CN108020442B - 液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器及取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器及取样方法，取样器包括液压源、保压筒、取样管、翻板密封机构及开启阀；翻板密封机构安装在保压筒底部开口处，翻板密封机构包括翻板阀座及翻板阀，翻板阀座与保压筒密封连接；翻板阀靠近阀孔铰接在翻板阀座上，翻板阀与翻板阀座之间设有扭簧；取样管插装在保压筒内，取样管上设有与保压筒内孔配合的取样管活塞，取样管与翻板阀座上的阀孔同轴；所述液压源与开启阀的进油口通过管道连接，开启阀的出油口通过管道与保压筒侧壁的通孔连接，保压筒顶部设有回流孔，回流孔与翻板阀安装处的内腔之间通过管道连通。本发明结构简单、紧凑、操作方便，本发明设有保压筒，确保了采样保真效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底取样装置，尤其是涉及一种液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器及取样方法。
背景技术
海底沉积物中蕴藏着大量的微生物，这些微生物是人类认识和研究深渊生命演化及海底环境变化的重要途径。由于海底特殊的高压、低温环境条件，在海底沉积物采集过程中必须尽可能减小微生物的外部环境压力和温度的波动，避免外部压力和温度的变化对嗜压、低温微生物生命特征的影响。然而，目前大部分水下作业装备所使用的机械手持式海底沉积物取样器均为非气密保压取样器，这将对嗜压、低温微生物生命特征的研究产生较大影响，因此，必须研制机械手持式海底沉积物保真(保压+保温)取样器，从而为海底微生物群落生命演化等科学研究提供高质量海底保真样品。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、紧凑，操作方便、可靠的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器及取样方法。
本发明采用的技术方案是：一种液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，包括液压源、保压筒、取样管、翻板密封机构及开启阀；翻板密封机构安装在保压筒底部开口处，翻板密封机构包括翻板阀座及翻板阀，翻板阀座与保压筒密封连接；所述翻板阀靠近阀孔铰接在翻板阀座上，翻板阀与翻板阀座之间设有扭簧；取样管插装在保压筒内，取样管上设有与保压筒内孔配合的取样管活塞，取样管与翻板阀座上的阀孔同轴；所述液压源与开启阀的进油口通过管道连接，开启阀的出油口通过管道与保压筒侧壁的通孔连接，保压筒顶部设有回流孔，回流孔与翻板阀安装处的内腔之间通过管道连通。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述液压源安装在保压筒顶部，液压源包括耐压筒、压缩弹簧、环形端盖及环形凸台活塞；所述环形端盖安装在耐压筒顶部开口处；所述环形凸台活塞套装在耐压筒内腔中，环形凸台活塞通过O形密封圈与耐压筒内壁进行密封；环形端盖与环形凸台活塞之间设有压缩弹簧；耐压筒底部径向上设有出油口。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述保压筒的顶部设压力补偿器连接孔，所述压力补偿器连接孔通过耐压管与压力补偿器连接；所述保压筒内孔下端处安装有端盖，端盖的内孔侧壁上安装有耐磨环和轴用格莱圈；端盖通过O形密封圈与保压筒内壁进行密封；所述保压筒外壁上还固定安装有手柄。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述取样管活塞安装在取样管顶部，取样管活塞上安装有耐磨环和孔用格莱圈；所述取样管活塞内设有导流孔，导流孔为台阶孔，下部直径大于上部直径，过渡处采用的是上小下大的锥形孔；导流孔下部设有钢球，导流孔底部安装有固定环，固定环的内孔为上大下小的锥形；所述取样管底部内壁上固定有环形花瓣刀头。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述开启阀包括阀芯、弹簧、触发杆、阀套及阀座；阀座上设有阀芯安装孔，所述阀芯通过弹簧压紧在阀芯安装孔内，安装孔与进油口连通；所述阀套固定在阀座上，所述触发杆安装在阀套内孔内，触发杆通过O形密封圈与阀套内孔侧壁进行密封；触发杆与安装孔同轴，触发杆朝向安装孔一端与阀芯接触；所述的阀套上设有出油口；所述保压筒耐磨环上方侧壁上设有连接孔，出油口通过管道与连接孔连接。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述翻板密封机构通过螺栓固定在保压筒的底部；所述翻板密封机构的翻板阀座通过O形密封圈与保压筒内壁进行密封；翻板阀座上阀孔的底部设有防尘圈。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述压力补偿器包括耐压缸体、活塞、补偿器端盖及充气阀；所述补偿器端盖密封安装在耐压缸体顶部开口处；补偿器端盖上设有通孔，并通过耐压管与充气阀连接；活塞置于耐压缸体内，耐压缸体底部设有高压管连接孔，通过高压管与保压筒连通；所述压力补偿器通过固定板固定在保压筒外壁。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器中，所述保压筒内壁上涂有保温层。
