CN103866749A - 一种能取高含水淤泥土的取土器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能取高含水淤泥土的取土器。本发明的目的提供一种能取高含水淤泥土的取土器，以保证土试样不会因水下流质淤泥土含水量高的特性从取样管内掉出。本发明的技术方案：包括活塞盖、活塞套、活塞座和外管，以及外管和阀座，阀座底端连接管靴，活塞套内设有活塞，活塞套上开有腰型槽；活塞座中部开有径向通孔Ⅰ，活塞座内开有连通径向通孔Ⅰ与下端面的轴向螺孔，且在轴向螺孔内螺纹配合一带喇叭口通孔的螺栓Ⅳ，螺栓Ⅳ的喇叭口放置一钢球；外管内设有内管，内管下端与阀座连接；阀座内横置小径贯穿阀座的阀，且在小端面处经轴用挡圈限位；阀小径上开有可与内管和管靴相连通的径向通孔Ⅱ；活塞与阀大端面之间设一连动机构。

Description

一种能取高含水淤泥土的取土器

技术领域

本发明涉及一种取土器，尤其是一种能取高含水淤泥土的取土器。适用于淤泥质土沉积的水塘、湖泊、江河、海上等岩土工程勘察钻孔中的表层原状取土（0～2.0m）。 

背景技术

在有淤泥沉积的水塘以及水流深度的水上钻探中，由于受水深的阻隔，以及水与淤泥交界表层土含水量高的特性，用常规薄壁、真空、活塞等取土器进行取样，很难取到接近原状的土试样，因此在当前许多勘察报告中，存在缺少浅表层土的成果资料。但是随着土力学研究的进一步深入，一些重要工程的勘察报告要求提供水下表层土的物理力学成果，为满足一些特殊勘察工程要求，故需要研制一种能取高含水淤泥土的取土器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、制造方便的能取高含水淤泥土的取土器，以保证取土器离开取土面时，土试样不会因水下流质淤泥土含水量高的特性从取样管内掉出，从而达到取样要求。

本发明所采用的技术方案是：一种能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：所述取土器包括依次螺纹连接的活塞盖、活塞套、活塞座和外管，以及经锁紧螺母螺纹连接的外管和阀座，阀座底端螺纹连接管靴，其中所述活塞套内设有活塞，对应活塞行程范围在活塞套上开有腰型槽；所述活塞座中部开有径向通孔Ⅰ，活塞座内开有连通径向通孔Ⅰ与下端面的轴向螺孔，且在轴向螺孔内螺纹配合一带喇叭口通孔的螺栓Ⅳ，并在螺栓Ⅳ的喇叭口放置一钢球；所述外管内设有内管，该内管下端与阀座螺纹连接；所述阀座内横置小径贯穿阀座的阀，且在小端面处经轴用挡圈限位；所述阀小径上开有可与所述内管和管靴相连通的径向通孔∏；在活塞与阀大端面之间设一可随活塞上下运动实现阀门开关的连动机构。

所述连动机构包括长连杆和短连杆，其中长连杆一端经螺栓I贯穿腰型槽后与活塞下端连接；在阀大端面上、以阀小径直径为孔距制有两个圆心过轴线的螺孔，该两螺孔在阀打开时分别位于顺时针135°位和315°位，所述短连杆经螺栓III固定于该两螺孔上，短连杆的一端经螺栓II和螺母与长连杆的另一端固定。

