【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于極地冰下湖鉆探領域，更具體地，涉及一種適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器。
技術介紹
1、目前，人類已在南極發現冰下湖近700個，開展冰下湖鉆探采樣研究對于獲取古氣候信息、評估穩定性、探索極端環境下的生命形式、了解冰蓋底部地質結構和過程具有重要的科學意義，大多數冰下湖位于千米厚冰蓋以下，冰下湖最大上覆冰蓋厚度可達3600米。要獲取冰下湖底部沉積物樣品，取樣設備需穿過地表至冰下湖的冰層鉆孔后，方能抵達冰下湖底部開展沉積物取樣作業。水下沉積物取樣裝備的動力方式按其工作原理不同可分為壓入式、重力沖擊式、錘擊式、振動式，其中振動式取樣進尺速率最高、進尺深度最大且樣品層理擾動最小。然而，由于南極后勤補給能力有限導致地表鉆探裝備體量受限，目前用于冰下湖探測采樣的鉆孔直徑通常在100至300毫米范圍內，孔底設備供能方式通常采用地表發電機搭配絞車防水電纜的供電模式，且由于冰層低溫存在一定的縮孔現象，常規水下振動動力裝置難以通過冰下湖鉆孔。隨著孔底動力技術的不斷發展，水下電機驅動技術逐步趨于成熟，如果采用水下電機作為冰下湖沉積物取樣振動沖擊裝置的原動機，搭配適用于鉆孔尺寸的高傳動效率回轉-振動轉換裝置，則可實現高效振動裝置在冰下湖沉積物取樣場合的應用。如何將水下電機輸出的回轉動力轉化為高效的振動沖擊能，同時確保振動裝置可應用于孔徑有限的冰下湖鉆孔，是限制振動取樣技術在冰下湖鉆孔內應用的主要技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對冰下湖鉆孔中因孔徑小、孔底供能方式受限導致
2、為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，包括框架、直線軸承、推力徑向組合軸承、水下電機、凸輪、凸輪傳動軸、懸臂軸承、凸輪隨動器、參振質量塊、凸輪隨動器安裝架、直線推桿、彈簧底座、彈簧和彈簧頂座；所述框架包括框架頂板、框架側板以及框架底板，框架頂板與框架底板相對，框架側板連接于框架頂板與框架底板之間，框架頂板、框架側板以及框架底板圍成一容置空間；所述直線軸承裝配在框架頂板上；所述推力徑向組合軸承和水下電機配置在所述容置空間內；所述水下電機的輸出軸通過聯軸器與凸輪傳動軸相連；所述凸輪傳動軸與推力徑向組合軸承配合方式為孔軸間隙配合和端面接觸的復合配合，以僅將凸輪傳動軸的運動限制為徑向；所述凸輪與凸輪傳動軸為孔軸配合并可拆卸地緊固在一起，凸輪為具有重復曲面的圓周凸輪，以使與凸輪曲面滾動接觸配合的凸輪隨動器隨旋轉的凸輪呈周期性的上升或下降；所述懸臂軸承和凸輪隨動器均與凸輪隨動器安裝架為孔軸配合并通過配套螺母鎖緊固定形成一體式結構；所述懸臂軸承的外周面作為與框架側板進行滾動接觸的滾動接觸面，以使得凸輪旋轉時，凸輪隨動器安裝架僅能進行直線運動；所述直線推桿呈t字形結構，底部通過螺紋連接的方式與凸輪隨動器安裝架固定、頂部與參振質量塊可拆卸地固定連接，且直線推桿與直線軸承軸孔配合；所述彈簧底座和彈簧頂座均與直線推桿為孔軸間隙配合，且彈簧底座和彈簧頂座通過彈簧分別壓緊在框架頂板和凸輪隨動器安裝架之上。
3、進一步，所述直線軸承與框架頂板孔軸配合并通過螺釘固定。
4、進一步，所述推力徑向組合軸承和水下電機分別通過軸承安裝橫板和水下電機安裝板安裝在框架側板上，且推力徑向組合軸承與軸承安裝橫板通過孔軸配合。
5、進一步，所述參振質量塊的數量至少一個。
6、進一步，所述水下電機采用地表發電機搭配鎧裝電纜絞車供電或孔底電池供電。
7、本專利技術的工作原理如下：
8、本專利技術提供的適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器組裝完成后，水下電機的輸出軸旋轉并帶動包括聯軸器、凸輪傳動軸以及凸輪的旋轉部件與其同步旋轉，凸輪旋轉過程中其上表面與凸輪隨動器接觸并上推包括直線推桿、參振質量塊、凸輪隨動器安裝架、彈簧底座、懸臂軸承和凸輪隨動器共同組成直線振動部件，此過程彈簧被壓縮，直至凸輪隨動器越過凸輪上表面曲面最高點后，彈簧被釋放并致使直線推桿與框架頂板間配合面發生沖擊產生振動并將振動力通過框架側板傳輸至框架底板，完成單次沖擊，凸輪上表面為重復曲面，從而在凸輪上表面形成若干個波峰和波谷，水下電機的輸出軸持續旋轉并重復上述過程即可實現高頻振動，能夠通過增加凸輪上部重復曲面的數量來增加整個振動器的振動頻率。
9、通過上述設計方案，本專利技術可以帶來如下有益效果：
10、第一，采用具有重復曲面的圓周凸輪搭配凸輪隨動器實現周期性直線運動，同時利用彈簧蓄能產生周期性直線振動力，能夠很大程度的節約振動器結構的徑向尺寸和軸向尺寸，使本專利技術所述振動器可應用于小直徑鉆孔。
11、第二，本專利技術所述振動器采用孔底水下電機作為原動機，水下電機采用地表發電機搭配鎧裝電纜絞車供電或孔底電池供電形式，地表配套裝備簡單，應用場合更為廣泛。
