本發(fā)明涉及一種用于搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的集成有沖洗排渣系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有深海取芯鉆機，體積均較為龐大，無行走功能。若需要調(diào)整鉆機坐底位置，需要通過移動母船帶動光纜實現(xiàn)鉆機移址。在深海地質(zhì)復雜的情況下，往往面臨尋址、定位難的問題。目前，載人潛器（如蛟龍?zhí)枺?，及有纜水下機器人(rov)廣泛應(yīng)用于海洋礦物開采、水下工程施工、海洋救助與打撈、軍事和國防建設(shè)等諸多方面,能較好輔助鉆機完成礦區(qū)內(nèi)定點開采任務(wù)。但在礦區(qū)內(nèi)通過選址取芯進行樣品研究時，現(xiàn)有深海鉆機的使用局限性較大。

現(xiàn)有傳統(tǒng)鉆機一般空氣中重達5t以上，外形框架尺寸一般在2m×2m×4m以上，結(jié)構(gòu)復雜，質(zhì)量過重，下放時往往需要水下遙控機器人預先勘測海底，選擇平面度達標區(qū)域供其坐底工作；也就是說，需先通過水下遙控機器人尋址，然后再通過鉆機至已尋好的地址處實現(xiàn)鉆取。且，鉆機無自移動功能，只能靠母船移動來拖動，僅適用于已完成勘探的礦區(qū)進行定點取芯工作，不適合搭載于載人潛器和纜水下機器人(rov)上，無法實現(xiàn)隨機取址。

現(xiàn)有深海取芯鉆機的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與沖洗系統(tǒng)均分開布置，體積非常龐大，重量重，液壓管路及沖洗管路長，整機功耗大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種體積小，有利于縮短沖洗液壓管路的用于搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的集成有沖洗排渣系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種用于取芯鉆機的集成有沖洗排渣系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，包括液壓回轉(zhuǎn)馬達、軸承座、主軸和給水套，液壓回轉(zhuǎn)馬達安裝于軸承座上端面，給水套安裝于軸承座下端面，軸承座和給水套中心開有通孔，主軸上端穿過軸承座中心通孔和給水套中心通孔后與液壓回轉(zhuǎn)馬達的輸出軸固連。主軸下端開有軸向中心孔。主軸下端開有與軸向中心孔連通的橫向孔，給水套一側(cè)亦開有橫向孔，給水套的橫向孔與主軸下端的橫向孔連通。沖洗排渣系統(tǒng)安裝于軸承座上。

進一步，沖洗排渣系統(tǒng)包括齒輪馬達、連接套、齒輪泵和沖洗液壓管路。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的軸承座上安裝有馬達安裝板和齒輪泵安裝板，齒輪馬達安裝于馬達安裝板上，齒輪泵安裝于齒輪泵安裝板上。齒輪馬達通過連接套與齒輪泵連接，保證兩者轉(zhuǎn)速相同。齒輪泵與沖洗液壓管路相連，沖洗液壓管路伸入給水套的橫向孔中。

進一步，還包括導軌滑板，軸承座與導軌滑板固連。取芯鉆機的鉆機框架上設(shè)有導軌。導軌滑板安裝于取芯鉆機的鉆機框架的導軌上。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與鉆機框架滑動連接。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)通過導軌滑板可在鉆機框架的導軌上滑動。

進一步，導軌滑板上固連有兩根鋼絲繩。其中一根鋼絲繩的一端繞過動滑輪組后與導軌滑板相連，另一端繞過頂滑輪組后固定于鉆機框架上，頂滑輪組安裝于鉆機框架的頂部內(nèi)側(cè)。另外一根鋼絲繩的一端繞過動滑輪組后亦與動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的導軌滑板相連，另一端繞過底滑輪組后固定于鉆機框架上，底滑輪組安裝于鉆機框架的底部內(nèi)側(cè)。動滑輪組設(shè)于頂滑輪組和底滑輪組之間。動滑輪組固定在液壓缸的活塞桿端，液壓缸的缸筒固定在鉆機框架上。

