CN104236952A - 一种钻进式河床淤积物采样装置 - Google Patents

一种钻进式河床淤积物采样装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻进式河床淤积物采样装置，属于水利测量领域；该装置包括设置有钢缆卷扬机及其操作器的操作平台、由钢缆组成的悬挂起吊机构、采样器及其配重平台；其中操作平台固定在测量船上；悬挂起吊机构的钢缆一端与操作平台的卷扬机相连，钢缆的另一端与采样器固定连接，卷扬机受操作平台操作器的控制，对悬挂起吊机构的钢缆进行收放；悬挂起吊机构的钢缆的另一端与采样器固定相连；配重平台与采样器固定连接，且均匀分布在其周围。该装置可以对水库、下游河道、湖泊及海洋河口等水域进行河床淤积物采样，用于精确研究淤积物的物理化学特性，可以高保真及高精度地获取河床淤积物样品。

Description

一种钻进式河床淤积物采样装置
技术领域
本发明属于水利测量领域，特别涉及一种钻进式河床淤积物采样装置。
背景技术
床面淤积物的干容重(或者干密度)是重要的物理参数，它影响到淤积重量和体积的换算、细颗粒淤积物密实后体积的变化、淤积泥沙的起动流速、水流挟沙能力变化，以及河工模型相似比尺的设计等，在目前，它仍然是研究水库冲淤等问题时需要重点研究的关键参数之一。获取不同淤积成因条件下的淤积物真实完整样品，对于分析淤积物的化学物理特性非常重要。
对于深水区域的淤积物采样，当前主要采用重力法采样法，即靠外力(如加配重的重力、振动、爆炸冲力等)将采样筒扎入河床中进行采样。此类方法因采样筒高速砸入河床，沙样与筒壁之间将产生很大的剪切力而使沙样明显变形，难以满足沙样保真的需求。此外，采样深度和采样位置也难以控制。
发明内容
本发明的目的是为解决河床淤积物难以高保真及高精度采样的问题，提出了一种钻进式河床淤积物采样装置，该装置为采用钢缆悬挂配重平台和采样器，采样体悬挂在套筒内的升降齿条上整体升降；钻筒向下钻进，与钻筒同心的采样筒同步下降但不旋转，沙样垂直滑入采样筒中。该装置可以高保真及高精度地获取河床淤积物样品。
本发明提出的一种钻进式河床淤积物采样装置，其特征在于，该装置包括设置有钢缆卷扬机及其操作器的操作平台、由钢缆组成的悬挂起吊机构、采样器及其配重平台；其中操作平台固定在测量船上；悬挂起吊机构的钢缆一端与操作平台的卷扬机相连，钢缆的另一端与采样器固定连接，卷扬机受操作平台操作器的控制，对悬挂起吊机构的钢缆进行收放；悬挂起吊机构的钢缆的另一端与采样器固定相连；配重平台与采样器固定连接，且均匀分布在其周围。
本发明的技术效果是：
本发明装置可以对水库、下游河道、湖泊及海洋河口等水域进行河床淤积物采样，用于精确研究淤积物的物理化学特性，可以高保真及高精度地获取河床淤积物样品。同时具有以下特点：
1.以钢缆悬挂配重平台和采样体，采样水深不受限制；
2.采样体悬挂在套筒内的升降齿条上整体升降；
3.钻筒向下钻进，采样筒同步下降但不旋转，沙样垂直滑入采样筒中；
4.采样筒由卡瓦固定的两个半圆组成，方便操作和样品取样。
附图说明
图1为本发明的钻进式河床淤积物采样装置整体结构示意图；
图2为本发明的操作平台示意图；
图3为本发明的采样器实施例结构纵剖面图；
图4为本发明的采样器实施例的横剖面图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本发明的一种钻进式河床淤积物采样装置进行详细说明。
本发明提出的一种钻进式河床淤积物采样装置结构如图1，包括设置有钢缆卷扬机及其操作器的操作平台1、由钢缆组成的悬挂起吊机构3、采样器4及其配重平台5；其中操作平台1固定在测量船2上；悬挂起吊机构3的钢缆一端与操作平台的卷扬机相连，钢缆的另一端与采样器4固定连接，卷扬机受操作平台1操作器的控制，对悬挂起吊机构3的钢缆进行收放；悬挂起吊机构3的钢缆的另一端与采样器4固定相连；配重平台与采样器固定连接，且均匀分布在其周围，以完成河床淤积物采样工作。
本发明的采样装置各部件的具体实现结构分别说明如下：
本装置的悬挂起吊机构实施例结构由四根不锈钢钢缆组成，其相互位置如图2。中间为主钢缆31，主要控制采样器4和配重平台5的升降；另外三根副钢缆32，均匀分布在主钢缆31周围，相互夹角120度，主要是对落在河床6上的采样器4和配重平台5进行微调，使其平稳。
