月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置

摘要

本发明提供了一种月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置，月壤取芯传动机构包括输出旋转运动的驱动件、连接于所述驱动件的传动轴、连接于所述传动轴的旋转振动块、连接于所述传动轴且用于冲击所述旋转振动块的冲击组件、以及在所述冲击组件的冲击下对所述旋转振动块产生振动作用的振动组件，所述旋转振动块用于与所述取芯管连接。本发明提供的月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置，在传动轴旋转时，旋转振动块不仅能够旋转，同时还受到冲击组件对其的冲击和振动组件对其的振动影响，破坏取芯管中力链的形成，大幅提高取芯率。

说明书

技术领域

本发明属于月壤探测技术领域，更具体地说，是涉及一种月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置。

背景技术

月球是距离地球最近的地外天体，对月壤或月岩样品进行取样探测分析，可以获得月球的月壤层理结构及矿物元素信息，为开展月球资源开采工程作铺垫。因此，宇航员在月面上获取具有原态层理信息的月壤剖面样品是载人登月任务中的重要项目之一。目前，对样品层理性保持性能最优的取样方式是冲击贯入式，结合地球上所使用的贯入式取样装置，发现洛阳铲式是其中最方便最有效的方式，被广泛应用于考古、铁路和矿山等领域。若将洛阳铲式取样装置应用到月球取芯探测上，可有效提高宇航员月壤取样的深度。但是，简单的洛阳铲式取芯装置，只能适用于较为松散的月壤层取样，无法贯入深层密实度较高的月壤，也无法克服取芯管中力链的形成来提高取芯率，存在着很多的问题。因此，为了在载人登月任务中最大程度保持样品层理性的同时提高取样深度和取样效率，需要对洛阳铲式取芯装置根据月球环境做出进一步的改进，方便宇航员在月面上对月壤进行高效的大深度取芯探测。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置，以解决现有技术中存在的无法贯入深层密实度较高的月壤、无法克服取芯管中力链的形成、取芯率较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种月壤取芯传动机构，用于驱动取芯管，月壤取芯传动机构包括输出旋转运动的驱动件、连接于所述驱动件的传动轴、连接于所述传动轴的旋转振动块、连接于所述传动轴且用于冲击所述旋转振动块的冲击组件、以及在所述冲击组件的冲击下对所述旋转振动块产生振动作用的振动组件，所述旋转振动块用于与所述取芯管连接。

可选地，所述冲击组件包括与所述传动轴固定连接的第一振动块、放置于所述第一振动块上的第二振动块、与所述第二振动块固定连接的冲击锤以及第一弹性件，所述第一振动块和所述第二振动块的相邻面均为高低起伏的表面，所述冲击锤用于冲击所述旋转振动块，所述第一弹性件的一端固定设置，所述第一弹性件的另一端抵接于所述第二振动块的背向所述第一振动块一侧。

可选地，所述第二振动块、所述第一振动块、所述冲击锤和所述旋转振动块同轴设置，且所述第一弹性件、所述第二振动块、所述冲击锤和所述旋转振动块沿所述传动轴的轴向依次设置。

可选地，所述冲击锤包括圆筒部和冲击部，所述第二振动块一端的周圈处径向向外凸起形成有环形凸台，所述第二振动块远离所述环形凸台的一端以及所述第一振动块均位于所述圆筒部内，所述圆筒部的一端与所述环形凸起固定连接，所述圆筒部的另一端与所述冲击部连接，所述冲击部与所述旋转振动块相正对。

可选地，所述月壤取芯传动机构还包括外壳组件，至少所述冲击锤设置于所述外壳组件内，所述冲击锤的外壁设置有第一周向定位部，所述外壳组件的内壁设置有第二周向定位部，所述第一周向定位部和所述第二周向定位部配合防止所述冲击锤周向旋转。

可选地，所述振动组件包括多个振动颗粒，所述振动颗粒设置在所述旋转振动块的内部；

或者，所述月壤取芯传动机构还包括外壳组件，至少所述旋转振动块设置于所述外壳组件内，所述振动组件包括多个振动颗粒，所述振动颗粒设置在所述外壳组件和所述旋转振动块之间。

