一种螺杆伸缩推杆及其移位伸缩结构

1.本实用新型涉及岩体原位力学研究技术领域，更具体地，涉及一种螺杆伸缩推杆及其移位伸缩结构。


背景技术：

2.随着浅部资源的逐渐枯竭，深部资源的开采逐渐受到重视，探索和发展深部原位岩石力学理论和测试技术是实现向深部开采的重要基础和关键支撑，而岩石的原位力学行为与其所处的原位压力环境密切相关，目前国际上使用深钻获取的“普通岩芯”与所处深部原位环境无关，故无法反映岩石所处的环境的原位力学性质。在实际岩石工程中，随着深度增加，岩石物理力学参数并非常数，而是随着深度增加呈线性变化，甚至是非线性关系。
3.移位取芯过程的原位环境损失将导致岩芯的理化性质和力学性质失真且不可逆转，其攻关的核心与关键是如何获取深部环境条件下的原位岩芯，并在原位保真状态下进行加载测试与分析。由于地底压力高达140mpa，温度150℃，需要重构地底压力环境，这就对舱体、阀门、法兰接头、螺钉等零部件的强度、耐高温性提出了非常高的要求，也对整个模拟舱的温度、压力等参数的控制也提出了高标准，整个模拟舱的安全性的要求也非常高。而采集的岩芯需要保持深部真实状态移送到后续舱体，需要在狭小的管道内将岩芯移位到固定位置。
4.目前现有伸缩推杆技术主要有这几种：一种为电磁驱动的液压伸缩推杆，这种主要通过电磁效应实现推杆的伸缩，即非导磁材料的电磁内杆和电磁外杆之间使用弓形导轨嵌套形成长度可调空间，将多个电磁单元放在其中实现伸缩，主要特点是节能环保、没有易损部件，实用效果不错；另一种为通过电机驱动齿轮和螺杆实现的伸缩推杆，利用机械能转化成往复运动的设备，行程有限，需要限位开关来控制伸止点和缩止点，以防过载；另一种气动推杆本身不带动力机构，需要使用气泵和油泵，通过阀门和管道连接，使之做往复运行。
5.对于高温(150℃)高压(140mpa)工况下，以上的常规伸缩推杆难以保证其工作强度及其需求，且在超高压高温容器内，由于高温高压的工况、严格的密封要求以及成本因素的限制，高温高压容器内部空间一般设计得比较短小，难以在较短的舱体尺寸内实现大距离的传输。
6.现有技术如一种多级管形直线电动推杆，包括中空套筒，中空套筒内安装有电机和减速器，与减速器输出轴转动连接的第一螺杆、第一螺母及套设于第一螺杆且与第一螺母固定连接的第一中空套管，第一中空套管内还设有连接套、与连接套固定连接的第二螺杆、与第二螺杆螺纹连接的第二螺母及套设于第二螺杆且与第二螺母固定连接的第二空套管，连接套套设于第一螺杆并通过轴承与第一中空套管活动连接，第二螺杆套设于第一螺杆并通过底螺杆输出的末端的花键套与第一螺杆传动连接，该多级管形直线电动推杆虽然可实现多级传动功能，但是整体结构设置复杂，故障率高，且传送效率低，使用不便。


技术实现要素：

7.本实用新型为克服上述现有技术中存在的现有伸缩推杆整体结构设置复杂，传动效率低，无法满足深部岩石移位取芯需求的技术问题，提供一种结构设置简单，传送效率高，可在较短的空间内实现大距离传动的螺杆伸缩推杆及其移位伸缩结构。
8.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种螺杆伸缩推杆，包括呈空心结构的三级伸缩立轴、一级丝杆、一级套筒及基础套筒；所述三级伸缩立轴内螺纹连接有空心的二级丝杆；所述三级伸缩立轴转动套接于所述一级套筒内，所述一级套筒滑动套接于所述基础套筒内；所述一级丝杆包括套筒部和固定设于所述套筒部内的螺纹杆部；所述螺纹杆部螺纹连接于所述二级丝杆的内部；所述套筒部滑动套接于所述三级伸缩立轴和一级套筒之间，所述套筒部与所述一级套筒之间设有用于防止所述套筒部转动的第一转动限制结构；所述套筒部与所述一级套筒之间设有可使得套筒部和一级套筒抵接配合的第一抵接结构；所述螺纹杆部的端部设有用于限制所述螺纹杆部从二级丝杆内移动脱出的第一限位部；所述二级丝杆的端部设有用于限制所述二级丝杆从所述三级伸缩立轴内移动脱出的第二限位部。
