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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410777710.5(22)申请日 2014.12.15E21B 25/18(2006.01)(71)申请人 山东拓普液压气动有限公司地址 250061 山东省济南市历下区经十路17923 号(72)发明人 刘敬喜 刘延俊 丁忠军 于凯本高平 湛国林(74)专利代理机构 济南金迪知识产权代理有限公司 37219代理人 王绪银(54) 发明名称一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机(57) 摘要本发明属于深海岩芯取样领域，是一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机。包括电池和控制舱、水密电缆、手柄、钻具、深水传动单元、。
2、传动软轴和深水动力单元，电池和控制舱通过水密电缆和深水动力单元连接 ；深水动力单元通过软轴和传动单元连接 ；传动单元和钻具通过螺纹连接 ；整个钻机安装在载人深潜器前端的采样篮中。它是为载人深潜器设计制造的专用海底结壳岩芯钻机，其设计制造依据“安全、可靠、先进、经济实用”的原则，可安装于载人深潜器采样篮支架上，通过机械手操作的方式，对海底结壳有效地钻探取芯。本发明主要用于海底结壳岩芯的取样，具有很好的实用性。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申请公布号 CN 104481441 A(43)申请公布日 2015。
3、.04.01CN 104481441 A1/1 页21.一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机，包括水密电缆(2)和(3)、手柄 (7)、钻具 (8)，其特征是还包括电池和控制舱 (1)、深水传动单元 (6)、传动软轴 (5) 和深水动力单元 (4) ；电池和控制舱 (1) 通过水密电缆 (2)、(3) 和深水动力单元 (4) 连接 ；深水动力单元 (4) 通过传动软轴 (5) 和深水传动单元 (6) 连接 ；深水传动单元 (6) 和钻具 (8)连接 ；电池和控制舱 (1) 包括水密接头、后端盖、密封圈、舱体、电池和控制模块以及前端盖 ；钻具 (8) 包括钻头、取芯套和取芯管三部分，取。
4、芯套采用倒刺结构，镶嵌在取芯管内，防止岩芯脱落 ；取芯管两端加工有螺纹，一端和钻头连接，另一端和传动单元连接 ；深水动力单元 (6) 由传动轴 (9)、丝堵 (10)、轴承 (11)、螺钉 (12)、端盖 (13)、密封圈 (14)、中间法兰(15)、电机法兰(16)、螺钉(17)、电机(19)、壳体(20)、补偿装置(21)、水密插头(24)组成，深水电机 (19) 通过电机法兰 (16) 与中间法兰 (15) 固定在一起，螺钉 (17) 把端盖 (13) 和中间法兰(15)固定在壳体(20)上，两盘深沟球轴承分别安装在端盖(13)和中间法兰(15)上用来固定传动轴(9)，传动轴(9)通过平。
5、键和电机轴连接，螺钉(13)把法兰和补偿装置固定在壳体 (20) 上，深水传动单元壳体 (20) 内充满了油液，补偿海水产生的压力 ；深水传动单元 (4) 包括螺钉 (26)、端盖 (27)、箱体 (28)、密封圈 (29)、传动轴 (32)、轴承 (33)、轴套(34)、平键 (41)、弹性挡圈 (42)、齿轮 (43)，轴承 (33)、轴套 (34)、端盖 (27) 把传动轴 (32)固定在箱体(28)内，传动轴(32)和锥齿轮(43)通过平键(41)连接，通过锥齿轮(43)啮合实现传动 ；箱体 (28) 内充满油液，用来补偿箱体 (28) 承受的压力，减小箱体 (28) 的变形。2.根据。
6、权利要求 1 所述的基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机，其特征是，钻头选用 PDC 钻头。权 利 要 求 书CN 104481441 A1/3 页3一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机技术领域0001 本发明属于深海岩芯取样领域，具体为一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机。背景技术0002 基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机是载人深潜器进行海底地质调查，海底矿产勘探等作业时必须的作业工具。随着载人深潜器应用范围的扩大，基于载人深潜器机械手操作的小型深海岩芯取样钻机的研制非常紧迫。美国伍兹霍尔海洋研究所的 Alvin 号曾于 1991 年 10 月携带 HST。