12、第三，本專利技術所述振動器為柱狀結構，對于激振力值要求較大的應用場合，可通過增加參振質量塊數量增加激振力，或利用機械自同步原理在同一直徑鉆孔中串聯多個振動器，在軸向布置多個振動器使孔底振動力成倍增加。
13、第四，本專利技術結構簡單，便于拆裝、維護及更換，技術復雜程度低，人員技術要求低。
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1.適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，包括框架，所述框架包括框架頂板(4)、框架側板(5)以及框架底板(10)，框架頂板(4)與框架底板(10)相對，框架側板(5)連接于框架頂板(4)與框架底板(10)之間，框架頂板(4)、框架側板(5)以及框架底板(10)圍成一容置空間；其特征在于，還包括：直線軸承(26)、推力徑向組合軸承(18)、水下電機(21)、凸輪(17)、凸輪傳動軸(23)、懸臂軸承(15)、凸輪隨動器(16)、參振質量塊(2)、凸輪隨動器安裝架(14)、直線推桿(24)、彈簧底座(13)、彈簧(12)和彈簧頂座(11)；所述直線軸承(26)裝配在框架頂板(4)上；所述推力徑向組合軸承(18)和水下電機(21)配置在所述容置空間內；所述水下電機(21)的輸出軸通過聯軸器(19)與凸輪傳動軸(23)相連；所述凸輪傳動軸(23)與推力徑向組合軸承(18)配合方式為孔軸間隙配合和端面接觸的復合配合，以僅將凸輪傳動軸(23)的運動限制為徑向；所述凸輪(17)與凸輪傳動軸(23)為孔軸配合并可拆卸地緊固在一起，凸輪(17)為具有重復曲面的圓周凸輪，以使與凸輪(17)曲面滾
2.根據權利要求1所述的適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，其特征在于：所述直線軸承(26)與框架頂板(4)孔軸配合并通過螺釘固定。
3.根據權利要求1所述的適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，其特征在于：所述推力徑向組合軸承(18)和水下電機(21)分別通過軸承安裝橫板(6)和水下電機安裝板(8)安裝在框架側板(5)上，且推力徑向組合軸承(18)與軸承安裝橫板(6)通過孔軸配合。
4.根據權利要求1所述的適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，其特征在于：所述參振質量塊(2)的數量至少一個。
5.根據權利要求1所述的適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，其特征在于：所述水下電機(21)采用地表發電機搭配鎧裝電纜絞車供電或孔底電池供電。
...【技術特征摘要】
1.適用于冰下湖鉆孔的電機驅動型柱狀振動器，包括框架，所述框架包括框架頂板(4)、框架側板(5)以及框架底板(10)，框架頂板(4)與框架底板(10)相對，框架側板(5)連接于框架頂板(4)與框架底板(10)之間，框架頂板(4)、框架側板(5)以及框架底板(10)圍成一容置空間；其特征在于，還包括：直線軸承(26)、推力徑向組合軸承(18)、水下電機(21)、凸輪(17)、凸輪傳動軸(23)、懸臂軸承(15)、凸輪隨動器(16)、參振質量塊(2)、凸輪隨動器安裝架(14)、直線推桿(24)、彈簧底座(13)、彈簧(12)和彈簧頂座(11)；所述直線軸承(26)裝配在框架頂板(4)上；所述推力徑向組合軸承(18)和水下電機(21)配置在所述容置空間內；所述水下電機(21)的輸出軸通過聯軸器(19)與凸輪傳動軸(23)相連；所述凸輪傳動軸(23)與推力徑向組合軸承(18)配合方式為孔軸間隙配合和端面接觸的復合配合，以僅將凸輪傳動軸(23)的運動限制為徑向；所述凸輪(17)與凸輪傳動軸(23)為孔軸配合并可拆卸地緊固在一起，凸輪(17)為具有重復曲面的圓周凸輪，以使與凸輪(17)曲面滾動接觸配合的凸輪隨動器(16)隨旋轉的凸輪(17)呈周期性的上升或下降；所述懸臂軸承(15)和凸輪隨動器(16)均與凸輪隨動器安裝架(14)為孔軸配合并通過配套螺母鎖緊固定形成一體式結構；所述懸臂軸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宮達，劉西牧，范曉鵬，李冰，王元，李亞洲，武威，王宇，孫宇宸，鄧志鵬，魏賢哲，鮮濤，李晨熠，帕維爾達拉拉伊，張楠，王如生，楊陽，韓博，洪嘉琳，王婷，劉昀忱，陳艷吉，郭沫君，劉澤君，張旭，吳子言，楊一凡，王良玉，楊本濤，劉霖，崔志豪，鄭顯赫，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
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