9.本实用新型使用时将基础套筒固定在相应位置处，并将三级伸缩立轴与电机电性连接，通过电机带动三级伸缩立轴进行转动，伸展过程中，三级伸缩立轴在电机的带动下进行转动，由于三级伸缩立轴与二级丝杆螺纹连接，三级伸缩立轴可将传动力传给二级丝杆，又由于二级丝杆与螺纹杆部螺纹连接，二级丝杆可将传动力传动给一级丝杆，在第一转动限制结构的限制转动作用下，一级丝杆无法转动，因而螺纹杆部带动套筒部沿二级丝杆的轴向方向向外移动伸展出去，当螺纹杆部上的第一限位部移动至二级丝杆上的相应位置处时，螺纹杆部无法继续向外移动，此时螺纹杆部和套筒部一同停止移动，由于二级丝杆无法将力传递给一级丝杆，二级丝杆在三级伸缩立轴的带动下边转动边沿三级伸缩立轴的轴向向外移动，当二级丝杆上的第二限位部移动至三级伸缩立轴的相应位置处时，二级丝杆无法继续移动，此时二级丝杆重新套设在螺纹杆部上，使得螺纹杆部又可继续向外移动，同时在第一抵接结构的配合下，套筒部带动一级套筒一同向外移动，当螺纹杆部上的第一限位部再次移动至二级丝杆上的相应位置处，螺纹杆部、套筒部及一级套筒均停止移动，至此螺杆伸缩推杆达到最大伸展。
10.本实用新型整体结构设置简单，占用空间小，三级伸缩立轴与二级丝杆螺纹连接，螺纹杆部与二级丝杆螺纹连接，通过螺纹连接的方式不仅能够保证连接的稳固性和可靠性，同时，在三级伸缩立轴转动带动下，一级丝杆和二级丝杆均可向外移动伸展开来，其伸缩方式不同于现有常规的伸缩推杆结构的伸缩方式，传动方式简单，传动效率高。
11.优选的，所述三级伸缩立轴的一端连接有联轴器；所述三级伸缩立轴的另一端内部设有与所述二级丝杆螺纹连接的第二内螺纹部。
12.优选的，所述第二限位部设置在所述二级丝杆一端，且外表面为光滑设置；所述二级丝杆的另一端内部设有与所述螺纹杆部螺纹连接的第一内螺纹部。
13.优选的，所述螺纹杆部的两端均设有第一限位部；所述第一限位部的外表面为光滑设置。
14.优选的，所述第一抵接结构包括第一凸环和可与所述第一凸环相抵接的第一套环；所述第一凸环设于所述一级套筒的一端内部；所述第一套环设于所述套筒部的一端外
部。当套筒部上的第一套环抵接在一级套筒内的第一凸环上时，套筒部可带动一级套筒一同移动。
15.优选的，所述第一转动限制结构包括沿所述第一凸环轴向方向设于所述第一凸环内壁的第一限位凹槽和可插接至所述第一限位凹槽内的第一限位条；所述第一限位条沿所述套筒部的轴向方向设于所述套筒部的外壁。套筒部外壁的第一限位条插接在第一凸环上的第一限位凹槽内，可限制套筒部的周向转动。
16.优选的，所述一级套筒与所述基础套筒之间设有用于防止所述一级套筒转动的第二转动限制结构。
17.优选的，所述一级套筒与所述基础套筒之间设有可使得一级套筒和基础套筒抵接配合的第二抵接结构。
18.优选的，所述三级伸缩立轴的一端通过连接轴与所述联轴器相连接；所述基础套筒的另一端可拆卸连接有端盖；所述端盖活动套设于所述连接轴上。