7、R 取芯器成功获得硫化物烟囱样品。1995 年 Harbor Branch 海洋研究所为美国海洋工程技术协会研制了工作海深超过 7000m 的取芯器。该取芯器曾安装在 Magellan ROV 上，在超过 3000m 的海深里取得多个岩石样品。除此之外英国的 CONSUB 号、法国的 ST-I 号和俄罗斯的 APTYC 号载人潜水器都曾携带过水下微型取芯器对海底岩石进行取样。专利号为 201320798560.7 的中国专利公开了一种深海小型电动取芯潜钻，解决了和蛟龙号潜水器的匹配问题，但是仍然存在尺寸大、重量重、水下作业效率较低等问题，因此，急需一种技术方案来解决这些问题。发明内容0003 。
8、本发明的目的在于克服现有技术重量大、作业效率低等不足，提供一种结构简单紧凑、质量轻、基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机。0004 本发明是通过以下技术方案实现的 ：0005 一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机，包括水密电缆、手柄、钻具，其特征是还包括电池和控制舱、深水传动单元、传动软轴和深水动力单元 ；电池和控制舱通过水密电缆和深水动力单元连接 ；深水动力单元通过传动软轴和深水传动单元连接 ；深水传动单元和钻具连接 ；电池和控制舱包括水密接头、后端盖、密封圈、舱体、电池和控制模块以及前端盖 ；0006 所述的钻具包括钻头、取芯套和取芯管三部分，钻头选用硬质材料制作，钻头中空。
9、 ；钻头内部装有取芯套，取芯套采用倒刺结构，镶嵌在取芯管内，防止岩芯脱落 ；取芯管两端加工有螺纹，一端和钻头连接，另一端和传动单元连接 ；0007 所述的深水动力单元由传动轴、丝堵、轴承、螺钉、端盖、密封圈、中间法兰、电机法兰、电机、壳体、补偿装置、水密插头组成，深水电机通过电机法兰与中间法兰固定在一起 ；螺钉把端盖和中间法兰固定在壳体上 ；两盘深沟球轴承分别安装在端盖和中间法兰上，用来固定传动轴 ；传动轴通过平键和电机轴连接 ；螺钉把法兰和补偿装置固定在壳体上 ；深水传动单元壳体内充满了油液，补偿海水产生的压力 ；深水电机通电转动，带动传动轴转动，传动轴和软轴连接，从而带动软轴转动，最终实现。
10、动力输出 ；0008 深水传动单元由螺钉、端盖、箱体、密封圈、传动轴、轴承、轴套、键、弹性挡圈、齿轮组成 ；轴承、轴套、端盖把传动轴固定在箱体内 ；传动轴和锥齿轮通过平键连接 ；轴承、端盖说 明 书CN 104481441 A2/3 页4把传动轴固定在箱体内 ；传动轴和锥齿轮通过平键连接 ；通过一对锥齿轮啮合实现传动 ；箱体内充满油液，用来补偿箱体承受的压力，减小箱体的变形 ；0009 整个钻机安装在深潜器前端的采样篮中 ；作业时深潜器使用伺服机械手抓紧钻机的手柄，将钻机从取样篮中取出，将钻具对准要取样的岩石 ；使用开关机械手触发安装在电池和控制舱端盖上的红色磁性开关，接通电源，深水动力单元中。
11、的电机顺时针旋转，通过传动软轴和深水传动单元带动钻具顺时针旋转 ；伺服机械手按压钻机手柄，开始取样作业，20-30 分钟后，伺服机械手向上提，将钻机从岩石中取出 ；开关机械手触发黄色开关，钻机停止转动，伺服机械手把钻机放回到采样篮中，作业完成。与现有技术相比，本发明的有益效果是 ：0010 基于深海潜器机械臂操作的海底结壳岩芯钻机最大工作水深达到 4000m，取芯尺寸 10x100mm，岩芯硬度 6 级 ( 莫氏 )( 钴结壳 )。0011 选用由人造金刚石的聚晶表层和硬质合金(碳化钨)的底层在高温压过程中制造出来的 PDC 钻头，复合片切削块工作时，金刚石聚晶体不断剥落，新的锋利的小晶体不断。
12、出露而使复合片切削块自锐，所以能够在较低的转速带条件下实现高速钻进，并能在整个使用过程中保持高速钻进的效果 ；此外，由于复合片的硬质合金底层提供了抗冲击强度，所以复合片既具有其聚晶金刚石的硬度、耐磨性，又有硬质合金的结构强度及抗冲击性能。附图说明0012 图 1 为本发明结构示意图 ；0013 图 2 为本发明深水动力单元结构示意图 ；0014 图 3 为本发明深水传动单元结构示意图。0015 图中 ：1、电池和控制舱 ；2、水密电缆 ；3、水密电缆 ；4、深水动力单元 ；5、传动软轴 ；6、深水传动单元 ；7、手柄 ；8、钻具 ；9、传动轴 ；10、丝堵 ；11、轴承 ；12、螺钉 ；13、。