可选地，所述振动颗粒设置在所述外壳组件和所述旋转振动块之间，所述外壳组件的内周壁和所述旋转振动块的外周壁之间形成有颗粒容纳槽，所述颗粒容纳槽的宽度大于所述振动颗粒的直径。

本发明还提供一种仿洛阳铲式月壤取芯装置，包括上述的月壤取芯传动机构，还包括取芯管和电源连接结构，所述电源连接结构用于与所述驱动件电性连接，所述取芯管与所述旋转振动块连接。

可选地，所述电源连接结构包括电源通信外接头、以及与所述电源通信外接头连接的连接杆，所述连接杆远离所述电源通信外接头一端具有按压头，所述按压头与所述月壤取芯传动机构之间设置有第二弹性件，所述连接杆和所述按压头、所述按压头和所述驱动件均通过触点电性连接；或者，

所述电源连接结构包括外接电源线和连接杆，所述连接杆中空设置，所述连接杆的一端与所述月壤取芯传动机构固定连接，所述外接电源线穿过所述连接杆与所述驱动件电性连接。

可选地，所述取芯管包括管本体以及设置于所述管本体内部的隔板，所述隔板的两侧分别为容屑腔和用于储存月壤的存芯腔，所述容屑腔的底部设置有用于与所述旋转振动块连接的连接头，所述容屑腔的侧壁开设有贯穿所述取芯管的流屑孔。

本发明提供的月壤取芯传动机构及仿洛阳铲式月壤取芯装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明月壤取芯传动机构包括驱动件、传动轴、旋转振动块、冲击组件和振动组件，旋转振动块用于与取芯管连接，传动轴可以带动旋转振动块旋转，同时可以使冲击组件对旋转振动块产生不断地冲击，冲击组件在对旋转振动块冲击的同时，会使振动组件对旋转振动块产生振动作用。如此，在传动轴旋转时，旋转振动块不仅能够旋转，同时还受到冲击组件对其的冲击和振动组件对其的振动影响，破坏取芯管中力链的形成，大幅提高取芯率和取样深度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的月壤取芯传动机构的爆炸结构图；

图2为本发明实施例提供的月壤取芯传动机构在启动前的内部结构图；

图3为本发明实施例提供的月壤取芯传动机构在工作时的内部结构图；

图4为本发明实施例提供的月壤取芯传动机构在振动组件处的内部结构图一；

图5为本发明实施例提供的月壤取芯传动机构在振动组件处的内部结构图二；

图6为本发明实施例提供的仿洛阳铲式月壤取芯装置的主视图；

图7为本发明实施例提供的第一种电源连接结构的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第二种电源连接结构的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的取芯管的剖视图；

图10为取芯人员使用本发明实施例的仿洛阳铲式月壤取芯装置取芯的工作示意图。

其中，图中各附图标记：

1-月壤取芯传动机构；11-驱动件；111-第四正极触点；112-第四负极触点；12-传动轴；13-旋转振动块；131-颗粒容纳槽；14-冲击组件；141-第一振动块；142-第二振动块；1421-环形凸台；143-冲击锤；1431-圆筒部；1432-冲击部；1433-第一周向定位部；144-第一弹性件；15-振动组件；151-振动颗粒；16-外壳组件；161-第二周向定位部；17-轴承；18-槽帽；2-取芯管；21-管本体；22-隔板；23-连接头；24-容屑腔；25-存芯腔；26-流屑孔；27-切割齿；3-电源连接结构；31-电源通信外接头；32-连接杆；321-第一正极触点；322-第一负极触点；33-按压头；331-第二正极触点；332-第二负极触点；333-第三正极触点；334-第三负极触点；34-外接电源线；35-连接杆；36-第二弹性件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的月壤取芯传动机构进行说明。

请一并参阅图1至图3，月壤取芯传动机构1包括驱动件11、传动轴12、旋转振动块13、冲击组件14和振动组件15。驱动件11能够输出旋转运动，驱动件11可选为电机等能够输出旋转运动的机构。传动轴12与驱动件11连接，传动轴12由驱动件11驱动旋转，旋转振动块13与传动轴12连接，在传动轴12旋转时，旋转振动块13也会随之旋转。冲击组件14与传动轴12连接，传动轴12旋转时，冲击组件14会产生冲击运动，对旋转振动块13进行冲击。同时，在冲击组件14对旋转振动块13进行冲击时，振动组件15会对旋转振动块13产生振动作用。如上所述，在驱动件11工作时，旋转振动块13旋转，同时冲击组件14对旋转振动块13进行冲击，振动组件15对旋转振动块13产生振动作用。旋转振动块13用于与取芯管2连接，取芯管2用于插入月壤中进行月壤取样。

