CN104502146B - 一种天然河道表层底泥采集装置 - Google Patents

Abstract

一种天然河道表层底泥采集装置，包括主架、支架、取样杆和取样头，主架设置在支架上，取样杆安装在主架上，取样头连接在取样杆的一端；所述主架包括固定座、套筒和套筒移动机构，套筒设置在固定座上，套筒与套筒移动机构连接，套筒的两端设置有定位卡头；所述支架包括支腿、受力盘和连接架；所述取样头包括取样箱、推拉套杆、转动杆和采样阀门。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，取样头连接在取样杆的最顶端；通过套筒移动机构使取样杆向前移动，带动取样头运行取泥。该装置实现了远距离表层底泥采集，使采样定位准确、省时省力、携带方便，适于较浅的河道表层底泥采集。

Description

一种天然河道表层底泥采集装置

技术领域

本发明涉及一种采集天然河道表层底泥的装置，可以实现沿河岸道路对河道各代表性断面表层底泥快速采集，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。河道底泥污染物主要积聚于表层底泥，这一个河道横断面上，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。

中国专利文献CN103592157A公开的一种河流底泥采样器，虽然能够快速取表层泥，但只能适于采集岸边表层底泥样品或借助于船只进行河道横断面各代表性表层底泥取样。CN202372378U公开的一种深水底泥采样器，虽然解决了抓斗下水过程中的易关闭问题，实现了深水取样的过程，但采样过程须借助船只、桥梁或闸坝。

现有的表层泥取样装置多是围绕加深取泥厚度、减少底泥扰动、防止底泥泄漏等进行创新，表层样品的采集须借助船只或其它河道的桥梁、闸坝等固定附属物。借助船只增加了取样成本，而对于一些浅水河道船只甚至无法通行；借助桥梁、闸坝，所取底泥样品会因桥梁、闸坝建设时施工对底泥干扰而失真；沿河道边坡取样具有因坡陡而滑入水中的危险，且近岸表层底泥往往无法反映河道断面的污染情况；人工下水取样，则可能扰动表层底泥而使样品失真。

CN102128733A公开的《一种浅水表层底泥分层采样器》，包括采样筒和手柄，所述采样筒为圆筒状，上底密封，下底开放，采样筒上设置两个通孔，该采样器解决了采样勺采样时底泥样品中成分会在样品穿越水层时产生流失的缺陷。

CN2893689公开的《仿生式表层底泥样本采集器》，其收集箱为一个扁平形状的箱体结构，箱体底面为平板结构，底面两侧为侧立板，立板上部为顶面，顶面向后呈流线形状，底板外部两侧均固定支撑翼板，收集箱两端开口，收集箱后开口的底板向下形成刮泥板，顶面外部连接防翻浮子，收集箱前开口连接收集袋。该采样器是在圆管冲击式和双叶挖掘式采泥器都不能很好的采集到底泥表层样本的前提下设计的，模仿了泥鳅鱼等吸食底栖物质的鱼类身体结构特点，达到了准确、高效、简单采集表层底泥的效果。

但是上述采集器均需置于所需表层底泥的位置进行采样，人工操作时只能取到近岸边表层底泥，要完成对河道横断面各代表性点位表层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

针对现有河道表层底泥采样技术存在的问题，本发明提出一种沿河岸可远距离操控、方便采集河道横断面不同代表点位表层底泥的天然河道表层底泥采集装置，该装置一方面解决远距离表层底泥采集困难的问题，另一方面使采样定位准确、省时省力、携带方便，适于水深较浅的河道表层底泥采集。

本发明的天然河道表层底泥采集装置，采用以下技术方案：

该装置，包括主架、支架、取样杆和取样头，主架设置在支架上，取样杆安装在主架上，取样头连接在取样杆的一端。

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、套筒和套筒移动机构，套筒设置在固定座上，套筒与套筒移动机构连接，套筒的两端设置有定位卡头。

套筒移动机构采用齿轮齿条机构，齿条安装在套筒侧壁，齿条与齿轮啮合，齿轮通过转轴安装在固定座上，套筒另一侧安装有滚轮。所述齿轮可与一个小齿轮啮合，通过转动小齿轮带动齿轮转动，实现省力，能够大力推动取样杆。

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，取样箱前端通过转轴设置有采样阀门，转轴上连接有转动杆，转动杆与推拉套杆连接，推拉套杆中设置有内腔，该内腔中套装有阻力杆，阻力杆固定连接在取样箱的后端。

取样箱的前端底部设置有楔形块，可以使取样头轻松插入底泥中。取样箱上部设有排水口。

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，取样头连接在取样杆的最顶端。将取样杆向前推动，使延伸取样头延伸到达取样点位接触底泥，然后通过套筒两侧的定位卡头固定住取样杆。通过套筒移动机构使取样杆向前移动，带动取样头运行取泥。

