[發明專利]一種單壓電陶瓷疊堆單向驅動的回轉沖擊式超聲波鉆探器

有效

• 申請號: 202011530866.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112727355B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 柏德恩;全齊全;鄧宗全;唐德威;沈剛;朱真才;湯裕;李翔;王威
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00;H02N2/18;G01N1/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種單壓電陶瓷疊堆單向驅動的回轉沖擊式超聲波鉆探器，屬于采樣鉆具技術領域。本發明解決了現有的回轉沖擊式超聲波鉆探器，由于其壓電換能器的結構限制，導致壓電陶瓷疊堆的體積變小，影響鉆探器的驅動功率；以及鉆探器整體長度較長，重量較大的問題?？v扭轉換變幅桿包括變幅桿主體及一體套裝在變幅桿主體上的縱扭耦合振子，變幅桿主體上遠離后蓋板的一端部及縱扭耦合振子均穿裝在殼體內，且縱扭耦合振子與殼體一端部固接，轉子位于殼體內且轉動套裝在變幅桿主體上，轉子的一端頂設在縱扭耦合振子的端部，鉆具與轉子首尾固接，變幅桿主體的一端與轉子的一端部之間設置有自由質量塊。

技術領域

本發明涉及一種單壓電陶瓷疊堆單向驅動的回轉沖擊式超聲波鉆探器，屬于采樣鉆具技術領域。

背景技術

深空探測是近年來最活躍的科學領域之一。研究地外天地的地質信息有助于探索太陽系的組成、生命起源。鉆取采樣是深空探測中獲取星壤樣品的重要方式。與電磁電機驅動的鉆探器相比，超聲波鉆探器具有體積小、功耗低和鉆壓力小等優點。按照采樣鉆具的運動形式可將超聲波鉆探器分為沖擊式超聲波鉆探器及回轉沖擊式超聲波鉆探器。沖擊式超聲波鉆探器中，采樣鉆具只作沿其軸向的沖擊運動，依靠采樣鉆具對巖石的沖擊破碎實現巖石的采樣。在沖擊式超聲波鉆探器的基礎上，引入鉆具的回轉驅動，便形成了回轉沖擊式超聲波鉆探器。相較于沖擊式超聲波鉆探器，回轉沖擊式超聲波鉆探器具有更高的鉆探效率及優良的排屑性能。

現有技術中的回轉沖擊式超聲波鉆探器，由于其壓電換能器的結構限制，其上采樣鉆具的結構必須通過穿裝在壓電換能器上的傳動軸來實現，而這種結構會導致壓電陶瓷疊堆的體積變小，影響鉆探器的驅動功率；另外，由于其壓電換能器的結構限制，使得其鉆探器整體長度較長，重量較大。

發明內容

本發明是為了解決現有的回轉沖擊式超聲波鉆探器存在的上述技術問題，進而提供了一種單壓電陶瓷疊堆單向驅動的回轉沖擊式超聲波鉆探器。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種單壓電陶瓷疊堆單向驅動的回轉沖擊式超聲波鉆探器，它包括殼體、鉆具、轉子及縱扭轉換型壓電換能器，其中所述縱扭轉換型壓電換能器包括縱扭轉換變幅桿、壓電陶瓷疊堆及后蓋板，所述縱扭轉換變幅桿包括變幅桿主體及一體套裝在變幅桿主體上的縱扭耦合振子，所述壓電陶瓷疊堆套裝在變幅桿主體上且夾設在后蓋板與縱扭耦合振子之間，變幅桿主體上遠離后蓋板的一端部及縱扭耦合振子均穿裝在殼體內，且縱扭耦合振子與殼體一端部固接，所述轉子位于殼體內且轉動套裝在變幅桿主體上，轉子的一端頂設在縱扭耦合振子的端部，鉆具與轉子首尾固接，位于殼體內的轉子上套設有加載彈簧，位于殼體內的鉆具上套設有回復彈簧，變幅桿主體的一端與轉子的一端部之間設置有自由質量塊。

進一步地，所述殼體包括前端蓋及后端蓋，所述縱扭耦合振子穿設在后端蓋內且縱扭耦合振子與后端蓋的一端部固接；變幅桿主體上遠離后蓋板的一端部及鉆具的一端部穿設在前端蓋內，且前端蓋與后端蓋之間首尾固接。

進一步地，前端蓋的一端部轉動穿裝有軸桿導向套，加載彈簧的一端及回復彈簧的一端均與軸桿導向套的端部接觸。

進一步地，轉子的一端部加工有通孔，鉆具的一端部穿裝在所述通孔內且鉆具與通孔之間為過盈配合。

進一步地，所述縱扭耦合振子包括一體套裝在變幅桿主體上的圓柱形振子主體、均勻固裝在振子主體一端的四個固定腳以及均布在振子主體另一端的四個驅動齒，振子主體的另一端沿其周向均布有四個支腿，四個驅動齒與四個支腿之間對應通過四個橫梁固接，且每個驅動齒與其連接的支腿均為錯位布置。

進一步地，壓電陶瓷疊堆與變幅桿主體之間設置有絕緣套。

進一步地，所述壓電陶瓷疊堆包括若干壓電陶瓷片及若干電極片，且壓電陶瓷片與電極片沿軸向交錯布置。

進一步地，后蓋板同軸套裝在變幅桿主體上且通過鎖緊螺母鎖緊。