CN104849094B - 便携式滩涂地质取样器 - Google Patents

Abstract

属于地质测量、测试领域取样装置的便携式滩涂地质取样器，用于滩涂地的地质取样。本发明采用取样器护架固定连接刀口与护顶，取样器护架的空心管道下口在刀口处，上口露出在地面之上，弹簧花瓣的花瓣弹性片连接空心圆柱体，花瓣弹性片的顶部相对，空心圆柱体分别与存样衬管和刀口可拆卸的密封配合，存样衬管的上端在护顶的内孔中，护顶与顶帽可拆卸连接，存样衬管连通大气与刀口的技术方案，解决了现有海洋取样器结构复杂、笨重，不适于滩涂人工携带、操作取样，金属花瓣开闭容易失灵，活塞形成的抽吸力难以调整而使取得样品变形伸展，提起取样器时在刀口的下方形成负压产生阻力的技术问题。

Description

便携式滩涂地质取样器

技术领域

本发明属于地质测量、测试领域的取样装置，具体的讲是一种便携式滩涂地质取样器。

背景技术

专用于滩涂地的地质取样器不多，鉴于江河湖海等水域的特殊性，水域的地质取样器用于滩涂地的地质取样存在笨重、结构复杂和取样效果欠佳，甚至无法使用的弊端。中国实用新型专利，授权公告号 CN2360587Y《长岩芯重力活塞取样器》公开了一种由样管、释放系统、提管重物、尾舵、刀口联合式全封闭管口封和带可调压限压阀球阀门式活塞构成的海洋沉积物长岩芯取样器。该取样器通常是由船舷绞车来完成放、收任务的，投放时，取样器下放到距海底一定距离时，释放系统的附重锤着地，提管重物和样管随之被释放，“自由”降落下冲，活塞上的球阀门开启，样管下端刀口联合式全封闭管口封触底后向海底沉积物中贯入，刀口下体受沉积物阻力上移，刀口金属花瓣贴在刀口下体内壁的凹陷空位，吊缆“余量”用完，活塞停止降落，样管继续贯入，球阀门关闭，活塞对取样产生抽吸力，贯入结束样管上提时，刀口下体受阻下拉，使金属花瓣将管口封闭，活塞上提，限压阀调节活塞的抽吸力，含岩芯的样管被吊上水面。该取样器取样时，一旦沉积物阻塞长方形孔，将限制住刀口下体的移动，使金属花瓣开闭失灵，取样失败；刀口是易损件，由上、下体组成的刀口结构复杂，更换费用高；活塞停止降落，样管继续贯入，球阀门关闭，活塞对取得样品产生抽吸力，贯入结束上提样管时，球阀门依然关闭，金属花瓣将管口完全封闭，岩芯样品压在金属花瓣上，活塞与样品之间形成抽吸力，抽吸力对岩芯样品产生拉伸作用，过度的抽吸力量会使样品变形伸展，表现为样品的结构变化、体积变大，不能客观反映取样点的地质状况，虽然上提样管时能够由限压阀调节抽吸力，但是不同海域的地质状况不同，同一海域不同取样点的地质状况也不相同，所以在取样前对限压阀进行调节，使活塞产生适宜的抽吸力是极端困难，甚至是不可能实现的；从取样点中上提样管时，在刀口的下方形成的负压对样管产生吸力，且随着样管上移，负压会不断加大，海洋取样器是由机械操作，上提样管增加的阻力不算个大问题，但是如果在滩涂由人工操作取样，上提增加的阻力就是一个突出的问题了。

发明内容

本发明要解决现有海洋取样器结构复杂、笨重，不适于滩涂人工携带、操作取样，金属花瓣容易失灵而使取样失败，在活塞与取样之间形成的抽吸力难以调整而使取得的样品变形伸展，提起样管时在取样点的刀口下方形成负压产生阻力的技术问题，提供一种结构简单，便于操作，工作可靠、便携式滩涂地质取样器。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种便携式滩涂地质取样器，包括刀口和开合花瓣，取样器护架的下方固定连接所述的刀口，其上方固定连接护顶；取样器护架有空心管道，空心管道的下口在刀口处，空心管道的上口在存样衬管贯入滩涂最深时露出在地面之上；所述的开合花瓣是弹簧花瓣，弹簧花瓣的上部至少有八片花瓣弹性片，花瓣弹性片根部连接在弹簧花瓣下部的空心圆柱体上，花瓣弹性片的顶部相对，滩涂地质样品从刀口贯入时，花瓣弹性片的顶部被顶开，滩涂地质样品停止贯入、提起取样器时，在弹力的作用下花瓣弹性片的顶部合拢密封；存样衬管的下部与空心圆柱体的上部可拆卸的密封配合，空心圆柱体的下部与刀口的上部可拆卸的密封配合，存样衬管的上端在护顶的内孔中；护顶与顶帽可拆卸连接；存样衬管连通大气与刀口。