一种利用上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的取样方法，具体操作步骤如下：
（1）先压紧开启阀的触发杆，并将取样管从保压筒向外拔出，直至取样管活塞移动至保压筒内的端盖顶部；将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底；
（2）利用机械手抓取液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器移动到垂直于海底沉积物表面的位置；
（3）利用机械手将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器垂直压入海底沉积物中，直到取样管全部压入海底沉积物为止；
（4）利用机械手将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底沉积物中拔出；
（5）利用机械手触发开启阀，使得液压源内的流体在压缩弹簧作用下经开启阀进入保压筒内壁与取样管活塞之间的环状间隙内，带动取样管回收至保压筒内，翻板阀在扭簧的作用下完成翻板阀密封；
（6）将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底回收至海面。
上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的取样方法中，在将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底之前，通过充气阀向压力补偿器的活塞与补偿器端盖之间的腔隙内预充惰性气体，使得活塞移动至耐压缸体顶部位置。
与现有技术相比，本发明的技术效果是：
（1）本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器结构紧凑，外形尺寸小，特别适合于如载人/无人潜水器、ROV等水下作业装备的机械手操控。而且本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器设有保压筒，保压筒可以对采样进行保压、保温，确保了采样保真效果。
（2）本发明只需机械手一次触发动作即可实现取样器整体自动动作与自动气密密封功能，操控十分便利，可靠。
附图说明
图1是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的结构示意图。
图2是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的液压源的结构示意图。
图3是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的保压筒的结构示意图。
图4是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的取样管的结构示意图。
图5是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的开启阀的结构示意图。
图6是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的翻板密封机构的结构示意图。
图7是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的压力补偿器的结构示意图。
图8是本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器回收取样管后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器包括液压源1、保压筒3、开启阀4、翻板密封机构6及取样管7。所述液压源1安装在保压筒3顶部，开启阀4安装在保压筒3侧壁上；翻板密封机构6安装在保压筒3下端开口处，取样管7插装在保压筒3内。
所述保压筒3下端开口，翻板密封机构6通过螺栓10固定在保压筒3的底部。如图6所示，所述翻板密封机构6包括翻板阀座604、翻板阀601、扭簧602，所述的翻板阀座604通过O形密封圈603与保压筒3内孔侧壁密封连接，翻板阀座604上设有阀孔606，翻板阀座604上端面上阀孔606处铰接有翻板阀601，翻板阀601上设有O形密封圈605，翻板阀座604与翻板阀601之间设有扭簧602，翻板阀601能够在扭簧602的作用下完成翻板阀密封。阀孔606的下端设有防尘圈607；阀孔606与取样管7同轴。
如图3所示，保压筒3的顶部设压力补偿器连接孔305和回流孔306；所述压力补偿器连接孔305通过耐压管8与压力补偿器9连接。所述回流孔306通过回流管307与保压筒3下端侧壁上的连接孔310连接，连接孔310置于翻板密封机构6安装处，位于翻板密封机构6上方。所述保压筒3内孔下端处安装有端盖304，端盖304的内壁上分别安装有耐磨环308和轴用格莱圈303；端盖304通过O形密封圈309与保压筒3内壁进行密封。所述保压筒3上设有高压管连接孔302；保压筒3外壁上还固定安装有手柄301。高压管连接孔302，靠近端盖304设置，位于端盖304上方，用于与开启阀4的出油口连接。
