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绳索取芯式海底钻探采样机构设计与运动规划

绳索取芯式海底钻探采样机构设计与运动规划

作者：晁超越广东工业大学

学位级别：硕士

随着陆地资源日渐短缺,为了获得更多的资源以满足发展需要,人类需要进行海底资源的探索。受到海底极端环境的制约,人类无法直接潜入海底进行采样探测,因此海底钻探采样装备应运而生。其通过多机构之间的协调配合,实现多根钻管芯管之间... 详细信息

随着陆地资源日渐短缺,为了获得更多的资源以满足发展需要,人类需要进行海底资源的探索。受到海底极端环境的制约,人类无法直接潜入海底进行采样探测,因此海底钻探采样装备应运而生。其通过多机构之间的协调配合,实现多根钻管芯管之间的对接,从而自主完成海底土壤的采样与勘探任务。本文针对海底钻探采样作业需求,提出了一种绳索取芯式海底钻探采样机构的设计方法,设计并研制了一套海底钻探采样机构样机,主要的工作如下:海底钻探采样机构的功能分解和方案设计。对海底钻探采样作业流程进行了分析,梳理了采样过程中所需要的各项功能,并对这些功能进行了分解。根据各项功能对应机构的自由度进行了功能划分,并详细分析了这些机构的功能实现。根据机构的功能划分,提出了机构的方案设计,通过对多种传动机构方案进行分析比较,最终确定了适合海底钻探采样环境的各机构最优设计方案。海底钻探采样机构构型设计。基于机构的功能划分,设计出了六种机构的具体构型,机构主要有:钻进驱动机构、钻管存储机构、钻管操作机构、钻管抱紧机构、钻具系统和芯管操作机构。确定了各机构之间的相互关系,并规划机构布局,将各机构组合成了一个整体。各机构在海底钻探采样作业流程中相互配合以完成预期功能,获得了一套完整的海底钻探采样机构构型设计。海底钻探采样机构运动分析。根据本文中的海底钻探采样机构的构型设计,对各机构各部分运动的关键运动参数和运动空间进行了分析。对机构运动和力的传递过程进行了详细分解,根据机构的设计构型和传动方式进行了关键参数计算公式的分析和推导。根据电机选型计算了机构实际可以达到的关键参数的最大数值,通过这些指标评价机构方案的可行性和有效性。海底钻探采样机构运动规划。为了顺利完成多钻管钻进策略下的海底钻探采样作业,需要根据各机构的运动分析,进行各机构的运动规划。针对不同机构的不同运动方式,对钻管和芯管的操作进行了运动设计,使其满足功能需求。基于整体运动的实现过程,通过有序执行各机构每一项运动,以及循环执行某些动作,实现了在多钻管钻进策略下的完整海底钻探采样流程。海底钻探采样机构样机研制及试验验证。搭建了试验样机和试验环境,设计了运动控制系统,通过试验验证了海底钻探采样机构的有效性,在试验中找到机构设计上的不足之处,再对其进行修改以满足海底钻探采样需求。基于上述工作,获得了海底钻探采样机构的机构构型设计,并研制出了试验样机。通过对各机构的运动分析以及运动规划,并进行了实验的验证,证明了该机构能有效完成海底钻探采样的功能。基于本文内容可以进一步优化机构构型,并使机构智能化,实现更高效的钻进采样功能。

关键词：海底钻探机构设计运动规划运动分析绳索取芯

关于在海底钻探设备中采用水力输送岩心的可能性

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探矿工程译丛 1996年第3期 58-62页

作者： К.,ВА 杨凯华

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介绍法国几种海底钻探设备与方法

勘探技术 1973年第2期 45-46页

作者：刘广志

近年来，勘探海底固体矿产资源的活动，迅速发展，特别是一些资本主义国家，为了争夺大陆架边缘以及远洋深海海底丰盛富集的固体矿产，了解海底地质构造、矿物学、生态学和海底岩石的物理力学特性，作了不少海底考察、勘探工作。

关键词：海底固体矿产取心钻机岩心管取心钻具海底钻探法国法兰西共和国

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水曜海山的海底钻探

海洋地质动态 2006年第5期22卷 18-19页

作者：张守本

大洋钻探计划(ODP)在加拿大西海岸的Middle Valley热液体系应用'JOIDES Resolution'号钻探船,成功地进行了钻探调查.由于装置的限制,这次钻探只能在海底下10 m至100 m之间采取岩心,对海底下几米至10 m之间取心存在一定的困难.而在此区... 详细信息

