CN104458334A - 一种天然河道柱状底泥采集装置 - Google Patents

Abstract

一种天然河道柱状底泥采集装置，包括支架、主架、配重机构、取样杆、转动机构、取样头和击打机构，主架设置在支架上，配重机构设置在主架上，取样杆安装在主架上，转动机构连接在取样杆的上，击打机构和取样头连接在转动机构上，击打机构位于取样头的上方。将上述装置运至采集地点的堤岸后，首先将主架连接在支架上，支架固定在地面上。调节好取样杆的长度，将取样杆穿过主架中的套筒，取样头顶部连接在取样杆的最前端。到达制定采样点位进行垂直下放，使取样头伸入底泥，在击打机构打击下进行取样。本发明实现了远距离柱状底泥采集，使采样定位准确、省时省力、携带方便，适于不同水深的河道柱状底泥采集。

Description

一种天然河道柱状底泥采集装置

技术领域

本发明涉及一种采集天然河道柱状底泥样品的装置，可以实现沿河岸道路对河道各代表性断面柱状底泥样品快速采集，属于水污染治理技术领域。

背景技术

随着流域点源和面源污染治理力度的加强及治理措施的完善，流域河道水质不断得到改善，而河道底泥往往扮演着河道水体污染物的源和汇的功能，当历史积存于河道底泥中的污染物浓度高于上覆水体时，污染物就会逐渐释放于水体中，使水体再次受到污染，因此水体底泥污染作为水体内源污染越来越受人们的重视。

河道底泥污染物的形成往往是在一个较长的历史沉积过程，不同底泥沉积层底泥污染物含量也有较大差异，底泥柱状样的采集就显得尤为重要；另外，在一个河道横断面上，由于河流流速的不同及近岸人为干扰等因素，底泥污染物浓度往往差异较大，因此需在河道横断面的不同点位采集泥样，才能全面反映河道横断面表层底泥污染情况。

目前对于柱状采样器的改进发明很多,但大多数都是围绕柱状泥取样装置加深取泥厚度、减少底泥扰动、防止底泥泄落、防止底泥分层破坏等，如中国专利文献CN 203101114 U公开的一种便携式底泥采样器，以及CN 203203831 U公开的柱状浅层底泥采样器都只解决了柱状底泥样泄露的问题。上述采集器均需置于所取柱状底泥样品的位置进行采样，人工操作时只能取到近岸边柱状底泥，且采样水层深度对采样工作影响较大。要完成对河道横断面各代表性点位柱状底泥的采集需借助船只、桥梁或闸坝，采样费时费力。

发明内容

针对现有河道柱状底泥采样技术存在的问题，本发明提出一种河道柱状底泥沿河岸可远距离操控、方便采集河道横断面不同代表点位柱状底泥样品的天然河道柱状底泥采集装置，该装置一方面解决河道各代表性点位柱状底泥样品采集困难的问题,并且防止底泥的泄漏；另一方面使采样定位准确、省时省力、携带方便。

    本发明的天然河道柱状底泥采集装置，采用以下技术方案：

该装置，包括支架、主架、配重机构、取样杆、转动机构、取样头和击打机构，主架设置在支架上，配重机构设置在主架上，取样杆安装在主架上，转动机构连接在取样杆的上，击打机构和取样头连接在转动机构上，击打机构位于取样头的上方。

所述主架上设置有配重机构。所述配重机构包括配重杆、配重块和配重块移动机构，配重块移动机构连接在配重杆上，配重块连接在配重块移动机构上。

配重块移动机构包括滑轮、滑轮座以及设置在配重杆底部的阻力齿，滑轮安装在配重杆中的滑槽内，滑轮座设置在配重杆上，滑轮座的内腔中设置有滑杆，滑轮座的下部连接有阻力板，滑杆穿过阻力板与滑轮连接，滑杆与阻力板之间设置有弹簧，滑轮上连接配重块。

所述配重机构的下方设置有缓冲架，以在伸长或收缩取样杆时，不至于由于配重过沉使取样头和取样杆上扬，保证整个设备在水平方向上的顺利操作。

所述主架，包括固定座、套筒和拉动机构，套筒和拉动机构设置在固定座上，套筒的两端设置有定位卡头；拉动机构包括绳轮、拉动滑轮、一对啮合齿轮和拉绳，绳轮、拉动滑轮以及相啮合的大齿轮和小齿轮均安装在固定座上，小齿轮上连接有万向旋转环，拉绳绕在绳轮，拉绳在绳轮以外的部分固定在万向旋转环上，绕过拉动滑轮后与施力机构连接。