如图4所示，所述取样管7顶部设有与保压筒3内孔配合的取样管活塞701，取样管活塞701上分别安装有耐磨环705和孔用格莱圈702。所述取样管活塞701内设有导流孔703，导流孔703为台阶孔，下部直径大于上部直径，过渡处采用的是上小下大的锥形孔；导流孔703下部设有钢球705，导流孔703底部安装有固定环706，固定环7065的内孔为上大下小的锥形。所述取样管7底部内壁上固定有环形花瓣刀头707。
如图2所示，所述液压源1包括耐压筒101、压缩弹簧102、环形端盖106和环形凸台活塞103；所述环形端盖106安装在耐压筒101顶部开口处；所述环形凸台活塞103套装在耐压筒101内腔内，环形凸台活塞103通过O形密封圈104与耐压筒101内壁进行密封。所述的环形端盖106与环形凸台活塞103之间设有压缩弹簧102；耐压筒101内腔底部径向上设有出油口105。
如图5所示，所述开启阀4包括阀芯409、弹簧410、触发杆402、阀套404及阀座405；所述阀芯409通过弹簧410压紧在阀芯安装孔406内，安装孔406与进油口407连通；所述阀套404固定在阀座405上，所述触发杆402安装在阀套404内孔内，触发杆402通过O形密封圈403与阀套404内孔侧壁进行密封。触发杆402与安装孔406同轴，触发杆402朝向安装孔406一端与阀芯409接触，另一端固定安装有触发板401。所述的阀套404上设有出油口408，出油口408通过高压管5与保压筒3的高压管连接孔302连接。
所述压力补偿器9通过固定板902固定在保压筒3外壁；如图7所示，所述压力补偿器9包括耐压缸体901、活塞903、补偿器端盖904及充气阀906。所述补偿器端盖904密封安装在耐压缸体901顶部开口处；补偿器端盖904上设有通孔，并通过耐压管905与充气阀906连接；活塞903置于耐压缸体901内，活塞903通过O形密封圈908与耐压缸体901内壁进行密封，耐压缸体901底部设有高压管连接孔907，通过高压管8与保压筒3的压力补偿器连接孔305连通。活塞903将耐压缸体901分成A腔和B腔，A腔与保压筒3连通，B腔与充气阀906连通。
当本发明的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器完成海底沉积物取样后，利用机械手11对开启阀4进行一次触发，液压源1内的流体在压缩弹簧103作用下经高压管2和开启阀4进入保压筒3内壁与取样管7之间的环状间隙内，取样管活塞701带动取样管7回收至保压筒3内，翻板密封机构6的翻板阀601在扭簧602作用下完成翻板阀密封，进而实现对保压筒3的气密密封。同时，保压筒3内壁涂有的保温层，保温层和压力补偿器9能够对采样进行保真。
利用上述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器进行海底沉积物样品的取样方法，具体操作步骤如下：
（1）先压紧开启阀4的触发杆402，并将取样管7从保压筒3向外拔出，直至取样管活塞701移动至保压筒3的端盖304顶部；将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底；
（2）通过充气阀906向压力补偿器9的B腔（活塞903与补偿器端盖904之间的腔隙）预充惰性气体，使得活塞903移动至A腔（活塞903与补偿器顶部之间的腔隙）顶部位置；将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底，在此过程中，由于外界海水压力的作用，压力补偿器9的活塞903将向B腔移动，直到A腔和B腔内的压力达到平衡；
（3）利用机械手11抓取液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的手柄301，将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器移动到垂直于海底沉积物表面的位置；
（4）利用机械手11将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器垂直压入海底沉积物中，直到取样管全部压入海底沉积物为止；
（5）利用机械手11将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底沉积物中拔出；
（6）利用机械手11的油缸1101推动开启阀4的触发板401，打开开启阀4；液压源1内的流体在压缩弹簧103作用下经高压管2和开启阀4进入保压筒3内壁与取样管活塞701之间的环状间隙内，并带动取样管7回收至保压筒3内，翻板密封机构6的翻板阀601在扭簧602作用下完成翻板阀密封。
(7) 将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底回收至海面。在将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底回收至海面过程中，由于外界海水压力的减小以及外界温度的升高，保压筒3将膨胀变形，此时压力补偿器9的B腔内的惰性气体将推动活塞903向A腔移动，迫使A腔内的海水经高压管8向保压筒3流动，从而补偿由于保压筒3膨胀变形而导致保压筒1内部的压力损失。同时，保压筒3内壁涂有的保温层将使保压筒3内部保持较低温度。
Claims (9)