本发明取样器与现有海洋取样器结构不同，属于组装结构，没有取样管，存样衬管与取样器的其它部件是分体结构。取样器组装简单，依次将弹簧花瓣和存样衬管从护顶的上口放入，顶帽与护顶连接，存样衬管被安放在刀口与顶帽之间；取样器拆卸方便，顶帽与护顶分离，存样衬管从护顶的上口取出。存样衬管取出后将其中样品倒出或推出后再行组装，继续新的取样，或者将取出的存样衬管暂存，使用另外的存样衬管进行组装，第二种方式大大的缩短了取样时间，使取样器得到充分的利用，节约了取样成本。向取样器施加向下的外力，使刀口插入滩涂中，例如，利用操作者的力量将刀口贯入地下取样或用重锤敲击将刀口贯入地下取样或在取样器上方安装的振动器作用下刀口贯入地下取样等。施加向下的外力经护顶和取样器护架传到刀口，存样衬管不直接承受外力。现有取样器都有连接刀口的取样管，连接刀口的取样管承受、传递轴向力，所以要采用硬金属等具有一定厚度的高强度材料制作，而本发明没有相应的取样管，其中的存样衬管不承受、传递轴向力，实质上仅仅起存放取样的作用，是位于承受、传递轴向力的取样器护架内侧的衬管，所以本发明的存样衬管采用厚度较薄、强度较低的材料制作，本发明用取样器护架和存样衬管替代了现有海洋取样器的取样管，总体重量得到减轻，利于携带和人工操作，降低了取样器的成本。弹簧花瓣的花瓣弹性片在样品贯入时，样品向上的力量克服花瓣弹性片的弹力，花瓣弹性片被顶开；弹簧花瓣在样品停止贯入、提起取样器时，其花瓣弹性片的弹力克服取样的重量自动合拢密封，防止样品滑落，工作可靠，能够保证取样成功。刀口贯入滩涂中取样时，取样器的存样衬管将刀口与大气连通，使滩涂样品在大气压力下自然贯入存样衬管中，避免取样变形伸展现象产生，样品最大程度反映了取样点的地质状况，本发明摒弃了现有取样器通常采用的活塞，不仅结构简化、重量轻、制作成本低、操作简单，而且取样质量高。刀口贯入滩涂中取样后提起，在刀口与取样洞之间形成了一个空间，取样器护架的空心管道使该空间与大气连通，避免该空间形成负压而增加阻力，提起取样器省力。

存样衬管是塑料管。存样衬管采用一般材质的塑料管，例如一般PVC材料的下水管，就能满足本发明的要求，既便宜，又轻便。

存样衬管沿轴线方向至少被分为相等的两体，相邻存样衬管分体之间的连接配合面上分别有突起和凹槽，突起和凹槽密封配合，将存样衬管分体可拆卸的连接为一体。存样衬管沿其长度方向分成两部分或多部分，取样后，将存样衬管沿连接配合面拆开取出样品，避免了现有取样器的样品需从取样管中倒出或推出，发生破坏样品完整性和原始状态现象，或者避免了现有取样器需沿存样的管轴线锯开取出样品的繁琐和复杂操作，本发明存样衬管能够重复使用。综合考虑存样衬管的加工、强度和从存样衬管中取样的难易，一般采用分为三部分或两部分。

取样器护架有四根，围绕取样器的轴线均匀排布。通常采用四根取样器护架既能满足强度要求，取样器护架总体重量又比较轻，采用四根取样器护架还便于取样器横向堆放。

弹簧花瓣由花瓣弹性片和空心圆柱体两部分固定连接组成。花瓣弹性片与空心圆柱体采用铆接或胶合等固定连接在一起。弹簧花瓣由花瓣弹性片和空心圆柱体两部分固定连接组成，加工方便。

花瓣弹性片有八至十二片花瓣，沿空心圆柱体周边均匀排布。适当的增加花瓣弹性片的数量有助于花瓣弹性片与空心圆柱体配合，提高其合拢密封性能，通常采用八至十二片花瓣既能满足花瓣强度要求，又利于花瓣弹性片顶部合拢的密封要求。

花瓣弹性片是H62黄铜制成。H62黄铜有良好的力学性能，塑性、切削性好，耐腐蚀，价格便宜，可用于承受较大载荷的零件，是制作花瓣弹性片经济适用的材料。通常空心圆柱体采用不锈钢制成。