本发明的操作平台1的实施例结构如图2所示，包括四台卷扬机11和操作器12。四台卷扬机分别控制四条钢缆的升降，中间的卷扬机控制主钢缆，周围的三台卷扬机分别控制三条副钢缆，其中周围的三台卷扬机相互夹角为120度；操作器12控制卷扬机的启动。其中本实施例的操作器12选用西门子公司的SIMOCODE pro 3UF7电机管理系统，安全控制四台卷扬机的启动(包括正转和反转)与关闭。
本实施例的配重平台5为1吨量级的圆柱，采样器4固定在配重平台的中心孔中，为采样器4提供下压重力并保持平衡。
本实施例的采样器4由外壳41、传动装置42和内筒43组成，如图3所示。其中，传动装置42悬挂在外壳41上；内筒43与传动装置固定连接。各部件的具体结构及功能说明如下：
本实施例的外壳41包括套筒41-1和两根齿条41-2。其中，套筒41-1上端壁的中心与主钢缆31连接，边缘与副钢缆32相连；两根齿条41-2对称固定在外套筒侧壁，为采样器的传动装置42和内筒43提供支撑和定位。
本实施例的传动装置42包括电动机42-1、上下横梁42-2、42-3、连接上下横梁的齿轮轴42-6、驱动直齿轮42-7和左右两个升降螺杆42-8；升降螺杆42-8由斜齿轮42-81、直齿轮42-82、伞形齿轮42-83和齿轮轴42-84组成。其中：电动机42-1选择能承受500m水压的深水电机，用于驱动内筒转动和沿齿条升降，电机42-1安装在上横梁42-2上，电动机42-1与齿轮轴42-6固定连接；上横梁42-2和下横梁42-3之间通过齿轮轴42-6和滚动轴承42-4、42-5连接，滚动轴承42-4固定在上横梁42-2内，滚动轴承42-5固定在下横梁42-3的上半部分；升降螺杆42-8通过上下两个滚动轴承42-9与上下横梁相连，滚动轴承42-9固定在上下横梁内；驱动直齿轮42-7与直齿轮42-82紧密咬合，形成水平传动结构；斜齿轮42-81与齿条41-2紧密咬合，形成垂直传动结构。上下横梁限位叉42-21卡在升降齿条41-2的两侧，保证横梁只升降、不旋转，如图4所示。
本实施例的内筒43主要包括钻筒43-2，采样筒43-3和连接直轴43-1。其中，内筒43与传动装置42通过直轴43-1固定连接；钻筒43-2与直轴43-1通过滚动轴承43-12相连，保证钻筒转动的同时，直轴不旋转；钻筒43-2的上部固定有伞形齿轮43-21，与升降螺杆42-8的伞形齿轮42-83齿轮咬合，用于驱动钻筒43-2转动；钻筒头部固定有钻进齿43-22，在齿轮驱动下旋转，同时向下缓慢钻进；采样筒43-3为沿中心剖开，卡瓦夹合的圆筒，通过直轴43-1固定在下横梁42-3上，当钻筒43-2旋转时保持采样筒43-3不旋转，沙样滑入采样筒。另外，钻筒42-2与采样筒42-3之间设有胶圈43-4，主要是用于防沙，同时保证钻筒与采样筒的轴线相对位置不变；钻筒43-2与齿条41-2头部的间隙处设有防沙圈43-5，保证采样器的密封性，避免沙粒进入传动设备带来的干扰；在直轴43-1内开设排水孔43-11，且通过胶管与套筒41-1外壁相连，用于排除采样过程中采样筒43-3内的水；钻进齿43-22采用金刚石钻头，呈伞形，固定在钻筒头部，其内平面与采样筒处于同一平面且不接触。
本实施例的具体工作方式如图1和图3：采样船2定位于测量点，在船上利用操作平台1控制悬挂起吊设备3将配重平台6和采样器6下沉到床面6上，通过副钢缆32调整配重平台6的水平，且套筒41-1与配重平台的相对位置不变；电动机42-1驱动直齿轮42-7转动，直齿轮42-7驱动升降螺杆42-8沿齿条41-2向下运动，使传动装置42和内筒43整体下降；同时通过伞形齿轮42-83与伞形齿轮43-21传动，驱动钻筒43-2旋转；采样筒43-3和钻筒43-2同步运动但不旋转，沙样滑入采样器中；采样结束后，电机42-1反向转动，提起采样器；通过悬挂起吊设备3提出配重平台5和采样器4；取出采样筒43-3，松开卡瓦，移开上半圆采样筒，即可得到采取的沙样。根据采得的沙洋准确得出沙样的干容重；分段采集沙样进行分析，得出颗粒级配、化学物质成分等基本参数。
本发明的采样装置具有高保真及高精度的特点，且在河流、湖泊、海洋河口区域的采样深度不受限制。

