[发明专利]南极冰下湖返回式钻具内嵌式减力装置

说明书

本发明公开了南极冰下湖返回式钻具内嵌式减力装置，其中从动机构由多根底部安装有从动齿轮的绕线轴竖直设置组成，从动齿轮均分别与主动机构末端的主动齿轮啮合，主动机构从下方带动从动机构的多根绕线轴同步旋转；大板轮组件由两个大板轮组成，分别将线缆导向水平或竖直方向，在大板轮组件的导向下，线索在从动机构的绕线轴之间逐层缠绕；一号小板轮组件将线缆从动机构中导出，二号小板轮组件和三号小板轮组件将从动机构导出的线缆经减力装置的底部中心位置导出。本发明使线缆在有限的空间内流畅地传动，解决了线缆传输过程中的导程问题，并在电机的驱动下，充分利用摩擦力以达到减力的效果，从而实现大负载且稳定的连续钻进作业。

技术领域

本发明属于极地钻探设备的机械结构设计技术领域，具体涉及南极冰下湖返回式钻具内嵌式减力装置。

背景技术

随着人类对南极冰下湖的不断探索，一些国家先后利用钻探设备对南极冰下湖进行钻进采样，但是，若想获取符合要求的水样，钻探设备必须要深入南极冰下湖，适应各种极端环境工况，这就需要对钻探设备中的机械系统结构的设计有着尤为苛刻的要求，要求钻探设备既要满足大负载，又要能够连续钻探，且钻探作业过程要保证稳定。

热水钻技术在南北极及山地冰川钻探中已经有半个世纪的发展，目前是极地冰层钻进中发展最快、应用最广泛、前景最好的钻进技术，该技术因其低污染、高效率在南极钻探领域具有不可替代的地位。但是，由于南极冰下湖的环境情况更加特殊，现有的热水钻设备已无法提供足够的推力，其能够承担的最大负载以很难满足实际作业要求，且现有的热水钻设备无法实现连续钻进工作。此外，由于热水钻设备的结构十分复杂，使得对其控制要求极高，操作门槛较高。

目前应用的钻探设备主要是热水钻，该设备虽不会对环境造成影响，但由于冰下的特殊环境，这种设备无法满足连续钻进、提供足够的推力等要求，且现有的热水钻结构较为复杂，导致装置不易控制。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种南极冰下湖返回式钻具内嵌式减力装置，本发明所述装置使线缆在有限的空间内流畅地传动，解决了线缆传输过程中的导程问题，并在电机的驱动下，充分利用摩擦力以达到减力的效果，从而实现大负载且稳定的连续钻进作业。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

南极冰下湖返回式钻具内嵌式减力装置，由安装在线形框架内的主动机构、从动机构、大板轮组件和小板轮组件组成；

所述主动机构安装连接在从动机构的下方，所述从动机构由多根底部安装有从动齿轮的绕线轴竖直设置组成，所述绕线轴上设有多层环形绕线凹槽，所述从动齿轮均分别与主动机构末端的主动齿轮啮合，主动机构带动从动机构的多根绕线轴同步旋转；

所述大板轮组件固定在从动机构的中间，大板轮组件由两个大板轮组成，所述大板轮由安装有大导轮的大导轮板相交设置组成，其中一号大板轮与二号大板轮上的大导轮依次间隔分布，一号大板轮将竖直方向的线缆导向水平，二号大板轮将水平方向的线缆导向竖直，在中间的大板轮组件的导向下，线索在从动机构的绕线轴之间逐层缠绕；

所述小板轮组件有多组，一号小板轮组件安装在从动机构底部外侧，用于将线缆从动机构中导出，二号小板轮组件安装在一号小板轮组件正下方的线形框架上，三号小板轮组件安装在线形框架底部中间，所述二号小板轮组件和三号小板轮组件将从动机构导出的线缆经所述减力装置的底部中心位置导出。

进一步地，所述线形框架由顶板、中间板、底板和长螺纹杆连接构成，其中顶板、中间板和底板相互平行设置，且通过三根分布在顶板、中间板和底板圆周外沿处的长螺纹杆安装固定；

所述主动机构的输出端通过大轴承安装在中间板上；所述从动机构的绕线轴两端通过小轴承分别安装在顶板和中间板上；所述大板轮组件固定在顶板底面上，一号小板轮组件固定在中间板上，二号小板轮组件和三号小板轮组件均安装在底板上。

进一步地，所述主动机构由主轴、主动齿轮、大轴承、第一联轴器、减速器、第二联轴器和电机组成；