存样衬管的下端面与空心圆柱体的上端面之间有密封垫片，空心圆柱体的下端面与刀口的上端面之间有密封垫片。

顶帽的下部是圆柱体，其直径小于存样衬管的内径，圆柱体侧壁上的密封槽里安装侧壁密封环，侧壁密封环将圆柱体侧壁与存样衬管的内径密封；顶帽的上部直径大于下部圆柱体的直径，顶帽的上部与护顶的内径通过螺纹连接；顶帽的上部底端面与存样衬管的上端面之间安装顶面密封环或顶面密封垫片。存样衬管的外径小于护顶的内径，通过侧壁密封环被定位；存样衬管的上端通过顶面密封环或顶面密封垫片被定位；与护顶螺纹连接的顶帽，通过顶面密封环或顶面密封垫片与存样衬管的上端软接触，顶帽向存样衬管施加向下的压力，从而使存样衬管的下部和空心圆柱体的下部分别与空心圆柱体的上部和刀口的上部实现密封配合。顶面密封环或顶面密封垫片有效的防止顶帽与护顶的连接松动。由于存样衬管与护顶和顶帽都是软接触，消除了施加到取样器上向下的外力对存样衬管的影响。

存样衬管的外壳与取样管护架的距离为1-3mm。根据取样滩涂的地质状况选定存样衬管的外壳与取样器护架的距离。距离小于1mm，存样衬管容易被存样衬管外壳与取样器护架之间的滩涂物质卡住，距离大于3mm，刀口的内径就要相应减小，刀口的外径相对于内径不合理的加大，刀口的外径大，刀口贯入的阻力就大。

取样器的上有振动器安装座，振动器安装座的内孔与护顶可拆卸的固定连接。振动器通过振动器安装座向护顶施加外力，减轻了操作人员的工作强度，提高了取样效率。顶帽的中心有排气孔，存样衬管经排气孔、贯通护顶和振动器安装座上的出气孔与大气连通。大气经护顶出气孔、排气孔和存样衬管连通刀口。

振动器安装底座上有与护顶上的手把安装孔相对应的手把孔，手把与手把安装孔和手把孔滑动配合。振动器底座与护顶通过手把可拆卸的固定连接。手把即是操作人员向取样器施加外力的作用点，又是在使用重锤敲击或振动器等时的扶持部位。

本发明的优点是：存样衬管不承受、传递轴向力，可采用厚度较薄、强度较低的便宜材料制作；弹簧花瓣工作可靠；存样衬管与取样器的其它部件是分体结构，取样器组装、拆卸简单，取下存样衬管就能取出样品，可以将取出的存样衬管暂存，使用另外的存样衬管进行组装，大大的缩短取样时间，使取样器得到充分的利用，节约取样成本；滩涂样品在大气压力下自然贯入存样衬管，避免取样变形伸展现象产生，取样最大程度反映了取样点的地质状况；取样器护架的空心管道使刀口与取样洞之间的空间与大气连通，避免该空间形成负压，提起存样衬管省力。本发明结构简单，重量轻，制作成本低，便于携带、操作，是一种高效可靠的滩涂地质取样器。

附图说明

本发明一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

附图所示是本发明的一个实施例。

本实施例的弹簧花瓣2由空心圆柱体和花瓣弹性片两部分组成。花瓣弹性片用0.2mm H62黄铜皮制成，黄铜皮的上部制成间隔均匀的八片近似三角形的花瓣，黄铜皮卷成圆筒，其下部套装在不锈钢的空心圆柱体内，两者铆接。本实施例的存样衬管3是由PVC塑料的下水管材料制成。四根不锈钢取样器护架4的上下两端分别焊接在护顶5和刀口1的上，均匀排布，取样器护架4的底板呈板条状，底板上沿长度方向焊了一道不锈钢管8，不锈钢管8的空心管道下口在刀口1处，空心管道上口露出在护顶5处，空心管道使刀口1与取样洞之间的空间和大气连通，避免该空间形成负压，使提起取样器省力，而且不锈钢管8起到加强筋作用，防止取样器护架4变形，又不过多增加取样器护架4的重量，为了减少刀口1贯入的阻力，将空心管道下口制成向刀口轴线倾斜的斜面。应用中，为避免滩涂物质进入空心管道下口，可以在空心管道下口的下方3-5mm处加装同样倾斜角度的挡板。空心圆柱体的下端面与刀口1的上端面之间有密封垫片，空心圆柱体与刀口1密封配合；存样衬管3的下端面与空心圆柱体的上端面之间有密封垫片，存样衬管3与空心圆柱体密封配合，图中没有画出密封垫片。顶帽6的下部圆柱体直径小于存样衬管3的内径3mm，圆柱体侧壁上的密封槽里安装侧壁密封环10，侧壁密封环10将圆柱体侧壁与存样衬管3的内径密封。顶帽6的上部的直径大于下部圆柱体的直径，其外螺纹与护顶5的内径通过螺纹连接，顶帽6上部底端面与存样衬管3上端面存在2mm间隙，两者之间安装顶面密封环12。存样衬管3的外径小于护顶5的内径2mm，存样衬管3的外径与取样器护架4的间隙1.5mm。取样器的上部有振动器安装座，振动器安装座与护顶5的外圆滑动配合，振动器7安装在振动器安装座上，振动器安装座上的两个手把孔和护顶5上的两个手把安装孔都在护顶5直径方向的两侧，手把孔与手把安装孔同心，手把与手把安装孔和手把孔滑动配合。本实施例的振动器7是上海凯日达电器有限公司生产的“ZB5平板振动抹光机”上的振动器，220V\250W\7KG，振动器7连接手提发电机，图中没有画出手提发电机。本发明连接充电式振动器在使用上更方便。排气孔9在顶帽6的中心，存样衬管3经排气孔9、贯通护顶5和振动器安装座上的出气孔11与大气连通。本实施例的刀口1的外径与空心圆柱体的外径和取样器护架4围成圆的直径相同。

