[發明專利]一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置

有效

• 申請號: 202110484631.5
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113187382B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 莫品強;呂銳杰;李瑞林;陳雅欣;崔敏睿;文詩雨;李如磊;李國耀;陳拓
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/24;E21B44/00;E21B47/00;E21B3/02;F04B35/04;F04B49/22;H02N2/06;H02N2/04
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 陳映輝

1.一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：包括依次連接的機械控制手、連接桿、伸縮膜、壓縮機、振動器、垂直控制部分、鉆頭，機械控制手包括中心控制部分和外部工作部分，中心控制部分負責控制整個機械控制手的運動，內置控制系統用于接收地上指揮部分指令，外部工作部分負責錨固裝置，和在裝置轉向的時候起到控制作用，在后面提供一個側向的助推力，使裝置按照指令的方向進行轉向，連接桿負責連接機械控制手和下面的鉆掘設備、連接振動器和壓縮機，伸縮膜的上下部分由鋼絞線組成，用以和連接桿緊密相連，中間部分由筋和膜兩部分組成，筋是由玻璃纖維筋、碳纖維筋和芳綸纖維筋組成，膜是由高密度聚乙烯、聚氯乙烯和具有較好的伸縮性的材料構成，整個收縮膜被分為四個氣室，當需要改變方向時，某個氣室不會脹大，該方向上的土體不會受到擠壓產生變形，從而使鉆頭發生偏移完成轉動，壓縮機負責控制伸縮膜內氣體的體積，振動器是負責將鉆頭周圍的土進行松動，垂直控制部分負責控制鉆頭在鉆掘過程中保持垂直鉆入，鉆頭為PDC鉆頭或者牙輪鉆頭。

2.根據權利要求1所述的一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：所述中心控制部分包括傳感器、電動機和單片機，所述中心控制部分上部裝有空心槽，負責收攏外部工作部分，所述空心槽和中心控制部分之間裝有回轉鋼槽，使其發生相互轉動，從而使機械控制手的外部工作部分的方向發生改變，達到轉向的效果，所述外部工作部分由傳感器、電動機、單片機、轉軸組成。

3.根據權利要求2所述的一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：所述連接桿為傳力組件和套筒組件，所述連接桿中間部分是剛性套筒，兩端是由富有彈性的橡膠圈制作而成，橡膠圈內部裝有壓力傳感器，負責將信號向上傳輸至控制電腦，連接桿外包土層或者水泥層。

4.根據權利要求3所述的一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：所述壓縮機采用柔性驅動式壓電活塞氣體壓縮機，包括方形壓電振子、振子托架、活塞、活塞套、泵體、出氣閥、進氣閥和中間支架，金屬基板周圍采用鏤空設計，將其四角固定在振子托架上，降低振子的振動約束并使振動過程中的變形集中在鏤空區域，壓電陶瓷粘貼在金屬基板的幾何中心，所述壓電振子的四角采用固定約束，將壓電陶瓷的上下表面作為電極并施加交變驅動電壓方形壓電振子在正弦波電壓作用下產生周期性的往復運動，調整其驅動頻率使其與壓縮機系統的固有頻率相等，使壓縮機在共振作用下運動；當交變電場作用在壓電陶瓷時，壓電振子將自身的變形放大后向外輸出位移和力；利用活塞和活塞套的動密封作用構造的氣體往復泵腔，減小活塞和活塞套之間的干摩擦阻尼；當活塞向上運動時，泵腔內的氣體壓強降低并驅使進氣閥打開，出氣閥關閉，這時氣體通過入口流入泵腔；當活塞下運動時，泵腔內的氣體壓強變大并使進氣閥關閉出氣閥打開，這時氣體通過出口排出泵腔，如此實現氣體的連續驅動。

5.根據權利要求4所述的一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：所述振動器的控制電路包括直流電源、控制開關、速度傳感器、振動發生元件和定值電阻，在鉆頭正常向下掘進時，開關始終保持斷開，所述速度傳感器具有控制功能，一旦感應到速度降為0，會自動閉合控制開關，持續一段時間之后斷開，振動器的外殼和連接桿相比，具有更多的彈性橡膠。

6.根據權利要求5所述的一種基于仿生學原理的多沖程鉆掘裝置，其特征在于：所述垂直控制部分包括安裝板，所述安裝板靠近鉆孔的側面固定連接有彈簧氣囊，所述彈簧氣囊的內部固定連接有推桿，所述推桿的端部固定連接有推板，所述推板的外圍滑動連接有油腔，所述油腔的側面開設有水管，所述水管遠離油腔的一側固定連接有滑槽，所述滑槽的內部滑動連接有滑塊，所述滑塊的端面固定連接有齒條，所述齒條遠離滑塊的一端固定連接有復位彈簧，所述齒條的側面嚙合有傳動齒輪，所述傳動齒輪遠離齒條的一側嚙合有滑桿，所述滑桿的端部固定連接有壓板，所述滑桿的內部固定連接有定位桿，所述定位桿的端部固定連接有金屬觸頭，所述安裝板的側面固定連接有蜂鳴器，當設備完成一個方向的鉆掘，準備改變方向時，垂直控制部分停止工作，同時氣囊放氣，蜂鳴器斷電。