大洋钻探计划(ODP)在加拿大西海岸的Middle Valley热液体系应用'JOIDES Resolution'号钻探船,成功地进行了钻探调查.由于装置的限制,这次钻探只能在海底下10 m至100 m之间采取岩心,对海底下几米至10 m之间取心存在一定的困难.而在此区间恰好存在着热液矿物的沉淀和各种生物.为开发这些海底资源,就要对在此区间提取的岩心和泥心进行研究.为此,这次钻探调查改用新型海底钻探装置BMS(Boring Machine System).在BMS装置中设置有水中照像机,以便找到热液喷出口钻探目标,待BMS在目标周围着底后即可钻探.当前,日本石油天然气金属矿资源机构的BMS利用海底和第2白岭丸调查船通过光-动力复合电缆进行信息交换和动力供给.这是世界上惟一能在海底下取心的装置.1997年以来,金属矿事业团和深海技术开发株式会社(DORD)等应用BMS在小笠原海域水曜海山海底热液体系进行过海底矿物资源评价和钻探.2001和2002年,'海底热液体系生物和地质相互作用国际合作研究'课题应用第2白岭丸和BMS在上述热液体系的喷出口周边进行钻探,获得了重要的地质资料.

关键词：海底钻探海山大洋钻探计划钻探装置热液体系热液矿物海底资源取岩心水西海岸

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科学家海底钻探1.4公里首次触及地震带

地质装备 2008年第4期9卷 6-7页

据英国广播公司(BBC)报道,在日本附近的一个地震发生区,科学家正在上演一项雄心勃勃的计划,向震区下方进行钻探.这项名为'南海海槽地震区试验'(NanTroSEIZE)的计划已经完成第一步.按照计划,科学家在海底上钻出一些1.4公里深的孔,进而创... 详细信息

据英国广播公司(BBC)报道,在日本附近的一个地震发生区,科学家正在上演一项雄心勃勃的计划,向震区下方进行钻探.这项名为'南海海槽地震区试验'(NanTroSEIZE)的计划已经完成第一步.按照计划,科学家在海底上钻出一些1.4公里深的孔,进而创建有关震区内部压力的3D图像.

关键词：海底钻探科学家地震带公里英国广播公司地震区南海海槽 3D图像

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30名科学家向海底钻探

台声 2016年第2期 13-13页

2015年12月26日,来自美国、英国、中国等12个国家的30名科学家,乘坐"决心"号大洋钻探船在西南印度洋中脊"亚特兰蒂斯浅滩"开展旨在打穿地球壳幔边界的大洋钻探,截至28日已向海底钻探近300米。新钻取的岩芯主要为辉长岩。辉长岩是一种粗... 详细信息

2015年12月26日,来自美国、英国、中国等12个国家的30名科学家,乘坐"决心"号大洋钻探船在西南印度洋中脊"亚特兰蒂斯浅滩"开展旨在打穿地球壳幔边界的大洋钻探,截至28日已向海底钻探近300米。新钻取的岩芯主要为辉长岩。辉长岩是一种粗粒结晶结构的岩浆岩,主要由单斜

关键词：海底钻探辉长岩基性岩大洋钻探

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日创海底钻探新纪录

品牌与标准化 2012年第9期 7-7页

日本海洋研究开发机构“地球”号深海探测船在宫城县近海钻探到了海面以下7740米深处，刷新了海底钻探的世界纪录。据介绍，“地球”号深海探测船在宫城县牡鹿半岛外220公里的海域执行任务，帮助探明东日本大地震的发生机制。研究人员... 详细信息

日本海洋研究开发机构“地球”号深海探测船在宫城县近海钻探到了海面以下7740米深处，刷新了海底钻探的世界纪录。据介绍，“地球”号深海探测船在宫城县牡鹿半岛外220公里的海域执行任务，帮助探明东日本大地震的发生机制。研究人员向水深6883．5米的海底插入钻头，并向下钻探了856．5米，总的深度就达到7740米。

关键词：日本海洋研究开发机构 "地球"号深海探测船海底钻探地震勘查