所述径向通孔Ⅰ有4个，过轴线十字形布置。

在所述阀的大端面顺时针180°～270°之间，开有限位连动机构运动的腰型弧槽，且在所述腰型弧槽内的正6点钟方向处设有定位销。

所述活塞上端套有2个O型密封圈。

在阀小端面中心设有深为10mm、对边尺寸为12mm的内六角孔。

本发明的有益效果是：1、本发明结构简单、操作方便、构思巧妙且非常实用。2、本发明可在高含水流质淤泥质软塑土中，取到接近原状的土试样，满足取样要求。

附图说明

图1、图2为本发明在受压取土状态下打开阀门时的结构示意图。

图3、图4为本发明在受压取土状态后关闭阀门时的结构示意图。

具体实施方式

本实施例为一种能取高含水淤泥土的取土器，该取土器包括从上至下依次经螺纹连接的活塞盖1、活塞套4、活塞座7和外管10，以及经锁紧螺母12螺纹连接的外管10和阀座18，所述阀座18底端内螺纹与管靴19外螺纹连接。其中活塞盖1上端制有与钻杆相连的内螺纹；活塞套4上端外螺纹与活塞盖1连接，活塞套4下端外螺纹与活塞座7上端内螺纹连接，活塞套4内设有可上下运动的活塞3，活塞3上端套有2个O型圈2，对应活塞3运动的行程范围内，在活塞套4上开有腰型槽4-1；所述活塞座7下端外螺纹与外管10上端内螺纹连接，在活塞座7中部开有4个互相连通的径向通孔I7-1，径向通孔I7-1过轴线十字形布置，可用来排水，活塞座7内开有连通径向通孔I7-1与活塞座7下端面的轴向螺孔，在轴向螺孔内螺纹配合安装一螺拴IV9，该螺栓IV9内开有上口呈喇叭形的通孔，并在通孔的喇叭口放置一与通孔相配合的钢球8，防止水倒灌；所述外管10为地质无缝钢管，外管10内设有内管11，内管11为用于取样的有机玻璃管，内管11下端的外螺纹与阀座18的内螺纹连接，外管10抵接阀座18后，经锁紧螺母12与阀座18上的外螺纹连接固定；所述阀座18内横置一阀16，该阀16的小径贯穿阀座18后，在阀18的小端面用轴用挡圈20限位，所述阀16小径上开有与所述内管11和管靴19相连通的径向通孔II 16-2，在取土时，土就会不断的进入内管11内；阀16的大端面和活塞3之间设置一可随活塞3上下运动实现阀门开关的连动机构。

本例中连动机构包括长连杆6和短连杆15，在长连杆6两端制有通孔，长连杆6一端经螺栓I5依次贯穿该通孔和腰型槽4-1后与活塞3下端固定；在阀16的大端面上、以阀小径直径为孔距开有两个圆心过轴线的螺孔，该两个螺孔在阀打开时分别位于顺时针135°位和315°位，短连杆15经两个螺栓Ⅲ 21与两个螺孔固定，该短连杆15的一端与长连杆6的另一端用螺栓II 13和螺母14固定。

本例中阀16的大端面上顺时针180°至270°之间还开有限位连动机构运动的腰型弧槽16-1，该腰型弧槽16-1内的正6点方向（即阀16打开时，位于阀16大端面顺时针180°处）设有定位销17，该定位销17与腰型弧槽16-1一起定位连动机构只能运行角度180°至270°之间的距离。

另在阀16小端面中心设有深为10mm、对边尺寸为12mm的内六角孔，用于将阀从关闭状态再次旋转到打开状态时与内六角扳手配合使用。

本实施例中各部件的具体尺寸如下：

活塞盖1长110mm，外径为75mm圆柱，二端均为内螺纹，其自上而下依次为：与钻杆螺纹连接端长60mm，下端长50mm，设有大径68mm、小径66.5mm，牙型半角为5度螺纹，与活塞套4上端公螺纹连接。

活塞套4长200mm，外径尺寸为73mm，二端均为外螺纹、长40mm，其螺纹尺寸均为大径68mm、小径66.5mm，牙型半角为5度螺纹，其中下端螺纹与活塞座7内螺纹连接，其内尺寸为60mm中空，该尺寸空间内，安装带有2个O型圈的活塞3，另在活塞套4长98~154m之间，设有宽为8.5mm的腰型槽4-1。

活塞座7长130mm，其中长90mm外径为73mm圆柱，其余长40mm公扣，具体尺寸为大径68mm、小径66.5mm，牙型半角为5度螺纹，而内径上端为母螺纹长45mm，设有大径68mm、小径66.5mm，牙型半角为5度螺纹，上端内螺纹与活塞套4外螺纹连接，下端外螺纹与外管10上端母螺纹连接，另自底端向上52mm，径向设有直径为12mm，径向通孔Ⅰ4个，距离底端46mm范围设内螺纹M30×2，该孔眼与径向直径为12mm通孔呈90°交叉相通。

