一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)，屬于鉆取式取芯采樣技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]月球采樣返回是我國探月三期的主要任務(wù)，深層月壤的鉆進(jìn)取樣返回任務(wù)面臨眾多的難題和技術(shù)攻關(guān)。月面以下2m的月壤樣品的采集、封閉和回收是至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]在鉆取采樣裝置方案階段，取心機(jī)構(gòu)采用了單層軟質(zhì)外翻式取樣機(jī)構(gòu)，在鉆桿內(nèi)，將單層的軟質(zhì)取芯袋外翻于硬質(zhì)取心管外壁，在軟質(zhì)取芯袋末端連接高彈性外翻扭轉(zhuǎn)式絲制封口器，該取樣機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在鉆進(jìn)均質(zhì)及小顆粒月壤時的原位取芯和封口密閉。但是在鉆進(jìn)大顆粒月壤或者故障工況月壤時，在振動沖擊及大顆粒的干擾下，單層軟質(zhì)取芯袋易發(fā)生扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致取心量不足，甚至失敗，并且高彈性外翻扭轉(zhuǎn)式封口器在整個鉆進(jìn)取樣過程中相對硬質(zhì)取芯管運動，停鉆提芯時發(fā)生翻轉(zhuǎn)動作后密閉，因此封口器及取樣機(jī)構(gòu)需進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)組成簡單，工作可靠，能夠保持深層月壤樣品的層序信息，包裹月壤樣品的軟質(zhì)取芯袋能夠?qū)崿F(xiàn)將月面以下2m的深層月壤樣品原位包裹，纏繞回收，節(jié)省回收空間。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)，包括芯管上接頭、提芯拉繩、取芯管、固定環(huán)、鉆桿接頭、限位環(huán)、軟質(zhì)取芯袋、鉆桿、取芯帶、導(dǎo)向環(huán)、芯管下接頭、提拉頭組件、封口器和鉆頭，鉆桿接頭與鉆桿、鉆桿與鉆頭均固定連接，組成空心鉆具，芯管上接頭與取芯管、取芯管與芯管下接頭均固定連接，組成硬質(zhì)取芯管，
[0007]芯管上接頭設(shè)有上、下螺紋，下螺紋與取芯管螺接，上螺紋與驅(qū)動取樣機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)主軸連接，鉆桿接頭下端與鉆桿連接，上端與鉆機(jī)回轉(zhuǎn)軸連接，實現(xiàn)了空心鉆具隨鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)切削向下移動，而軟質(zhì)取芯袋、取芯帶和封口器不旋轉(zhuǎn)，即與切削下的月壤樣品無相對運動；
[0008]芯管下接頭為兩部分螺接，設(shè)有內(nèi)部環(huán)腔，軟質(zhì)取芯袋末端縫合封口器，封口器被彈性張開后預(yù)置在芯管下接頭的環(huán)腔中，限位環(huán)縫合在軟質(zhì)取芯袋上端，限位環(huán)位于取芯管內(nèi)腔、軟質(zhì)取芯袋上方，限位環(huán)的材料采用鋁，三條取芯帶穿過導(dǎo)向環(huán)并固定連接在提拉頭組件上；
[0009]提拉頭組件由空心螺栓、端部接頭、壓扣、錐面螺母和斜面環(huán)組成，空心螺栓設(shè)有空心孔和錐面，提芯拉繩穿過空心孔并用壓扣固定，端部接頭連接在取芯管上，端部接頭設(shè)有安裝取芯帶的環(huán)槽，錐面螺母與空心螺栓配合并壓緊取芯帶，斜面環(huán)套裝在空心螺栓上并壓緊取芯帶，空心螺栓、錐面螺母和斜面環(huán)形成雙斜面；
[0010]提拉頭組件通過雙斜面摩擦壓緊取芯帶，防止取芯帶在鉆進(jìn)取芯過程中被拉脫，提芯拉繩一端與提拉頭組件連接，另一端穿過取芯管內(nèi)腔、限位環(huán)內(nèi)孔后與提芯整形機(jī)構(gòu)連接，鉆桿為鋁基碳化硅空心鉆桿，設(shè)有雙頭外螺旋翼，螺旋升角14.6。，螺距I Imm，其螺旋翼高度2.3_、寬度1.5mm，鉆頭為硬質(zhì)合金的切削刃與40Cr鋼質(zhì)基體焊接結(jié)構(gòu)，切削刃采用8組直徑6mm的立式硬質(zhì)合金尖牙，在徑向上分為兩排布置，切削的尖牙焊接在40Cr鋼質(zhì)基體上，外包絡(luò)直徑為32.6mm，鉆進(jìn)過程中內(nèi)層月壤被切割進(jìn)入取芯機(jī)構(gòu)，外層月壤通過切削刃與螺旋翼排粉排出，封口器的材料采用高彈性記憶合金，結(jié)構(gòu)采用螺旋塔簧式，封口器上設(shè)有若干連接孔，通過連接孔將封口器用高強(qiáng)度纖維縫合在軟質(zhì)取芯袋上，封口器是專門針對寬溫域、大變形的要求設(shè)計而成，能夠在-40?+250°C的區(qū)間保持非常高的彈性。
[0011]在上述的一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)中，提芯拉繩、軟質(zhì)取芯袋和取芯帶采用凱芙拉纖維編織而成。
[0012]在上述的一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)中，取芯帶的數(shù)量不少于3條。
