螺旋栅格式防卡滞密封结构的制作方法

本发明属于采样探测领域，特别是涉及一种螺旋栅格式防卡滞密封结构。
背景技术：
：随地球资源的超负荷开发，环境污染、资源匮乏、能源升值等问题难以解决，如何获取、使用新能源成为了人类历史上遇到的最严峻的问题。早在二十世纪中期，美国苏联就发现月球上拥有大量可利用资源，尤其是氦-3，该能源可作为无污染核聚变燃料且地球储量极少，基于可持续发展与经济性条件，进行月球探测、月壤采集对我国的发展很有必要。目前中国未曾完整实现过全自动星壤钻取采样工作，这对月壤资源信息获取、资源分析产生了很大难度。中国探月工程三期于2011年立项，目标是实现月面无人采样返回。其中获取原态月壤的钻具回转冲击钻进方法的研究是目前预研的重要组成，在地面模拟月壤钻探过程中发现在取芯钻头与取样外护管之间存在间隙型滑动配合（即相对回转又相对移动）。由于向下钻取过程中，月壤散粒体体内一直存在一定内压，导致土壤流一部分向取样外护管与钻头之间的间隙侵占，且取样外护管进行上下串动，土块会经过周期性挤压，在这个过程中会有土壤颗粒进入间隙导致回转卡滞、卡死现象。若钻取采样机构出现故障，直接影响整个任务的成败，造成大量经济损失。由于国家自主研制的采样机构与国外有一定差距，钻取工况也有不同，故在分析国内外类似问题并无解决办法的前提下，以钻井机制为基础提出新型功能界面——螺旋栅格式防卡滞密封结构。其目的是在不完全密封的前提下通过功能界面的动态排屑功能缓解间隙进土现象，在一定工作时间内严格保证卡滞卡死现象不发生。该功能界面可拓展至其他回转移动副工况。技术实现要素：为了解决技术背景存在的问题，本发明的目的在于提供一种不需添加密封件的密封用功能界面，其针对于无法完全密封的回转移动副工况。本发明所采取的技术方案是：螺旋栅格式防卡滞密封结构，包括：取样外护管轴端及取芯钻头端，取芯钻头端为中空结构，取芯钻头端内设有取样外护管轴端，取芯钻头端与取样外护管轴端间隙滑动配合，所述取样外护管轴端外表面加工有螺纹，所述取芯钻头端内表面加工有沟槽形成栅格，或者取芯钻头端内表面加工有滚花。本发明的有益效果在于：1.本发明与传统密封形式相比具有不需添加密封件，密封特性良好、环境适应性强、密封间隙不敏感等优点。因此，本发明一方面可以降低月壤钻探过程中回转移动副卡滞卡死的几率；另一方面，航天器搭载时不需重新提出质量要求，本发明不仅能大大提高钻探安全性，避免工程失败造成大量经济损失。2.本发明具有优良的密封特性，取芯钻头端与取样外护管轴端外表面的浅槽多头矩形螺纹相对回转，可实时的对土壤流或单个土壤颗粒施加向下的挤压力，结合回转过程中土壤粒子间相互作用，将侵入粒子全部排出回转密封区域，近似达到绝对密封。3.本发明的浅槽多头矩形螺纹与栅格或者滚花部分间存在一定间隙（较传统密封大），当间隙内进入大颗粒尘土时，原理上不存在卡滞、卡死现象。且螺旋滚花式密封可提供瞬时反转保护措施，防止反转产生不良效果。4.使用传统密封仅在一定间隙条件下可实现相对良好的密封状态，而一旦改变间隙密封参数，密封效果将大幅下降无法满足技术要求。且钻具产生的瞬时高温由于无法及时扩散时，会使取样外护管产生热胀改变间隙量，发生卡滞卡死，当取芯钻头端部件存在一定频率震荡导致取样外护管轴端与取芯钻头端不对心改变间隙量时，螺旋栅格式防卡滞密封具有的间隙不敏感特性，可为钻取提供一定保障。附图说明图1：本发明主视图；图2：图1的取样外护管轴端结构示意图；图3：图1的取芯钻头端结构示意图；图4：本发明工作时土壤流动状态图；其中：1-取样外护管轴端；2-取芯钻头端。具体实施方式如图1~图4所示，螺旋栅格式防卡滞密封结构，包括：取样外护管轴端1及取芯钻头端2，取芯钻头端2为中空结构，取芯钻头端2内设有取样外护管轴端1，取芯钻头端2与取样外护管轴端1间隙滑动配合，所述取样外护管轴端1外表面加工有螺纹，所述取芯钻头端2内表面加工有沟槽形成栅格，或者取芯钻头端2内表面加工有滚花。所述取样管外护管轴端1外表面的螺纹大径与取芯钻头端2内表面的栅格内径间留有0.05-0.2mm的间隙，或者取样管外护管轴端1外表面的螺纹大径与取芯钻头端2内表面的滚花内径间留有0.05-0.2mm的间隙。所述取样管外护管轴端1外表面加工的螺纹为浅槽多头矩形螺纹。所述浅槽多头矩形螺纹的槽深为0.1-0.5mm。所述槽深与间隙比为2-5之间，其中槽深与间隙比优选为0.7，槽深为0.2-0.35mm；所述取芯钻头端2的栅格格深为0.1-0.5mm。取芯钻头端2内表面须耐磨处理且表面粗糙度ra3.2以下。取样外护管轴端1外表面的浅槽多头矩形螺纹，需针对不同工况调整螺纹头数、螺纹导程、槽深、槽宽比、槽倾斜角等参数，其目的是提供土壤颗粒在密封间隙内的运输通道。取芯钻头端2的栅格或者滚花使取芯钻头端2内表面粗糙并可对间隙内颗粒产生带动效果，进而实现动态排土功能。其可变技术参数有：栅格宽度、栅格数量、栅格深度（栅格型）或者滚花模数（滚花型）。本发明适用于轴孔配合的机构，特别是主要针对工况为钻取过程中的回转移动副工况，即轴孔配合处的取样外护管轴端1为周期性振动（土壤流动性较大且有内压）或固定不运动，取芯钻头端2运动为单向纯回转运动，也可适应瞬时反转工况。通过实验发现栅格型的取芯钻头端2加工方便、精度较易控制，而滚花型的取芯钻头端2使用效果较好且可适应顺势反转工况，能保证较优密封状态。针对不同工况，须先对滚花型及栅格型取芯钻头端2表面进行选择，再选择合适的螺旋参数及栅格/滚花参数。在嫦娥五号月壤钻取机构地面解耦性实验样件的钻头与内部护管间采用了本发明的螺旋栅格式防卡滞密封结构，其试验件如图2所示。为确保探月钻取过程中不发生卡滞卡死现象，对取芯钻头和取样外护管间隙进行有一定土压力的解耦型实验，以钻井机制为基础，通过对钻取向外排土的联想，提出了在密封间隙内产生动态的土壤排屑流，进而达到类似的绝对密封效果。同时由于排屑流的产生放宽了对间隙值的限制，使新式发明的螺旋栅格式防卡滞密封结构内的间隙值可以比传统密封间隙大，且可较好的适应由于振动、内应力因素影响导致的不对心。通过一系列实验调整本发明的螺旋栅格式防卡滞密封结构的技术参数，可明显的改善钻取过程的卡滞卡死现象且漏土量也被限制在一定可接受范围内。一组合理的技术参数如下表：表一一组合理的螺旋栅格防卡滞密封结构技术参数螺纹导程螺纹头数螺纹槽深螺纹升角螺纹区长度滚花模数8mm60.2mm20°8mm0.5mm以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12