螺栓IV9长50mm，外径自上而下长30mm，为M30×2螺纹，与活塞座7连接，底端长20mm为直径45mm圆柱，内径自上而下长10mm，端口直径为16mm，端底直径为12mm，呈喇叭形，该喇叭形空间中，设置安装一直径为15mm钢球8，长10mm~50mm之间为孔径为12mm通孔。

外管10长1200mm，材料尺寸为73×4无缝钢管，上端为内螺纹，设有大径68mm、小径66.5mm，牙型半角为5度螺纹，与活塞座7下端公螺纹连接，下端无螺纹，但在距离底端10~20mm范围内，焊有外径为76mm，厚1.5mm的圆环，由于外管10底端无螺纹，需要通过锁紧螺母12套在外管10外面再与阀座18螺纹连接。

内管11长1000mm，材料尺寸为50×5有机玻璃管，二端20mm范围为M50×1.5外螺纹，其底端螺纹与阀座18上部内螺纹连接。

锁紧螺母12长50mm，外径尺寸为89mm圆柱，内圆尺寸为：长10mm为直径74mm中空，其余40mm，设有大径79mm、小径77mm，牙型半角为5度螺纹。

阀16长95mm，其中小端外径60mm长85mm和大端直径80mm长10mm组成，自60mm外圆端长45mm处为圆心设有一个径向直径为40mm径向通孔Ⅱ16－2，另在直径60mm端面中心设有深为10mm、对边尺寸为12mm的内六角孔；在距离直径60mm端面2.5~5mm范围，设有深为2mm卡槽；以60mm圆柱径向通孔40mm最高素线为基点投影，在右视图直径为80mm端面中，顺时针角度为135°和315°与端面直径为80mm中心为圆心，以30mm为半径的交点处，分别设有M6，深为10mm螺孔；同样以直径80mm端面中心为圆心，以36mm为半径，顺时针在180°~270°范围内，用直径8mm铣刀，铣成宽为8mm的腰型弧槽16-1。

阀座18长125mm，外径自上而下尺寸，长5mm，直径65mm圆柱，长5~20mm范围，设有大径79mm、小径77mm，牙型半角为5度螺纹；长20~100mm范围，为80×80mm正方形四菱柱，并以正方形中心为圆心，设有直径为60mm的通孔，该孔用于安装阀16；100~125mm之间，大端直径为80mm，小端直径为52mm的圆锥；内径自上而下尺寸为：长20mm为M50×1.5内螺纹；在20~100mm范围为直径40mm空心圆柱，在100~125mm为M50×1.5内螺纹。在阀座与阀80mm接触端，顺时针180°半径为36mm交点处，设有直径为8mm，深为10mm定位销17孔眼。

管靴19为中空40mm通孔，其长120mm，外圆自上而下尺寸为：长25mm为M50×1.5外螺纹，25~110mm为直径为50mm圆柱，底端110~120mm之间为圆锥台，其中长110mm处直径为50mm，长120mm处直径为40mm；