所述支架包括支腿、受力盘和连接架，每个支腿的下方都设有一个固定盘，支腿的顶端均连接在受力盘上，受力盘上设置有中空转轴，中空转轴中插有连接架。

所述取样头，包括取样箱、推拉套杆、转动杆和采样阀门，取样箱的下端通过转轴设置有采样阀门，转轴上连接有转动杆，转动杆上套有移动环，移动环通过传动杆与推拉套杆连接，推拉套杆下部设置有内腔，上部连接有顶部连接杆，顶部连接杆的顶端设置有接头，取样箱的上端设置有阻力杆，阻力杆的外端套装在推拉套杆的内腔中，取样箱上部设有排水阀。取样箱的下端底部设置有楔形块，可以使取样头轻松插入底泥中。取样头通过顶部连接杆上的接头呈T型，连接在转动机构中连接座上的T型槽中。

所述击打机构，包括击打架、击打杆、击打锤和击打盘，击打杆的一端铰接在击打架上，击打杆的另一端连接有击打锤，击打杆与击打架之间设置有弹簧，击打杆与主架上拉动机构中的拉绳连接，击打盘设置在击打架上，并位于击打锤的下方。击打架连接在转动机构的连接座上，使击打机构与转动机构连接。

所述转动机构，包括连接座、弧形杆和连接杆，连接座的两侧设置有转轴，两侧转轴上均连接有竖向的弧形杆，弧形杆上通过滑套连接有连接杆。整个转动机构通过连接杆与取样杆连接。

将上述装置运至采集地点的堤岸后，首先将主架连接在支架上，支架固定在地面上。调节好取样杆的长度，将取样杆穿过主架中的套筒，取样头顶部连接在取样杆的最前端。到达制定采样点位进行垂直下放，进行取样。

本发明实现了远距离柱状底泥采集，使采样定位准确、省时省力、携带方便，适于不同水深的河道柱状底泥采集。

附图说明

图1是本发明天然河道柱状底泥采集装置的结构示意图。

图2是主架的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是配重机构的结构示意图。

图5是支架的结构示意图。

图6是取样头的结构示意图。

图7是击打机构的结构示意图。

图8是转动机构的结构示意图。

图9是图8的俯视图。

其中：1、主架，2、配重机构，3、支架，4、取样杆，5、取样头，6、堤岸，7、缓冲架，8、施力机构，9、转动机构；11、固定座，12、齿轮，13、拉绳，14、定位卡头，15、拉动滑轮，16、套筒，17、绳轮，18、摇杆，19、万向旋转环，20、小齿轮；21、配重杆，22、配重滑轮，23、滑轮座，24、阻力板，25、阻力齿，26、配重块，27、滑杆，28、弹簧；31、连接架，32、中空转轴，33、支腿，34、固定盘，35、受力盘；51、取样箱，52、阻力杆，53、推拉杆，54、传动杆，55、转动杆，56、转动轴，57、采样阀门，58、移动环，59、楔形块，510、排水阀，511、T型接头，512、顶部连接杆；80、击打滑轮，81、弹簧，82、击打锤，83、击打架，84、击打杆，85、击打盘；90、弧形杆，91、圆形套环，92、转轴，93挡板，94、压头，95、U形槽，96、连接杆，97、连接座。

具体实施方式

本发明的天然河道柱状底泥采集装置，如图1所示， 包括支架3、主架1、配重机构2、取样杆4、转动机构9、取样头5和击打机构8。主架1设置在支架3上，配重机构2设置在主架1上，配重机构2的下方设置有缓冲架7。取样杆4安装在主架1上，可在主架1内滑动。转动机构9连接在取样杆4的前端。取样头5和击打机构8均连接转动机构9上，取样头5位于击打机构8的上方。支架3置于堤岸6上。

主架1的结构如图2和图3所示，包括固定座11、套筒16和拉动机构，套筒16设置在固定座11上，套筒16的两端设置有定位卡头14。拉动机构包括绳轮17、拉动滑轮15、一对啮合齿轮和拉绳13，绳轮17、拉动滑轮15以及相啮合的大齿轮12和小齿轮20均安装在固定座11上，小齿轮20上连接有万向旋转环19，大齿轮12上安装有摇杆18。拉绳13绕在绳轮17，拉绳13在绳轮17以外的部分固定在万向旋转环19上，绕过拉动滑轮15后与施力机构8连接。通过摇杆18带动大齿轮12转动，小齿轮20随之高速转动，小齿轮上的万向旋转环19也高速旋转，从而使拉绳13在万向旋转环19上缠绕或放松。