19.一种移位伸缩结构，包括上述螺杆伸缩推杆、推杆舱体、传送舱体及取芯舱体；所述传送舱体的一端与所述推杆舱体相连通；另一端与所述取芯舱体相连通；所述螺杆伸缩推杆装设于所述推杆舱体内。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.1)本实用新型螺杆伸缩推杆整体结构设置简单，占用空间小，伸展后不仅可实现距离上的增程，同时也可在作用力上实现增倍，可实现在较短舱体尺寸内大距离传动，适用范围非常广泛；
22.2)本实用新型螺杆伸缩推杆的伸缩方式不同于现有常规的伸缩推杆结构的伸缩方式，传动效率高、传动时间短，极大程度提高了工作整体效率，使用非常方便。
附图说明
23.图1是本实用新型螺杆伸缩推杆的内部结构示意图；
24.图2是本实用新型螺杆伸缩推杆的部分结构示意图；
25.图3是本实用新型螺杆伸缩推杆中一级丝杆伸展出来的部分结构示意图；
26.图4是图1中a处的放大图；
27.图5是图1中b处的放大图；
28.图6是本实用新型螺杆伸缩推杆中二级丝杆的结构示意图；
29.图7是本实用新型螺杆伸缩推杆中二级丝杆的内部结构示意图；
30.图8是本实用新型螺杆伸缩推杆中三级伸缩立轴的结构示意图；
31.图9是本实用新型螺杆伸缩推杆中三级伸缩立轴的内部结构示意图；
32.图10是本实用新型螺杆伸缩推杆中一级丝杆的结构示意图；
33.图11是本实用新型螺杆伸缩推杆中一级丝杆的内部结构示意图；
34.图12是图11中c处的放大图；
35.图13是图11中d处的放大图；
36.图14是本实用新型螺杆伸缩推杆中一级套筒的结构示意图；
37.图15是本实用新型螺杆伸缩推杆中一级套筒的内部结构示意图；
38.图16是本实用新型螺杆伸缩推杆中基础套筒的结构示意图；
39.图17是本实用新型螺杆伸缩推杆中基础套筒的内部结构示意图；
40.图18是本实用新型螺杆伸缩推杆中抓取结构的结构示意图；
41.图19是本实用新型螺杆伸缩推杆处于伸展状态的结构示意图；
42.图20是图19中e处的放大图；
43.图21是图19中f处的放大图；
44.图22是本实用新型螺杆伸缩推杆中端盖的结构示意图；
45.图23是本实用新型移位伸缩结构的结构示意图；
46.图24是本实用新型移位伸缩结构未画出推杆舱体的结构示意图。
47.附图中：1-二级丝杆；11-第二限位部；12-第一内螺纹部；2-三级伸缩立轴；21-联轴器；22-连接轴；23-第二内螺纹部；3-一级丝杆；31-套筒部；32-螺纹杆部；321-第一限位部；33-第一套环；4-一级套筒；41-第一凸环；42-第二套环；5-基础套筒；51-第二凸环；52-端盖；6-第一转动限制结构；61-第一限位凹槽；62-第一限位条；7-第二转动限制结构；71-第二限位凹槽；72-第二限位条；8-抓取结构；81-连接头；82-摆动件；91-第三限位条；92-第三限位凹槽；10-螺杆伸缩推杆；101-推杆舱体；102-传送舱体；103-取芯舱体；104-第一固定底座；105-第二固定底座；106-密封电磁阀；107-支撑座。
具体实施方式
48.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
49.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
50.下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：
51.实施例1
52.如图1-图21为一种螺杆伸缩推杆的实施例，包括二级丝杆1、三级伸缩立轴2、一级丝杆3、一级套筒4及基础套筒5。