长连杆6长1588mm，材料为厚6mm宽20mm偏钢，在偏钢二端10mm中心处设有直径为8.5mm通孔。

短连杆15长96mm，材料为厚6mm宽20mm偏钢，在偏钢长为8mm、28mm、88mm等3处中心，分别设有直径为8.5mm、6.5mm、6.5mm通孔。

定位销17长20mm，直径为8mm；钢球8直径为15mm。

O型密封圈2数量为2个，其规格尺寸为直径60×3.1；

螺栓I 5数量为1个，其规格尺寸为M8×50；

螺栓II 13数量为1个，其规格尺寸为M8×20；

螺母14数量为1个，其规格尺寸为M8；

轴用挡圈20数量为1个，其尺寸为Ф60轴用挡圈；

螺栓III 21数量为2个，其规格尺寸为M6×15；

本实施例的具体操作方法如下：

如图1、图2所示，先将取土器设置成打开状态，此时活塞3在活塞套4的顶端，且经螺栓I5与活塞3固定的长连杆6也被提到腰型槽4-1的顶部，而长连杆6与短连杆15的连接点此时处于阀16大端面的315°处。将钻杆与活塞盖1螺纹连接后，通过接长钻杆使取土器达到需要取土的预定深度，此时在取土器不断深入土层的同时使用加压法，土试样就会不断的进入内管11内，而随着土一起进入内管11的水，会由压力作用先流出内管11，经过螺栓IV9内开设的通孔，且克服钢球8自重后，从活塞座7上的4个径向通孔I7-1中排出取土器外。

在起钻前，钻杆与钻进通水管路连接，用水泵向钻杆中供水，当供水压力大于0.20MPa时（经过试验所得），取土器活塞套4内的带有2个O型密封圈2的活塞3向下位移48mm（即从腰型槽4-1顶端运动到底端），此时带动长连杆6下行48mm，长连杆6与短连杆15连接点从315°逆时针旋转90°，落在225°点位，使原来阀16与内管11、管靴19直通的径向通孔II 16-2，在经逆时针旋转90°后，处于关闭状态（即土试样不会掉出内管11），如图3、图4所示。然后通过钻机把取土器提出孔外，并在直立状态下，先用扳手拆除螺栓II13和螺母14，然后用管钳拆除锁紧螺母12使取样外管10与阀门分离，之后用端盖盖好内管11上端，再将内管180°倒立后，再拆除内管11下端与阀门之间螺纹，最后用端盖保护好即可。

要使阀16恢复到原来的通孔打开状态，用内六角扳手对准阀16小端面的对边内六角孔22，顺时针旋转90°即可。 

Claims (6)

1.一种能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：所述取土器包括依次螺纹连接的活塞盖（1）、活塞套（4）、活塞座（7）和外管（10），以及经锁紧螺母（12）螺纹连接的外管（10）和阀座（18），阀座底端螺纹连接管靴（19），其中所述活塞套（4）内设有活塞（3），对应活塞行程范围在活塞套（4）上开有腰型槽（4-1）；所述活塞座（7）中部开有径向通孔Ⅰ（7－1），活塞座（7）内开有连通径向通孔Ⅰ与下端面的轴向螺孔，且在轴向螺孔内螺纹配合一带喇叭口通孔的螺栓Ⅳ（9），并在螺栓Ⅳ的喇叭口放置一钢球（8）；所述外管（10）内设有内管（11），该内管下端与阀座（18）螺纹连接；所述阀座（18）内横置小径贯穿阀座（18）的阀（16），且在小端面处经轴用挡圈（20）限位；所述阀（16）小径上开有可与所述内管（11）和管靴（19）相连通的径向通孔Ⅱ（16－2）；在活塞（3）与阀（16）大端面之间设一可随活塞（3）上下运动实现阀门开关的连动机构。

2.根据权利要求1所述的能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：所述连动机构包括长连杆（6）和短连杆（15），其中长连杆（6）一端经螺栓I（5）贯穿腰形槽（4-1）后与活塞（3）下端连接；在阀（16）大端面上、以阀小径直径为孔距制有两个圆心过轴线的螺孔，该两螺孔在阀打开时分别位于顺时针135°位和315°位，所述短连杆（15）经螺栓III（21）固定于该两螺孔上，短连杆的一端经螺栓II（13）和螺母（14）与长连杆（6）的另一端固定。

3.根据权利要求1所述的能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：所述径向通孔Ⅰ（7－1）有4个，过轴线十字形布置。

4.根据权利要求2所述的能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：在所述阀（16）的大端面顺时针180°～270°之间，开有限位连动机构运动的腰型弧槽（16-1），且在所述腰型弧槽（16-1）内的正6点钟方向处设有定位销（17）。

5.根据权利要求1或2所述的能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：所述活塞（3）上端套有2个O型密封圈（2）。

6.根据权利要求2所述的能取高含水淤泥土的取土器，其特征在于：在阀（16）小端面中心设有深为10mm、对边尺寸为12mm的内六角孔（22）。

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