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

附图说明

图1 是本发明表层底泥远距离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的左视图。

图4是双齿轮啮合传动的结构示意图。

图5是配重机构的结构示意图。

图6是支架的结构示意图。

图7是取样头的结构示意图。

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；11、固定座，12、齿轮，13、滚轮，14、定位卡头，15、滑槽，16、套筒，17、齿条，18、摇杆，19、挡板，20、小齿轮；21、配重杆，22、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、排水口。

具体实施方式

本发明天然河道表层底泥采集装置，如图1所示， 包括主架1、配重机构2、支架3、取样杆4和取样头5，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，取样头5安装在取样杆4的一端。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和套筒移动机构，套筒16设置在固定座11上，套筒16与套筒移动机构连接，套筒16的两端设置有定位卡头14。套筒移动机构采用齿轮齿条机构，齿条17安装在套筒16，齿条17与齿轮12啮合，齿轮12通过转轴安装在固定座11上，转轴上安装有摇杆18。为了使套筒16顺利移动，其上安装有滚轮13，滚轮13与固定座11上的滑槽15相配合，使套筒16移动的同时防止其转动。套筒16的上方设置有挡板19，挡板19固定在固定座11上，防止套筒16在竖直面上脱离固定座11。套筒移动机构也可以采用螺旋移动机构、液压缸、电动缸等机构。滚轮13和挡板19也可以采用导轨取代其作用。

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。当取样头5插入底泥中时，将套筒16两端的定位卡头14固定，转动齿轮12，套筒16移动，同时带动取样杆4和取样头5移动，进行取样。为了省力，可以采用双齿轮啮合传动结构，如图4所示，将齿轮12与一个比其小的小齿轮20啮合，通过转动小齿轮20带动齿轮12转动，实现省力，能够大力推动取样杆4。

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5所示，配重机构2包括配重杆21、配重块和配重块移动机构，配重块移动机构连接在配重杆21上，配重块连接在配重块移动机构上。配重块移动机构包括滑轮22、滑轮座23以及设置在配重杆21底部的阻力齿25，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6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。

取样头5与取样杆4可以通过内螺纹连接，拆卸方便。取样头5的结构如图7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，其前端通过转轴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中设置有内腔。取样箱51的前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上部设有排水口510。

取泥时，推拉套杆53后端（图7的右侧为后，左侧为前）与取样杆4连接，通过主架1内的套筒移动机构带动取样杆4向前移动，取样杆4推动推拉套杆53向前，传动杆54随之向前移动，传动杆54通过移动环58推动转动杆55移动，转动杆55又推动转轴56转动，从而实现采样阀门57逆时针打开。当推拉套杆53被阻力杆52阻挡，无法前进时，采样阀门57完全打开。取样杆4继续前进，使表层底泥采集进取样箱51。随着底泥进入取样箱51，迫使取样箱51内的水流由排水口510排出。当取样箱51内采集满表层底泥后，向后移动取样杆4，取样杆4带动推拉套杆53向后移动，推拉套杆53再通过传动杆带动转动杆55顺时针转动，从而使采样阀门57顺时针关闭，防止底泥滑落。当推拉套杆53与阻力杆52接触时，拉动取样箱51同时移动，移出河道。采集完成后，取样头收回的过程中，根据取样杆上设置的标识，取样过程保持取样杆不转动，保持取样箱的排水口510处于取样箱51最上端，所取底泥不会泄漏出去。

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。

到达采集地点的堤岸后，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）方向多角度翻转。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连接在取样杆4的最顶端。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。当需要加力采集泥样时，转动摇杆18，通过齿轮齿条啮合带动套筒16及取样杆4移动，实现省力推进。如果取泥完成需要收回取样头5时，采用同样的方法实现省力回拉。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采用传动杆54与移动环58设计，实现采泥时采样阀门57的打开与关闭，从而实现采泥样品不会泄落或受水流冲蚀，确保采泥完成。

Claims (3)

1.一种天然河道表层底泥采集装置，包括主架、支架、取样杆和取样头，主架设置在支架上，取样杆安装在主架上，取样头连接在取样杆的一端；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，其特征是：

所述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。

2.根据权利要求1所述天然河道表层底泥采集装置，其特征是，所述主架包括固定座、套筒和套筒移动机构，套筒设置在固定座上，套筒与套筒移动机构连接，套筒的两端设置有定位卡头。

3.根据权利要求2所述天然河道表层底泥采集装置，其特征是，所述套筒移动机构采用齿轮齿条机构，齿条安装在套筒，齿条与齿轮啮合，齿轮通过转轴安装在固定座上，套筒上安装有滚轮。