主架1的下方设有配重机构2，使整个装置受力平衡，达到操作省力的目的。如图4所示，配重机构2包括配重杆21、配重块26和配重块移动机构，配重块移动机构连接在配重杆21上，配重块26连接在配重块移动机构上。配重块移动机构包括配重滑轮22、滑轮座23以及设置在配重杆21底部的阻力齿25，配重滑轮22安装在配重杆21中的滑槽内，滑轮座23设置在配重杆21上，滑轮座23的内腔中设置有滑杆27，滑轮座23的下部连接有阻力板24，滑杆27穿过阻力板24与配重滑轮22连接，滑杆27与阻力板24之间设置有弹簧28，弹簧28内置于滑轮座23的内腔中。配重块26通过挂钩连接在滑轮22的下端。配重块26可以累加，并可以根据取样杆4的延伸长度，调节配重块的位置和重量。由于配重滑轮22只在滑槽内移动，而不会上下动，向上提拉滑轮座23时，内置弹簧28被压缩，阻力板24随滑轮座23一起上移，远离阻力齿25，即可推动滑轮22移动，实现配重块26的前后位置调节。当放下滑轮座23时，阻力板24随之下落，并在内置弹簧28的作用下卡在阻力齿25内，使配重块26的位置固定。

支架3采用三角架的结构，如图5所示，包括支腿33、受力盘35和连接架31，每个支腿33的下方都设有一个固定盘34，起到固定于地面的作用。支腿33的顶端均连接在一个受力盘35上，受力盘35上设置有中空转轴32，使其固定且受力平衡。中空转轴32中插有连接架31，使得连接架31只能在中空转轴32的垂直面方向上旋转。连接架31与主架1的固定座11连接在一起。

取样杆4采用多节伸缩管，或由多节短杆通过螺纹连接而成，短杆为镀锌铁质空心圆杆，取样时根据取样距离决定连接的取样杆长度。取样杆4由套筒16中穿过，并通过套筒16两侧的定位卡头14实现轴向定位。

取样头5的结构如图6所示，主要包括取样箱51、推拉套杆53、转动杆55、移动环58和采样阀门57。取样箱51为长方体，其下端通过转轴56设置有采样阀门57，转轴56上连接有转动杆55，转动杆55上套有移动环58，移动环58通过传动杆54与推拉套杆53连接。推拉套杆53下部设置有内腔，上部连接有顶部连接杆512，顶部连接杆512的顶端设置有T型接头511，可根据河道水深度不同,调整顶部连接杆512的长度，适时保证施力机构8位于水面之上。取样箱51的底端底部设置有楔形块59，可以使取样头轻松插入底泥中。取样箱51的后端设置有阻力杆52，阻力杆52的外端套装在推拉套杆53的内腔中，推拉套杆53通过该内腔与阻力杆52相对移动。取样箱51上部设有排水阀510，在取样箱插入底泥时，由于泥柱的压力，排水阀510被水流顶起，取样箱内的水由此排出；当取泥完成，取样箱向上提起时，在重力作用下排水阀510落下，使取样箱顶部形成密闭空间，确保即使在采样阀门57未能关闭的情况下，也可通过泥柱上部密闭空间形成的负压避免泥样的泄露。顶部连接杆512的顶端设有T型接头511，T型接头511置于转动机构9内的T型槽95内，实现取样头5与转动机构9的快速组合。其中施力机构8与转动机构9连接成一体。当取泥时，取样头5的底部接触河底，随着取样头5的下压，阻力杆52滑至推拉套杆53的空腔顶部，传动杆54带动转动杆55转动，实现采样阀门57打开。并随着击打锤82的施力，取到一定深度的底泥，控制配重杆21的力矩，向上提取整个取样头5。由于取样头5的重力，阻力杆52重新滑至推拉套杆53的空腔底部，并通过传动杆54带动转动杆55转动，实现采样阀门57关闭。在向上回抽时，为保障底泥不滑落出来，位于取样箱51内部的楔形块59，挡着采样阀门57。

击打机构8的结构如图7所示，包括击打架83、击打杆84、击打锤82和击打盘85。击打架83连接在转动机构9的连接座97上，使击打机构8与转动机构9连为一体。击打杆84的一端铰接在击打架83上，击打杆84的另一端连接有击打锤82，击打杆84与击打架83之间设置有弹簧81，击打杆84通过击打滑轮80与主架上拉动机构中的拉绳13连接。击打盘85设置在击打架83上，并位于击打锤82的下方。在拉绳13的拉动下，击打锤82上下运动，击打在击打盘85上，再通过击打架83和转动机构9的连接座97将击打力作用在取样头5上，使取样头5伸入底泥。弹簧81起到使击打杆84和击打锤82回位的作用。击打架83连接在转动机构9的连接座97上，实现击打机构8与转动机构9的连接。