53.其中三级伸缩立轴2转动套接于一级套筒4内，具体的，三级伸缩立轴2为空心轴，三级伸缩立轴2与联轴器21相连接，联轴器21与驱动源相连接，驱动源可选用电机，附图中并未将电机画出，电机工作时通过联轴器21带动三级伸缩立轴2转动。
54.三级伸缩立轴2的外表面为光滑设置，三级伸缩立轴2远离联轴器21的一端的内壁表面设置有第二内螺纹部23，三级伸缩立轴2的内壁表面的其他位置均为光滑设置。
55.其中二级丝杆1螺纹连接于三级伸缩立轴2的内部，具体的，二级丝杆1为外表面设有螺纹的空心螺杆，二级丝杆1的一端外部设有第二限位部11，第二限位部11的外表面为光
滑设置，二级丝杆1的另一端的内部设有第一内螺纹部12，二级丝杆1的内壁表面的其他位置均为光滑设置。当二级丝杆1完全缩回在三级伸缩立轴2内时，设有第二限位部11的二级丝杆1的一端位于三级伸缩立轴2连接有联轴器21的一端的相应位置处。当二级丝杆1上的第二限位部11移动至三级伸缩立轴2内的第二螺纹部23处时，一方面第二限位部11无法与第二内螺纹部23螺纹配合，另一方面第二限位部11可抵接至第二内螺纹部23上，可有效限制二级丝杆1的移动，进而可防止二级丝杆1从三级伸缩立轴2内移动脱出。
56.其中一级丝杆3包括套筒部31和螺纹杆部32，其中套筒部31为一端开口的圆筒，螺纹杆部32固定设于套筒部31的内部，且螺纹杆部32与套筒部31的轴线相重合。
57.其中螺纹杆部32的外表面设有螺纹，螺纹杆部32螺纹连接于二级丝杆1的内部，即螺纹杆部32外表面的螺纹与二级丝杆1上的第一内螺纹部12螺纹连接，其中螺纹杆部32的两端外部均设有第一限位部321，第一限位部321的外表面为光滑设置，第一限位部321的轴向长度为10mm，当第一限位部321移动至二级丝杆1的第一内螺纹部12处时，一方面第一限位部321无法与第一内螺纹部12螺纹配合，另一方面第一限位部321可抵接至第一内螺纹部12上，可有效限制螺纹杆部32的移动，进而可防止螺纹杆部32从二级丝杆1内移动脱出。
58.其中套筒部31滑动套接于三级伸缩立轴2和一级套筒4之间，且一级套筒4与套筒部31之间设有可使得套筒部31与一级套筒4抵接配合的第一抵接结构，具体的，第一抵接结构包括第一凸环41和第一套环33，第一套环33固定套设在套筒部31的开口端外部，第一凸环41设置在一级套筒4的一端内部，第一套环33可抵接在第一凸环41上，当第一套环33抵接在第一凸环41上时，套筒部31无法继续向外移动。
59.套筒部31的外壁与一级套筒4之间设有用于防止套筒部31转动的第一转动限制结构6，具体的，第一转动限制结构6包括第一限位凹槽61和第一限位条62，其中第一限位凹槽61沿第一凸环41的轴向设置在第一凸环41上的内壁上，第一限位条62沿套筒部31的轴向设置在套筒部31外壁上，第一限位条62插接在第一限位凹槽61内，这样设置使得套筒部31只能沿着一级套筒4的轴向做直线运动，而无法进行转动。
60.作为优选的方案，第一限位凹槽61设置若干个，若干个第一限位凹槽61沿第二凸环41的周向间隔均匀的分布在第一凸环41的内壁上。其中第一限位条62设置若干个，若干个第一限位条62沿套筒部31的周向间隔均匀的分布在套筒部31的外壁上。
61.优选的，其中第一套环33的外壁设有第三限位条91，一级套筒4的内壁设有第三限位凹槽92，第三限位条91插接在第三限位凹槽92内，这样设置可进一步提高套筒部31在一级套筒4内移动的稳固性。其中第三限位条91设置若干个，若干个第三限位条91沿第一套环33的周向间隔均匀的分布在第一套环33上，其中第三限位凹槽92设置若干个，若干个第三限位凹槽92沿一级套筒4的周向间隔均匀的分布在一级套筒4的内壁上。