具体而言，在月壤取芯传动机构1与取芯管2配合时，宇航员向下按压月壤取芯传动机构1及取芯管2，取芯管2获得向下的贯入力，同时，驱动件11工作，冲击组件14和振动组件15对取芯管2提供振动冲击力，取芯管2随旋转振动块13的旋转产生旋转切割力，在贯入力、振动冲击力和旋转切割力的耦合作用下，可以破坏取芯管2中力链的形成，从而大幅度的提高取芯装置的取样效率和取样深度。

上述实施例中的月壤取芯传动机构1，包括驱动件11、传动轴12、旋转振动块13、冲击组件14和振动组件15，旋转振动块13用于与取芯管2连接，传动轴12可以带动旋转振动块13旋转，同时可以使冲击组件14对旋转振动块13产生不断地冲击，冲击组件14在对旋转振动块13冲击的同时，会使振动组件15对旋转振动块13产生振动作用。如此，在传动轴12旋转时，旋转振动块13不仅能够旋转，同时还受到冲击组件14对其的冲击和振动组件15对其的振动影响，破坏取芯管2中力链的形成，大幅提高取芯率和取样深度。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2至图5，冲击组件14包括第一振动块141、第二振动块142、冲击锤143和第一弹性件144。第一振动块141和传动轴12固定连接，第一振动块141可与传动轴12同步转动，第二振动块142放置在第一振动块141上，第二振动块142与冲击锤143固定连接，第一弹性件144的一端固定设置，第一弹性件144的另一端抵接于第二振动块142的背向第一振动块141一侧。其中，第一振动块141和第二振动块142的相邻表面均为凹凸不平的表面，而且，第二振动块142放置在第一振动块141上，在第一弹性件144提供的弹力作用下，第一振动块141和第二振动块142之间具有一定的压力。在第一振动块141随传动轴12旋转时，第一振动块141的凹凸表面和第二振动块142的凹凸表面产生相对运动，从而使第二振动块142不断的产生轴向运动(沿传动轴12的轴向)，冲击锤143则不断地冲击旋转振动块13，带动取芯管2不断上下错动，可有效破坏取芯管2中力链的形成。第一振动块141的凹凸面和第二振动块142的凹凸面均与传动轴12的轴向垂直，这样，才能使第二振动块142产生往复的轴向运动。

可选地，第一振动块141和第二振动块142的相邻面均为锯齿面，即，第一振动块141和第二振动块142的相邻面呈锯齿状。第一振动块141和第二振动块142的相邻面也为波浪状。需要说明的是，第一振动块141和第二振动块142的相邻面也可为其他形状的表面，只要能够使第二振动块142相对第一振动块141产生轴向运动即可。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2及图3，第二振动块142、第一振动块141、冲击锤143和旋转振动块13同轴设置，便于冲击锤143在轴向方向上往复移动冲击旋转振动块13，还可以使月壤取芯传动机构1的内部结构沿传动轴12的轴向分布，尽可能减小月壤取芯传动机构1的直径。

其中，第一弹性件144、第二振动块142、冲击锤143和旋转振动块13沿传动轴12的轴向依次设置，第一弹性件144对第二振动块142具有一定的压力，使第二振动块142和第一振动块141始终接触。在月壤取芯传动机构1正常使用时，第一弹性件144、第二振动块142、冲击锤143、旋转振动块13和取芯管2自上而下依次设置。