進一步，主軸下端與取芯鉆機的取芯鉆具固連。通過動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的主軸可帶動取芯鉆具回轉(zhuǎn)。取芯鉆具中心開有軸向中心孔。主軸下端的軸向中心孔與取芯鉆具的軸向中心孔連通。取芯鉆具是外購現(xiàn)有產(chǎn)品。

鉆機框架背部設(shè)有搭載安裝接口。鉆具頭部安裝有鉆頭。鉆頭包括鉆頭本體和鑲嵌在鉆頭本體外圈的合金齒，合金齒的外圈徑大于鉆頭本體外徑和鉆具外徑。

本發(fā)明之搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的搭載安裝接口可通過螺栓螺母固定于載人潛器或有纜水下機器人上。

將沖洗排渣系統(tǒng)和動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)集成安裝在一起，集成沖洗排渣系統(tǒng)于動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，最大外形尺寸體積，比相同取芯長度能力的鉆機減小逾80%。集成后，在保證功能性前提下，有利于減少整機體積、減輕整機重量、縮短液壓管路及沖洗管路長度以降低壓降、降低整機功耗。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕、可靠性高。本發(fā)明通過功能集成化（即沖洗排渣系統(tǒng)安裝于動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)上），有利于使得整個鉆機輕量化，使鉆機可搭載于載人潛器或有纜水下機器人(rov)上，跟隨其在礦區(qū)內(nèi)自由移動，實現(xiàn)隨機選址的取芯工作，即可隨意選取任意點進行取樣工作，便捷性高，無需先尋址，符合以水下機器人（rov）為平臺進行擴展功能的趨勢。

附圖說明

圖1為用于取芯鉆機的集成有沖洗排渣系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的剖視圖；

圖2為軸承座立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為導軌滑板的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖4為給水套的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖5為由鉆機框架、動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、取芯鉆具組裝而成的搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的主視圖；

圖6為圖5所示搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的左視圖；

圖7為圖5所示搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的俯視圖；

圖8為圖5所示搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的后視圖。

圖中：1——鉆機框架；2——動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；2-1——液壓回轉(zhuǎn)馬達；2-2——軸承座；2-3——導軌滑板；2-4——主軸；2-4-1——主軸下端的軸向中心孔；2-4-2——主軸橫向孔；2-5——給水套；2-5-1——給水套橫向孔；3——沖洗排渣系統(tǒng)；3-1——齒輪馬達；3-2——連接套；3-3——齒輪泵；3-4——沖洗液壓管路；4——取芯鉆具；5——搭載安裝接口。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

參照附圖，一種用于取芯鉆機的集成有沖洗排渣系統(tǒng)的動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，所述動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)2包括液壓回轉(zhuǎn)馬達2-1、軸承座2-2、主軸2-4和給水套2-5。液壓回轉(zhuǎn)馬達2-1通過螺釘安裝于軸承座2-2上端面，給水套2-5通過螺釘安裝于軸承座2-2下端面，軸承座2-2和給水套2-5中心開有通孔，主軸2-4上端穿過軸承座2-2中心通孔和給水套2-5中心通孔后與液壓回轉(zhuǎn)馬達2-1的輸出軸固連。主軸2-4下端開有軸向中心孔2-4-1。主軸2-4下端開有與軸向中心孔2-4-1連通的橫向孔2-4-2，給水套2-5一側(cè)亦開有橫向孔2-5-1，給水套2-5的橫向孔2-5-1與主軸2-4下端的橫向孔2-4-2連通。沖洗排渣系統(tǒng)3安裝于軸承座2-2上，隨動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)升降。

沖洗排渣系統(tǒng)3包括齒輪馬達3-1、連接套3-2、齒輪泵3-3和沖洗液壓管路3-4。軸承座2-2上安裝有馬達安裝板（圖中未示出）和齒輪泵安裝板（圖中未示出），齒輪馬達3-1通過螺栓螺母安裝于馬達安裝板上，齒輪泵3-3通過螺栓螺母安裝于齒輪泵安裝板上。齒輪馬達3-1通過連接套3-2與齒輪泵3-3連接，保證兩者轉(zhuǎn)速相同。齒輪泵3-3與沖洗液壓管路3-4相連，沖洗液壓管路3-4伸入給水套2-5的橫向孔2-5-1中。