Claims (7)

1.一种钻进式河床淤积物采样装置，其特征在于，该装置包括设置有钢缆卷扬机及其操作器的操作平台、由钢缆组成的悬挂起吊机构、采样器及其配重平台；其中操作平台固定在测量船上；悬挂起吊机构的钢缆一端与操作平台的卷扬机相连，钢缆的另一端与采样器固定连接，卷扬机受操作平台操作器的控制，对悬挂起吊机构的钢缆进行收放；悬挂起吊机构的钢缆的另一端与采样器固定相连；配重平台与采样器固定连接，且均匀分布在其周围。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述采样器由外壳、传动装置和内筒组成，其中，传动装置悬挂在外壳上；内筒与传动装置固定连接。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述外壳包括套筒和两根齿条；其中，套筒上端壁与钢缆相连；两根齿条对称固定在外套筒侧壁，为采样器的传动装置和内筒提供支撑和定位。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述传动装置包括电动机、上下横梁、连接上下横梁的齿轮轴、驱动直齿轮和左右两个升降螺杆；升降螺杆由斜齿轮、直齿轮、伞形齿轮和齿轮轴组成；其中：电动机安装在上横梁上，电动机与齿轮轴固定连接；上横梁和下横梁之间通过齿轮轴和滚动轴承连接，滚动轴承固定在上横梁内，滚动轴承固定在下横梁的上半部分；升降螺杆通过上下两个滚动轴承与上下横梁相连，滚动轴承固定在上下横梁内；驱动直齿轮与直齿轮紧密咬合，形成水平传动结构；斜齿轮与齿条紧密咬合，形成垂直传动结构。上下横梁限位叉卡在升降齿条的两侧，保证横梁只升降、不旋转。
5.如权利要求4所述装置，其特征在于，所述内筒主要包括钻筒，采样筒和连接直轴；其中，内筒与传动装置通过直轴固定连接；钻筒与直轴通过滚动轴承相连，保证钻筒转动的同时，直轴不旋转；钻筒的上部固定有伞形齿轮，与升降螺杆的伞形齿轮齿轮咬合，用于驱动钻筒转动；钻筒头部固定有钻进齿，在齿轮驱动下旋转，同时向下缓慢钻进；采样筒为沿中心剖开，卡瓦夹合的圆筒，通过直轴固定在下横梁上，旋转时保持采样筒不旋转，沙样滑入采样筒。
6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述钻筒与采样筒之间设有胶圈，用于防沙，同时保证钻筒与采样筒的轴线相对位置不变；钻筒与齿条头部的间隙处设有防沙圈，保证采样器的密封性，避免沙粒进入传动设备带来的干扰；在直轴内开设排水孔，且通过胶管与套筒外壁相连，用于排除采样过程中采样筒内的水。
7.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述钻进齿采用金刚石钻头，呈伞形，固定在钻筒头部，其内平面与采样筒处于同一平面且不接触。
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