1.一种液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器 ,其特征在于：包括液压源、保压筒、取样管、翻板密封机构及开启阀；翻板密封机构安装在保压筒底部开口处，翻板密封机构包括翻板阀座及翻板阀，翻板阀座与保压筒密封连接；所述翻板阀靠近阀孔铰接在翻板阀座上，翻板阀与翻板阀座之间设有扭簧；取样管插装在保压筒内，取样管上设有与保压筒内孔配合的取样管活塞，取样管与翻板阀座上的阀孔同轴；所述液压源与开启阀的进油口通过管道连接，开启阀的出油口通过管道与保压筒侧壁的通孔连接，保压筒顶部设有回流孔，回流孔与翻板阀安装处的内腔之间通过管道连通；
所述开启阀包括阀芯、弹簧、触发杆、阀套及阀座，阀座上设有阀芯安装孔，所述阀芯通过弹簧压紧在阀芯安装孔内，安装孔与进油口连通；所述阀套固定在阀座上，所述触发杆安装在阀套内孔内，触发杆通过O形密封圈与阀套内孔侧壁进行密封；触发杆与安装孔同轴，触发杆朝向安装孔一端与阀芯接触；所述的阀套上设有出油口；所述保压筒耐磨环上方侧壁上设有连接孔，出油口通过管道与连接孔连接；
所述液压源安装在保压筒顶部，液压源包括耐压筒、压缩弹簧、环形端盖及环形凸台活塞；所述环形端盖安装在耐压筒顶部开口处；所述环形凸台活塞套装在耐压筒内腔中，环形凸台活塞通过O形密封圈与耐压筒内壁进行密封；环形端盖与环形凸台活塞之间设有压缩弹簧；
所述保压筒的顶部设压力补偿器连接孔，所述压力补偿器连接孔通过耐压管与压力补偿器连接；
所述压力补偿器包括耐压缸体、活塞、补偿器端盖及充气阀，所述补偿器端盖密封安装在耐压缸体顶部开口处；补偿器端盖上设有通孔，并通过耐压管与充气阀连接，活塞置于耐压缸体内；
所述回流孔通过回流管与保压筒下端侧壁上的连接孔连接，连接孔置于翻板密封机构安装处，位于翻板密封机构上方。
2.根据权利要求1所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：耐压筒底部径向上设有出油口。
3.根据权利要求2所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：所述保压筒内孔下端处安装有端盖，端盖的内孔侧壁上安装有耐磨环和轴用格莱圈；端盖通过O形密封圈与保压筒内壁进行密封；所述保压筒外壁上还固定安装有手柄。
4.根据权利要求1所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：所述取样管活塞安装在取样管顶部，取样管活塞上安装有耐磨环和孔用格莱圈；所述取样管活塞内设有导流孔，导流孔为台阶孔，下部直径大于上部直径，过渡处采用的是上小下大的锥形孔；导流孔下部设有钢球，导流孔底部安装有固定环，固定环的内孔为上大下小的锥形；所述取样管底部内壁上固定有环形花瓣刀头。
5.根据权利要求1所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：所述翻板密封机构通过螺栓固定在保压筒的底部；所述翻板密封机构的翻板阀座通过O形密封圈与保压筒内壁进行密封；翻板阀座上阀孔的底部设有防尘圈。
6.根据权利要求3所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：活塞置于耐压缸体内，耐压缸体底部设有高压管连接孔，通过高压管与保压筒连通；所述压力补偿器通过固定板固定在保压筒外壁。
7.根据权利要求2所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，其特征是：所述保压筒内壁上涂有保温层。
8.一种利用权利要求1-7中任一权利要求所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的取样方法，具体操作步骤如下：
（1）先压紧开启阀的触发杆，并将取样管从保压筒向外拔出，直至取样管活塞移动至保压筒内的端盖顶部；将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底；
（2）利用机械手抓取液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器，将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器移动到垂直于海底沉积物表面的位置；
（3）利用机械手将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器垂直压入海底沉积物中，直到取样管全部压入海底沉积物为止；
（4）利用机械手将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底沉积物中拔出；
（5）利用机械手触发开启阀，使得液压源内的流体在压缩弹簧作用下经开启阀进入保压筒内壁与取样管活塞之间的环状间隙内，带动取样管回收至保压筒内，翻板阀在扭簧的作用下完成翻板阀密封；
（6）将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器从海底回收至海面。
9.根据权利要求8所述的液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器的取样方法，在将液压驱动机械手持海底沉积物保真取样器下放至海底之前，通过充气阀向压力补偿器的活塞与补偿器端盖之间的腔隙内预充惰性气体，使得活塞移动至耐压缸体顶部位置。
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