[0013]在上述的一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)向環(huán)的數(shù)量不少于I個。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明采用軟質(zhì)取芯袋的取樣方式保持了月壤樣品的層序信息，獲得樣品原始科學(xué)價值，同時軟質(zhì)取芯袋取樣后可以纏繞回收，有效節(jié)省了回收空間。
[0016]2、本發(fā)明高彈性的封口器預(yù)置在取樣機(jī)構(gòu)內(nèi)腔里，封口時動作簡單、可靠，其彈性密閉力持續(xù)穩(wěn)定，使得月壤取芯全過程密閉力保持恒定，狀態(tài)可靠可控，能夠保證返回階段的密閉效果。
[0017]3、本發(fā)明雙層取樣的軟質(zhì)取樣機(jī)構(gòu)能夠在樣品脫離取芯管后防止樣品的徑向擴(kuò)張，抑制樣品滑移。
[0018]4、本發(fā)明提拉頭組件采用雙斜面摩擦壓緊原理將取芯帶固定，有效防止鉆進(jìn)取芯過程中取芯帶被拉脫。
[0019]5、本發(fā)明提拉頭組件的端部接頭底部采用半圓形設(shè)計，有效保證取芯帶的內(nèi)翻效果O
[0020]6、本發(fā)明導(dǎo)向環(huán)上設(shè)置的三個槽限制取芯帶的運動方向，能夠有效避免取芯帶之間相互纏繞，提高了取芯帶的工作可靠性。
[0021]7、本發(fā)明鉆頭的切削刃的結(jié)構(gòu)和形狀具有足夠的切削力和抵抗沖擊力的能力，在鉆進(jìn)的同時排粉以降低月壤對鉆頭的磨損。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)圖
[0023]圖2為本發(fā)明取芯帶結(jié)構(gòu)圖
[0024]圖3為本發(fā)明芯管上接頭結(jié)構(gòu)圖
[0025]圖4為本發(fā)明取芯管結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖5為本發(fā)明固定環(huán)剖視圖
[0027]圖6為本發(fā)明固定環(huán)結(jié)構(gòu)圖
[0028]圖7為本發(fā)明鉆桿接頭結(jié)構(gòu)圖
[0029]圖8a和8b為本發(fā)明限位環(huán)結(jié)構(gòu)圖
[0030]圖9為本發(fā)明軟質(zhì)取芯袋結(jié)構(gòu)圖
[0031]圖10為本發(fā)明芯管下接頭結(jié)構(gòu)圖
[0032]圖11為本發(fā)明芯管下接頭剖視圖
[0033]圖12為本發(fā)明封口器結(jié)構(gòu)圖
[0034]圖13a、13b和13c為本發(fā)明鉆頭結(jié)構(gòu)圖
[0035]圖14為本發(fā)明提拉頭組件結(jié)構(gòu)圖
[0036]圖15為本發(fā)明空心螺栓結(jié)構(gòu)圖
[0037]圖16a、16b和16c為本發(fā)明端部接頭結(jié)構(gòu)圖
[0038]圖17為本發(fā)明錐面螺母結(jié)構(gòu)圖
[0039]圖18為本發(fā)明斜面環(huán)結(jié)構(gòu)圖
[0040]圖19為本發(fā)明工作程序圖
[0041 ]其中:I芯管上接頭;2提心拉繩;3取芯管;4固定環(huán);5鉆桿接頭;6限位環(huán);7軟質(zhì)取芯袋;8鉆桿;9取芯帶；10導(dǎo)向環(huán)；11芯管下接頭；12提拉頭組件；13封口器；14鉆頭；15空心螺栓;16端部接頭;17壓扣；18錐面螺母;19斜面環(huán)
【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合【附圖說明】和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0043]如圖1所示，一種內(nèi)置式軟質(zhì)月壤樣品取樣機(jī)構(gòu)，包括芯管上接頭1、提心拉繩2、取芯管3、固定環(huán)4、鉆桿接頭5、限位環(huán)6、軟質(zhì)取芯袋7、鉆桿8、取芯帶9、導(dǎo)向環(huán)10、芯管下接頭
11、提拉頭組件12、封口器13和鉆頭14，鉆桿接頭5與鉆桿8、鉆桿8與鉆頭14均固定連接，組成空心鉆具，芯管上接頭I與取芯管3、取芯管3與芯管下接頭11均固定連接，組成硬質(zhì)取芯管。
[0044]如圖2所示，取芯帶9采用凱芙拉纖維編織而成。
[0045]如圖3所示，芯管上接頭I是上下螺紋結(jié)構(gòu)，下螺紋與取芯管3螺接，上螺紋與驅(qū)動取樣機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)主軸連接，同時鉆桿接頭5下端與鉆桿8連接，上端與鉆機(jī)回轉(zhuǎn)軸連接，實現(xiàn)了空心鉆具隨鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)切削向下移動，而軟質(zhì)取芯袋7、取芯帶9和封口器13不旋轉(zhuǎn)，即與切削下的月壤樣品無相對運動。
[0046]如圖4所示，取芯管3上設(shè)有縫合取芯帶9的孔，用于保持取芯帶9在取芯管3上平整貼合。
[0047]如圖5a、5b和6所示，固定環(huán)4上邊緣設(shè)有四個凸臺，每個凸臺上設(shè)