62.其中一级套筒4滑动套接于基础套筒5内，基础套筒5与一级套筒4之间设有可使得基础套筒5与一级套筒4抵接配合的第二抵接结构，具体的，第二抵接结构包括第二凸环51和第二套环42，其中第二凸环51设置在基础套筒5的一端内部，第二套环42设置在一级套筒4的另一端外部，第二套环42可抵接在第二凸环51上，当第二套环42抵接在第二凸环51上时，一级套筒4无法继续向外移动。
63.其中基础套筒5与一级套筒4之间设有第二转动限制结构7，第二转动限制结构7用于防止一级套筒4转动，具体的，第二转动限制结构7包括第二限位凹槽71和第二限位条72，
第二限位凹槽71沿第二凸环51的轴向设置在第二凸环51的内壁上，第二限位条72沿一级套筒4的轴向设置在一级套筒4的外壁上，第二限位条72插接在第一限位凹槽71内，这样设置使得一级套筒4只能沿着基础套筒5的轴向做直线运动，而无法周转动。
64.作为优选的方案，其中第二限位凹槽71设置若干个，若干个第一限位凹槽71沿着第一凸环51的周向间隔均匀的分布在第二凸环51的内壁上，其中第二限位条72设置若干个，第二限位条72沿着一级套筒4的周向间隔均匀的设置在一级套筒4的外壁上。
65.套筒部31的一端为开口端，而套筒部31的另一端则连接有抓取结构8，抓取结构8可对岩芯进行抓取，并对岩芯进行移位，具体的，抓取结构8包括连接头81和若干个摆动件82，其中连接头81为筒件结构，连接头81固定在一级丝杆3的端部，若干个摆动件82沿连接头81周向方向间隔均匀的设置在连接头81的内壁上，摆动件82朝向一级丝杆3所在的一端，摆动件82通过弹簧连接在连接头81上，摆动件82可在外力的挤压作用下进行摆动，通过若干个摆动件82形成的抓手来对岩芯进行抓取固定。
66.本实用新型的具体工作原理为：伸展过程中，电机通过联轴器21、连接轴22带动三级伸缩立轴2转动，三级伸缩立轴2通过第二内螺纹部23传动力给二级丝杆1外壁的螺纹，二级丝杆1再通过第一内螺纹部12传动力给螺纹杆部32外壁的螺纹，在第一转动限制结构6和第二转动限制结构7的限位转动下，一级丝杆3沿二级丝杆1的轴向向外移动伸展出去，当螺纹杆部32上的第一限位部321移动至二级丝杆1的第一内螺纹12处时，螺纹杆部32和套筒部31均停止移动，同时套筒部31上的第一套环33抵接在一级套筒4上的第一凸环41。
67.此时二级丝杆1无法将力传递给一级丝杆3，二级丝杆1在三级伸缩立轴2的第二内螺纹部23的带动下边转动边向外移动，当二级丝杆1的第二限位部11移动至三级伸缩立轴2的第二内螺纹部23处时停止移动。
68.而二级丝杆1又可重新将力传递给螺纹杆部32，螺纹杆部32带动套筒部31一同向外移动，同时套筒部31带动一级套筒4一同向外移动，而当螺纹杆部32上的第一限位部321再次移动至第一内螺纹12处时，螺纹杆部32、套筒部31及一级套筒4均停止移动，而一级套筒4的第二套环42抵接在基础套筒5上的第二凸环51上时，此时整个螺纹伸缩推杆完成全部伸展过程，达到最大伸展。
69.其中三级伸缩立轴2在整个三级移动结构伸展过程中是具有支撑和传递力矩的作用，二级丝杆1的外壁螺纹和第一内螺纹部12的设置可将来自三级伸缩立轴2的传动带动一级丝杆3传动出去，其中基础套筒5和一级套筒4分别起着保护三级伸缩立轴2和二级丝杆1的作用，第一转动限制结构6、第二转动限制结构7、第二凸环51和第二套环42以及第一凸环41和第一套环33的设置起着限制旋转和带动移动的作用。