13、端盖 ；14、密封圈 ；15、中间法兰 ；16、电机法兰 ；17、螺钉 ；18、螺钉 ；19、深水电机 ；20、壳体 ；21、补偿装置 ；22、法兰 ；23、螺钉 ；24、水密插头 ；25、水密插头 ；26、螺钉 ；27、端盖 ；28、箱体 ；29、密封圈 ；30、螺钉 ；31、端盖 ；32、传动轴 ；33、轴承 ；34、轴套 ；35、螺钉 ；36、螺钉 ；37、密封圈 ；38、轴承 ；39、端盖 ；40、传动轴 ；41、平键 ；42、弹性挡圈 ；43、齿轮 ；44、轴承 ；45、密封圈 ；46、密封圈。具体实施方式0016 下面结合附图给出本发明三个最佳实施例 ：0017 实施例一 :001。
14、8 如图 1 所示，一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机，包括水密电缆2和3、手柄7、钻具8、电池和控制舱1、深水传动单元6、传动软轴5和深水动力单元4等 ；电池和控制舱 1 通过水密电缆 2 及 3 和深水动力单元 4 连接 ；深水动力单元 4 通过传动软轴5和深水传动单元6连接 ；深水传动单元6和钻具8通过螺纹连接 ；整个钻机安装在深潜器前端的采样篮中。钻具 8 包括钻头、取芯套和取芯管三部分，取芯套采用倒刺结构，镶嵌在取芯管内，防止岩芯脱落 ；取芯管两端加工有内螺纹，一端和钻头连接，另一端和传动单元连接，钻头选用 PDC 钻头。如图 2 所示，深水动力单元，深水电机 19 通过。
15、电机法兰 16 与说 明 书CN 104481441 A3/3 页5中间法兰 15 固定在一起。螺钉 12 把端盖 13 和中间法兰 15 固定在壳体 20 上。两盘深沟球轴承分别安装在端盖 13 和中间法兰 15 上，用来固定传动轴 9。传动轴 9 通过平键和电机轴连接。螺钉 23 把法兰 22 和补偿装置 21 固定在壳体 20 上。深水传动单元壳体内充满了油液，补偿 4500m 海水产生的压力。深水电机 19 通电转动，带动传动轴 9 转动，传动轴 9 和传动软轴 5 连接，带动传动软轴 5 转动，实现动力输出。0019 如图 3 所示，所述的一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻。
16、机的深水传动单元，一对圆锥滚子轴承 33、轴套 34、端盖 31 把传动轴 32 固定在箱体 28 内。传动轴32 和锥齿轮通过平键连接。圆锥滚针轴承 38、圆锥滚子轴承 44、端盖 27、端盖 39 把传动轴40 固定在箱体 28 内。传动轴 40 和锥齿轮 43 通过平键 41 连接。通过一对锥齿轮啮合实现传动。箱体 28 内充满油液，用来补偿箱体承受的压力，减小箱体 28 的变形。使用一对锥齿轮改变传动的方向，动力水平输入垂直输出，方便机械手的操作。使用两对圆锥滚子轴承消除锥齿轮传动时产生的轴向力。动力通过传动轴 32 输入，传动轴 32 带动锥齿轮顺时针旋转，通过一对锥齿轮的啮合，带动。
17、传动轴 40 顺时针旋转，传动轴 40 和钻具 8 通过螺纹连接，带动钻具 8 顺时针旋转，实现取样作业。0020 作业时深潜器使用伺服机械手抓紧钻机的手柄 7，将钻机从取样篮中取出，将钻具8 对准要取样的岩石 ；使用开关机械手触发安装在电池和控制舱 1 端盖上的红色磁性开关，接通电源，深水动力单元 4 中的电机顺时针旋转，通过传动软轴 5 和深水传动单元 6 带动钻具 8 顺时针旋转 ；伺服机械手按压钻机手柄 7，开始取样作业，20-30 分钟后，伺服机械手向上提，将钻机从岩石中取出 ；开关机械手触发黄色开关，钻机停止转动，伺服机械手把钻机放回到采样篮中，作业完成。0021 实施例二 :0022 钻头采用耐磨硬质陶瓷，取芯管两端加工有外螺纹，深水电机 19 焊接在深水动力单元 4 的壳体 20 上，其他同实施例一。0023 实施例三 ：0024 深水传动单元6和钻具8通过焊接的形式连接，保证其连接可靠性，其他同实施例一。说 明 书CN 104481441 A1/2 页6图1图2说 明 书 附 图CN 104481441 A2/2 页7图3说 明 书 附 图CN 104481441 A。