可选地，驱动件11和旋转振动块13可设置于传动轴12的两端，使月壤取芯传动机构1的内部结构沿传动轴12的轴向分布，尽可能减小月壤取芯传动机构1的直径。为了适应传动轴12的转速等，可以在驱动件11和传动轴12之间设置传动组件。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4，冲击锤143包括圆筒部1431和冲击部1432，圆筒部1431与第二振动块142固定连接，冲击部1432用于冲击旋转振动块13。第二振动块142的一端的周圈处径向向外凸起形成有环形凸台1421，第二振动块142的另一端伸入圆筒部1431内，环形凸台1421的与圆筒部1431的一端固定连接，圆筒部1431的另一端连接冲击部1432。第一振动块141也位于圆筒部1431内。冲击锤143如此设置，在尽可能利用轴向空间的情况下，实现了与第二振动块142的固定连接，还能够冲击旋转振动块13。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2及图3，月壤取芯传动机构1还包括外壳组件16，驱动件11、传动轴12、旋转振动块13、冲击组件14、振动组件15可均匀设置在外壳组件16的内部。传动轴12和外壳组件16之间设置有轴承17，如此可以使传动轴12的转动更加稳定，减小传动轴12的径向跳动。外壳组件16的内壁处设置有止挡凸台，第一弹性件144的一端抵接于止挡凸台，第一弹性件144的另一端抵接于第二振动块142。轴承17可设置于止挡凸台和所述传动轴12之间。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图5，月壤取芯传动机构1还包括外壳组件16，至少冲击锤143设置在外壳组件16的内部，冲击锤143的外壁设置有第一周向定位部1433，外壳组件16的内壁设置有第二周向定位部161，第一周向定位部1433和第二周向定位部161之间相互配合，可以防止冲击锤143和第二振动块142的周向转动。

可选地，第一周向定位部1433为条形凸起，第二周向定位部161为条形凹槽，条形凸起和条形凹槽的长度方向均沿传动轴12的轴向设置，使冲击锤143的周向位置固定，不会相对外壳组件16旋转。在其他实施例中，第一周向定位部1433为条形凹槽，第二周向定位部161为条形凸起。第一周向定位部1433和第二周向定位部161的具体形状此处不作限定，只要能够防止冲击锤143周向旋转即可。

可选地，第一周向定位部1433和第二周向定位部161的数量均为多个，且数量相同。多个第一周向定位部1433沿冲击锤143的外周周向间隔设置，多个第二周向定位部161沿外壳组件16的内周周向间隔设置。

在本发明的其中一个实施例中，振动组件15包括多个振动颗粒151，振动颗粒151设置在旋转振动块13的内部。在冲击组件14对旋转振动块13进行冲击时，旋转振动块13内的振动颗粒151会在冲击作用下不断运动，对旋转振动块13产生振动作用，可以进一步破坏取芯管2内力链的形成。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4及图5，至少旋转振动块13设置在外壳组件16内，振动组件15包括多个振动颗粒151，振动颗粒151设置在外壳组件16和旋转振动块13之间。在冲击组件14对旋转振动块13进行冲击时，振动颗粒151会受到旋转振动块13的影响不断上下运动，对旋转振动块13产生振动作用，可以进一步破坏取芯管2内力链的形成。

可选地，外壳组件16的内周壁和旋转振动块13的外周壁之间形成有颗粒容纳槽131，振动颗粒151设置在颗粒容纳槽131的内部。颗粒容纳槽131可呈环形，多个振动颗粒151沿颗粒容纳槽131的环形依次排布。颗粒容纳槽131的宽度大于振动颗粒151的直径，使得振动颗粒151可以在颗粒容纳槽131的宽度方向上跳动，对旋转振动块13产生一定的振动作用。

可选地，颗粒容纳槽131设置在旋转振动块13的外周壁上；或者，颗粒容纳槽131设置在外壳组件16的内周壁上；或者，外壳组件16的内周壁和旋转振动块13的外周壁上均设置有环形槽，两个环形槽组合形成颗粒容纳槽131。

可选地，振动颗粒151可选为钢珠，钢珠的密度较大，在各种材质制成的同体积的振动颗粒151中，钢珠的质量较大，对旋转振动块13的冲击力也会较大。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图4，外壳组件16上开设有通孔，通孔的直径大于振动颗粒151的直径，通孔与颗粒容纳槽131连通。在旋转振动块13、外壳组件16等安装完毕后，再将振动颗粒151从通孔处一粒粒地放入颗粒容纳槽131中，通孔处盖设有槽帽18，使颗粒容纳槽131呈封闭状态。在外壳组件16上设置通孔和槽帽18，便于安装振动颗粒151，防止振动颗粒151掉落。