70.回缩过程具体为：电机反转通过联轴器21带动三级伸缩立轴2反向转动，三级伸缩立轴2通过第二内螺纹部23将反向旋转传动力给二级丝杆1外壁的螺纹，率先把二级丝杆1反向带动回缩，同时由于伸展限位时二级丝杆1的第一内螺纹部12与一级丝杆3的螺纹杆部32外壁的端部螺纹相对齐，因此二级丝杆1回缩的同时会带动一级丝杆3一同回缩，当二级丝杆1回缩达到限位，此时力通过二级丝杆1上的第一内螺纹部12和螺纹杆部32外壁的螺纹传递给一级丝杆3，一级丝杆3继续进行回缩，而此时的力是通过三级伸缩立轴2和二级丝杆1螺纹传递的，一级丝杆3带动一级套筒4一同回缩，当一级套筒4回缩到三级伸缩立轴2的端部达到限位，此时整体螺杆伸缩推杆完成三个全部回缩过程。
71.与现有常规电机驱动齿轮和推杆实现的伸缩推杆结构相比，本实用新型是基于联轴器21和三级伸缩立轴2的三级伸缩螺杆移位结构，对一级丝杆3、二级丝杆1及三级伸缩立轴2上的螺纹均进行了精细化设计，可以保证在高温(150℃)高压(140mpa)工况下的工作强度及其需求，与此同时，伸展过后的螺杆伸缩推杆不仅在距离上实现了增程，同时也在作用力上实现了增倍，最主要是降低了传动时间，提高了传送效率，可实现在较短的舱体尺寸内大距离的传动。另外本实用新型也可根据实际工况的不同伸缩需求对伸缩中的三级伸缩立轴2进行力矩控制，通过电机提供力矩大小进行相应调整以实现不同的情况下的伸缩需求，也可根据实际工况的不同伸缩需求对三级伸缩立轴2部分的螺纹距离进行控制，使得螺杆伸缩推杆以实现不同情况下的伸缩需求。
72.实施例2
73.本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中三级伸缩立轴2通过连接轴22与联轴器21相连接，如图22所示，基础套筒5的一端可拆卸连接有端盖52，本实施例中端盖52螺接在基础套筒5上，端盖52活动套设于连接轴22上。这样设置便于螺纹伸缩推杆的拆卸组装，使用非常方便。
74.实施例3
75.如图23-图24所示为一种移位伸缩结构的实施例，包括螺杆伸缩推杆10、推杆舱体101、传送舱体102及取芯舱体103；推杆舱体101、传舱体102及取芯舱体103依次相连通，具体的，传送舱体102的一端与推杆舱体101通过第一固定底座104相连通，传动舱体102的另一端与取芯舱体103通过第二固定底座105相连通，本实施例中传动舱体102的两端均通过法兰固定在第一固定底座104和第二固定底座105上，推杆舱体101通过法兰连接在第一固定底座104上，取芯舱体103也通过法兰固定在第二固定底座105上。
76.其中第一固定底座104和第二固定底座105上安装有密封电磁阀106，其中推杆舱体101设有支撑座107，螺杆伸缩推杆10装设于支撑座107内，其中取芯舱体103放置有带有岩芯的取芯工具，取芯工具为现有常规的取芯工具，可将深部岩芯取出即可，在此不对其结构和原理进行赘述。工作时，将螺杆伸缩推杆10全部伸展开来，一级丝杆3端部的抓取结构8可将岩芯抓取固定，当螺杆伸缩推杆10回缩的过程中可实现对岩芯的移位。
77.本实用新型移位伸缩结构可实现狭小空间下的螺杆伸缩结构10的移位伸缩增程释放需求，其中螺杆伸缩结构10整体结构设置简单，占用空间小，可适用于高温高压环境下的岩芯移位。
78.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。