本实施例的护顶5高于顶帽6。在结构上略作改动，就能使顶帽6高于护顶5，顶帽6与护顶5两者的端面硬接触，外力的作用点施加在顶帽6上。

Claims (9)

1.一种便携式滩涂地质取样器，包括刀口（1）和开合花瓣，其特征在于取样器护架（4）的下方固定连接所述的刀口（1），其上方固定连接护顶（5）；取样器护架（4）有空心管道，空心管道的下口在刀口（1）处，空心管道下口制成向刀口轴线倾斜的斜面，空心管道下口的下方加装同样倾斜角度的挡板，空心管道的上口在存样衬管（3）贯入滩涂最深时露出在地面之上；所述的开合花瓣是弹簧花瓣（2），弹簧花瓣（2）的上部至少有八片花瓣弹性片，花瓣弹性片根部连接在弹簧花瓣（2）下部的空心圆柱体上，花瓣弹性片的顶部相对，滩涂地质样品从刀口（1）贯入时，花瓣弹性片的顶部被顶开，滩涂地质样品停止贯入、提起取样器时，在弹力的作用下花瓣弹性片的顶部合拢密封；存样衬管（3）的下部与空心圆柱体的上部可拆卸的密封配合，空心圆柱体的下部与刀口（1）的上部可拆卸的密封配合，存样衬管（3）的上端在护顶（5）的内孔中；护顶（5）与顶帽（6）可拆卸连接；顶帽（6）的上部底端面与存样衬管（3）的上端面之间安装顶面密封环（12）或顶面密封垫片；存样衬管（3）连通大气与刀口（1）；存样衬管（3）的外壳与取样管护架（4）的距离为1-3mm。

2.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于存样衬管（3）是塑料管。

3.根据权利要求1或2所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于存样衬管（3）沿轴线方向至少被分为相等的两体，相邻存样衬管（3）分体之间的连接配合面上分别有突起和凹槽，突起和凹槽密封配合，将存样衬管（3）分体可拆卸的连接为一体。

4.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于取样器护架（4）有四根，围绕取样器的轴线均匀排布。

5.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于弹簧花瓣（2）由花瓣弹性片和空心圆柱体两部分固定连接组成。

6.根据权利要求1或5所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于花瓣弹性片有八至十二片花瓣，沿空心圆柱体周边均匀排布；花瓣弹性片是H62黄铜制成；空心圆柱体采用不锈钢制成。

7.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于存样衬管（3）的下端面与空心圆柱体的上端面之间有密封垫片，可拆卸的密封配合，空心圆柱体的下端面与刀口（1）的上端面之间有密封垫片，可拆卸的密封配合。

8.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于顶帽（6）的下部是圆柱体，其直径小于存样衬管（3）的内径，圆柱体侧壁上的密封槽里安装侧壁密封环（10），侧壁密封环（10）将圆柱体侧壁与存样衬管（3）的内径密封；顶帽（6）的上部直径大于下部圆柱体的直径，顶帽（6）的上部与护顶（5）的内径通过螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的便携式滩涂地质取样器，其特征在于取样器的上有振动器安装座，振动器安装座的内孔与护顶（5）可拆卸的固定连接；顶帽（6）的中心有排气孔（9），存样衬管（3）经排气孔（9）、贯通护顶（5）和振动器安装座上的出气孔（11）与大气连通。