均布有多個支撐調(diào)平機構(4 )，在外框架(3 )內(nèi)側設置有鉆管及巖芯管存儲機構(5)，該鉆管及巖芯管存儲機構(5)呈圓環(huán)形，與外框架(3)同軸設置；在鉆管及巖芯管存儲機構(5)內(nèi)間隔設置有鉆管(13)和巖芯管(12)，在鉆管及巖芯管存儲機構(5)上還設置有用于鉆管(13)或巖芯管(12)進出的開口；在外框架(3)內(nèi)還設置有動力頭機構(I)、繩索取芯機構(2)、主機械手(7)、輔助機械手(8)、裝配機械手(6)、保壓蓋存儲機構(9)、液壓馬達(11)和鉆機液壓動力系統(tǒng)(10);動力頭機構(I)位于鉆機中心位置,完成鉆管(13)的下鉆及回收；繩索取芯機構(2)位于動力頭機構(I)附近，在動力頭機構(I)配合下完成巖芯管(12)的下放及回收；主機械手(7)能抓取鉆管及巖芯管存儲機構(5)中的鉆管(13)或巖芯管(12)，并將鉆管(13)或巖芯管(12)運送至動力頭機構(I)中；輔助機械手(8 )可抓取由主機械手(7 )運送的鉆管(13 );裝配機械手(6)用于抓取保壓蓋存儲機構(9)中的保壓蓋，并完成保壓裝配；液壓馬達(11)通過齒輪嚙合帶動鉆管及巖芯管存儲機構(5)繞鉆機中心旋轉(zhuǎn)；以上所有機構運動所需的能量均由鉆機液壓動力系統(tǒng)(10)提供。
2.根據(jù)權利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機，其特征在于所述支撐調(diào)平機構(4)由三個相同的可伸縮支撐腿組成。
3.根據(jù)權利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機，其特征在于裝配機械手(6)包括旋轉(zhuǎn)支柱(20)、上壓蓋臂(19)、下壓蓋臂(21)和底座(22)，上壓蓋臂(19)的一端與旋轉(zhuǎn)支柱(20)上部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構(26);下壓蓋臂(21)與旋轉(zhuǎn)支柱(20)下部滑動配合，另一端內(nèi)置有旋蓋機構(26 );旋轉(zhuǎn)支柱(20 )底部設置有底座(22 )。
4.根據(jù)權利要求I所述的新型海底深孔保壓取芯鉆機，其特征在于鉆管(13)的一端為外螺紋，另一端為內(nèi)螺紋，與相應的保壓蓋配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型海底深孔保壓取芯鉆機?，F(xiàn)有的裝置對鉆機空間的利用不夠充分，且下鉆取樣及樣品的保壓過程較為復雜。本發(fā)明包括外框架、支撐調(diào)平機構、鉆管及巖芯管存儲機構、動力頭機構、繩索取芯機構、主機械手、輔助機械手、裝配機械手、保壓蓋存儲機構、液壓馬達、鉆管、巖芯管及鉆機液壓動力系統(tǒng)。其中主機械手(輔助機械手)包括升降液壓缸、旋轉(zhuǎn)支柱、底座、取管手和伸縮臂。其中裝配機械手包括旋轉(zhuǎn)支柱、上壓蓋臂、下壓蓋臂、旋蓋機構和底座。本發(fā)明設計充分利用鉆機空間，存儲較多鉆管與巖芯管，適用于多深度鉆孔場合，且可對樣品進行保壓，保壓過程操作方便，成本較低。
文檔編號E21B25/18GK102606074SQ20121009884
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權日2012年4月6日
發(fā)明者葉瑛, 朱敬如, 秦華偉, 陳建橋, 陳鷹 申請人:杭州電子科技大學