還包括導軌滑板2-3，軸承座2-2通過焊接或螺栓螺母與導軌滑板2-3固連。取芯鉆機的鉆機框架1上設(shè)有導軌。導軌滑板2-3安裝于鉆機框架1的導軌上。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與鉆機框架1滑動連接。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)2通過導軌滑板2-3可在鉆機框架1的導軌上滑動。動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)2通過導軌滑板2-3可在鉆機框架1的導軌上滑動。

導軌滑板上固連有兩根鋼絲繩。其中一根鋼絲繩的一端繞過動滑輪組后與導軌滑板2-3相連，另一端繞過頂滑輪組后固定于鉆機框架1上，頂滑輪組安裝于鉆機框架1的頂部內(nèi)側(cè)。另外一根鋼絲繩的一端繞過動滑輪組后亦與動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的導軌滑板2-3相連，另一端繞過底滑輪組后固定于鉆機框架1上，底滑輪組安裝于鉆機框架1的底部內(nèi)側(cè)。動滑輪組設(shè)于頂滑輪組和底滑輪組之間。動滑輪組固定在液壓缸的活塞桿端，液壓缸的缸筒固定在鉆機框架1上。

主軸2-4下端與取芯鉆具4固連。通過動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)2的主軸2-4可帶動取芯鉆具4回轉(zhuǎn)。取芯鉆具4中心開有軸向中心孔。取芯鉆具4是外購現(xiàn)有產(chǎn)品。主軸2-4下端的軸向中心孔2-4-1與取芯鉆具4的軸向中心孔連通。

鉆機框架1背部設(shè)有搭載安裝接口5。鉆具頭部安裝有鉆頭。鉆頭包括鉆頭本體和鑲嵌在鉆頭本體外圈的合金齒，合金齒的外圈徑大于鉆頭本體外徑和鉆具外徑。

本發(fā)明之搭載式深海礦產(chǎn)資源取芯鉆機的搭載安裝接口5可通過螺栓螺母固定于載人潛器或有纜水下機器人上。

通過液壓回轉(zhuǎn)馬達2-1可帶動主軸2-4旋轉(zhuǎn)，進而帶動取芯鉆具4回轉(zhuǎn)。液壓回轉(zhuǎn)馬達2-1具有低速正轉(zhuǎn)、高速正轉(zhuǎn)和低速度反轉(zhuǎn)等功能，配合不同鉆壓，實現(xiàn)最佳鉆進效果。齒輪馬達3-1驅(qū)動齒輪泵3-3提供壓力海水。壓力海水經(jīng)沖洗液壓管路3-4、給水套2-5的橫向孔2-5-1、主軸2-4下端的橫向孔2-4-2流入主軸2-4下端的軸向中心孔2-4-1。流入主軸2-4下端軸向中心孔2-4-1的壓力海水經(jīng)取芯鉆具4的軸向中心孔和鉆頭后流向鉆頭所鉆孔的孔底。

因為鉆具鉆頭在鉆進時產(chǎn)生圓柱形孔，且由于鉆具外徑與鉆頭本體外徑均小于鑲嵌在鉆頭本體外圈的合金齒外圈徑，所以鉆出的孔的孔壁與鉆具外壁之間形成環(huán)形空間。該環(huán)形空間將用于排出鉆進時產(chǎn)生的巖渣。因齒輪泵持續(xù)將海水壓入鉆具，故沖洗液（即壓力海水）從鉆頭流出后，會在該壓力下沿環(huán)形空間向孔口端流出，并帶出巖渣，實現(xiàn)鉆孔排渣和冷卻鉆頭。

通過液壓缸的活塞桿伸出與收縮，帶動動滑輪組向上或向下運動，動滑輪組通過鋼絲繩帶動導軌滑板在鉆機框架1的導軌上向上或向下滑動，從而實現(xiàn)對整個動力回轉(zhuǎn)系統(tǒng)2上下行的控制，實現(xiàn)取芯鉆具4的提升與下放，為鉆進過程提供鉆進壓力控制，為收取巖心提供拔心力。

以上對本發(fā)明的一種優(yōu)選具體實施方式作了詳細介紹。所述具體實施方式只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。