转动机构9的结构如图8和图9所示，包括连接座97、弧形杆90和连接杆96。连接座97上设置有T型槽95，用于连接取样头5。连接座97的两侧设置有转轴92，两侧转轴92上均连接有竖向的弧形杆90，弧形杆90的两端均设置有挡板93。弧形杆90上通过滑套91连接有U形连接杆96。整个转动机构9通过连接杆96与取样杆4连接（参见图9）。取样头5的推拉套杆53上的T型接头511装入T型槽95中，并通过压头94压紧固定,实现取样头5与转动机构9的连接。转轴92能够确保取样头5可以在竖直方向上转动，由于取样头的重力作用，始终保持与水面垂直。弧形杆90的弧形设计使得在放置取样头时滑套91紧贴在弧形杆90上端挡板处。当到达采样点位时，取样头5接触底泥后不再下降，取样杆4在重力作用下带动连接杆96滑至底部挡板93处，使得转动机构9的连接座97不再与取样杆4接触，在击打击打盘85时，取样杆4不受影响，不会对击打产生干涉，将打击捶的冲量更多地转化为取样头的动量。

缓冲架7的作用是可以在伸长或收缩取样杆4时，不至于由于配重过沉使取样头、取样杆上扬，保证整个设备在水平方向上的顺利操作。

到达采集地点的河沿后，首先将主架1的固定座11连接在支架3的连接架31上，主架1便可以实现竖直（上下）多角度90度翻转。支架3固定在地面上。将取样杆4穿过主架1中的套筒16，取样头5连接在转动机构9上。根据取样距离，调节取样杆4的长度，然后通过套筒16两端的定位卡头14将取样杆4固定。配重机构2与主架1相组合，随着取样杆4的不断加长及前伸，可通过配重机构2进行平衡。取样头5伸入底泥，在施力机构8的击打作用下使底泥进入取样头5内，完成取泥。取泥完成，通过控制配重机构向上升起取样杆，进而提取整个取样头5。

Claims (10)

1.一种天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，包括支架、主架、配重机构、取样杆、转动机构、取样头和击打机构，主架设置在支架上，配重机构设置在主架上，取样杆安装在主架上，转动机构连接在取样杆的上，击打机构和取样头连接在转动机构上，击打机构位于取样头的上方。

2.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述主架上设置有配重机构。

3.根据权利要求2所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述配重机构的下方设置有缓冲架。

4.根据权利要求2所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述配重机构包括配重杆、配重块和配重块移动机构，配重块移动机构连接在配重杆上，配重块连接在配重块移动机构上。

5.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述主架包括固定座、套筒和拉动机构，套筒和拉动机构设置在固定座上，套筒的两端设置有定位卡头；拉动机构包括绳轮、拉动滑轮、一对啮合齿轮和拉绳，绳轮、拉动滑轮以及相啮合的大齿轮和小齿轮均安装在固定座上，小齿轮上连接有万向旋转环，拉绳绕在绳轮，拉绳在绳轮以外的部分固定在万向旋转环上，绕过拉动滑轮后与施力机构连接。

6.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述支架包括支腿、受力盘和连接架，每个支腿的下方都设有一个固定盘，支腿的顶端均连接在受力盘上，受力盘上设置有中空转轴，中空转轴中插有连接架。

7.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述取样头，包括取样箱、推拉套杆、转动杆和采样阀门，取样箱的下端通过转轴设置有采样阀门，转轴上连接有转动杆，转动杆上套有移动环，移动环通过传动杆与推拉套杆连接，推拉套杆下部设置有内腔，上部连接有顶部连接杆，顶部连接杆的顶端设置有接头，取样箱的上端设置有阻力杆，阻力杆的外端套装在推拉套杆的内腔中，取样箱上部设有排水阀。

8.根据权利要求7所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述取样头通过顶部连接杆上的接头呈T型，连接在转动机构中连接座上的T型槽中。

9.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述击打机构包括击打架、击打杆、击打锤和击打盘，击打杆的一端铰接在击打架上，击打杆的另一端连接有击打锤，击打杆与击打架之间设置有弹簧，击打杆与主架上拉动机构中的拉绳连接，击打盘设置在击打架上，并位于击打锤的下方。

10.根据权利要求1所述天然河道柱状底泥采集装置，其特征是，所述转动机构包括连接座、弧形杆和连接杆，连接座的两侧设置有转轴，两侧转轴上均连接有竖向的弧形杆，弧形杆上通过滑套连接有连接杆。