请参阅图6至图10，本发明还提供一种仿洛阳铲式月壤取芯装置，仿洛阳铲式月壤取芯装置包括上述任一实施例中的月壤取芯传动机构1。仿洛阳铲式月壤取芯装置还包括取芯管2和电源连接结构3。取芯管2与旋转振动块13连接，电源连接结构3用于与驱动件11电性连接，用于为月壤取芯传动机构1提供电能。

本发明提供的仿洛阳铲式月壤取芯装置，采用了上述的月壤取芯传动机构1，传动轴12可以带动旋转振动块13旋转，同时可以使冲击组件14对旋转振动块13产生不断地冲击，冲击组件14在对旋转振动块13冲击的同时，会使振动组件15对旋转振动块13产生振动作用。如此，在传动轴12旋转时，旋转振动块13不仅能够旋转，同时还受到冲击组件14对其的冲击和振动组件15对其的振动影响，破坏取芯管2中力链的形成，大幅提高取芯率。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图7，电源连接结构3包括电源通信外接头31以及连接杆32，电源通信外接头31、连接杆32和月壤取芯传动机构1依次连接。电源通信外接头31与外部电源电性连接，电源通信外接头31和连接杆32可螺纹连接，且可通过触点电性连接。连接杆32的数量可为一根或者多根，多根连接杆32可以相互组接，使连接杆32的整体长度加长，从而实现大深度取芯。连接杆32远离电源通信外接头31的一端具有按压头33，按压头33与月壤取芯传动机构1之间设置有第二弹性件36。在取芯人员按压连接杆32时，连接杆32带动按压头33向下按压，第二弹性件36收缩，连接杆32上的触点和驱动件11上的触点接触，使驱动件11通电，旋转振动块13产生振动，取芯管2开始取芯工作；在取芯人员停止按压或者向上提取整个取芯装置时，第二弹性件36自动回弹，连接杆32上的触点和驱动件11上的触点分离，驱动件11断电，取芯管2停止动作，可以防止取芯管2内的月壤掉落。

可选地，连接杆32和按压头33螺纹连接，连接杆32和按压头33也通过触点电性连接。连接杆32远离电源通信外接头31的一端具有第一正极触点321和第一负极触点322，按压头33用于与连接杆32连接的一端具有第二正极触点331和第二负极触点332，在连接杆32和按压头33连接后，第一正极触点321和第二正极触点331接触导通，第一负极触点322和第二负极触点332接触导通。按压头33上还具有第三正极触点333和第三负极触点334，驱动件11上具有第四正极触点111和第四负极触点112，在按压头33被按压时，第三正极触点333和第四正极触点111接触导通，第三负极触点334和第四负极触点112导通，使按压头33能够与驱动件11导通。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图8，电源连接结构3包括外接电源线34和连接杆35，连接杆35中空设置，连接杆35的一端与月壤取芯传动机构1固定连接，外接电源线34穿过连接杆35的内部至驱动件11，并与驱动件11电性连接。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图9，取芯管2包括管本体21和隔板22，隔板22设置于管本体21的内部，隔板22将管本体21内部的空间分隔成容屑腔24和存芯腔25，存芯腔25用于储存取出的月壤样品，容屑腔24用于收集采样过程中产生的月壤废屑，容屑腔24的底部设置有连接头23，连接头23用于与旋转振动块13连接，连接头23上可设置螺纹，使连接头23和旋转振动块13螺纹连接。容屑腔24的侧壁开设有贯穿取芯管2的流屑孔26，使容屑腔24内的月壤能够排出。流屑孔26的形状和数量此处不作限定。

可选地，取芯管2远离旋转振动块13的一端具有切割齿27，使得旋转振动块13旋转时能够快速切割月壤，使月壤进入取芯管2内。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图6及图10，电源连接结构3的外径、月壤取芯传动机构1的外径均小于取芯管2的外径。这样，在取芯过程中，只有取芯管2与月壤直接接触，降低了摩擦损耗。月壤取芯传动机构1设置在井下作业，并和取芯管2紧密相连，可有效减少力在传递过程的损失。

需要说明的是，本发明中的月壤取芯传动机构1和仿洛阳铲式月壤取芯装置不仅可与用于月壤取芯，还可以用于其他星球的土壤取芯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。