CN109269837A - 海底表层沉积物的取样装置及其装配方法 - Google Patents

海底表层沉积物的取样装置及其装配方法 Download PDF

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谢燮
胡红宇
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Abstract

本发明提供一种海底表层沉积物的取样装置及其装配方法。本装置包括抓斗机构、铰链四杆机构、丝杆螺母副机构和控制装置。其中铰链四杆机构是通过连杆与铰链的配合将抓斗的圆弧运动轨迹转化为铰链首端的竖直上下运动轨迹，丝杆螺母副机构将丝杆的左右旋转化为螺母的上下移动，为铰链丝杆机构提供上下运动的动力，控制装置监测着装置的运行状态，实时接收数据并向外发送指令。本发明在解放人力资源，提高生产质量的同时，还能够解决现有设备存在的经常取空、投放设备条件要求高、样品质量不合格等问题。

Description

海底表层沉积物的取样装置及其装配方法
技术领域
本发明涉及一种获取海底表层沉积物的设备及其安装方法，具体是一种海底表层沉积物的取样装置及其装配方法，它由电机控制，可实现智能化操作，简化人工操作技术难度，大大增加取泥的成功几率。
背景技术
目前在海低地质取样领域有多种取样工具可供使用，有箱式取样器、取样管、采泥器。
这些设备大多是依靠自身重力,工人操控绞车使得取泥器加速沉入海底。此类操作均由工人手工完成，对操作工人的熟练成度都有一定的要求，并且在经常出现取空的情况，在很大程度上也受到海底地质、水深、水流的影响，浪费人力、物力、时间。
现如今的取泥设备所存在的诸多问题主要是由于取泥的过程均是全部依靠自身的重力，不能智能化的操作采泥过程，所以经常出现采泥不成功的情况。
发明内容
本发明的目的是针对已有的技术存在的问题，提供一种海底表层沉积物的取样装置及其装配方法，该装置可控制采泥过程，通过电机控制抓斗的采泥速度，根据不同海底地质为设备相应的增加配重。通过这种采泥方法，不仅能大大增加采泥的成功几率，成功获取样本，而且还简化了控制设备的操作步骤，操作人员只需把采泥设备通过绞车匀速放入海底，等待采泥过程的动作全部完成，再次把设备拉出海面即可。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明提供一种通过对电机控制来实现自动化的海底表层沉积物的取样过程，整个装置包括了抓斗、铰链四杆机构、丝杆螺母副机构、控制装置。
其中抓斗的结构主要包括两个弧形挖斗，两个弧形挖斗通过铰链连接的方式构成一个完整的抓斗，主要用来海底表层沉积物的取样。
其中铰链四杆机构主要包括两个连接杆和两个弧形挖斗的延长杆。两个连接杆通过铰链的方式连接，同时两个连接杆与两个弧形挖斗的延长杆形成四杆机构，铰链四杆机构可带动抓斗实现海底表层沉积物的取样运动。
其中丝杆螺母副机构包括丝杆、螺母、联轴器。丝杆一端固定，另一端与联轴器连接。螺母与丝杆相连接，同时与铰链四杆机构通过螺栓连接。联轴器一端与电机连接，另一端与丝杆连接。丝杠螺母副机构是由可调速步进电机来驱动的，通过电机的正反转动带动丝杆左右旋转，从而使螺母沿着丝杆上下移动。丝杆螺母副机构将电机的旋转运动转化为螺母的上下运动，为铰链四杆机构的运动提供动力。
其中控制装置主要用于监测、控制海底表层沉积物的取样装置的运行状态，对压力传感器数据的接收与处理，控制电机的启停、速度以及转向。
根据上述发明构思，本发明采用的技术方案如下：
一种海底表层沉积物的取样装置，包括框架、电机、抓斗机构、铰链四杆机构、丝杆螺母副机构和控制装置，其特征在于：所述抓斗机构通过铰链与四杆机构连接，丝杠螺母副机构与铰链四杆机构连接，电机与丝杆螺母副机构连接，控制装置连接电机；所述控制装置向电机发送指令，电机驱动四杆螺母副机构，经铰链四杆机构传动，从而驱动抓斗工作。
所述抓斗机构主要包括两个弧形挖斗，该两个弧形挖斗通过铰链连接形成一个完整的抓斗，主要用来海底表层沉积物的取样，抓斗机构通过铰链连接的方式与铰链四杆机构相连接。
所述铰链四杆机构主要包括两个连接杆和两个弧形挖斗的延长杆，所述两个连接杆通过铰链的方式连接，与所述两个弧形挖斗的延长杆形成四杆机构，铰链四杆机构可带动抓斗机构实现海底表层沉积物的取样运动。
所述丝杠螺母副机构包括丝杆、螺母和联轴器，所述丝杆一端轴向定位，另一端与联轴器连接；所述螺母与丝杆相装配，同时与铰链四杆机构通过螺栓连接；所述联轴器一端与所述电机连接，另一端与丝杆连接；丝杆螺母副机构将电机的旋转运动转化为螺母的上下移动，为铰链四杆机构的运动提供动力。
所述控制装置是一个总控制器被密封安装在框架上端的一个控制柜里面，用于监测、控制海底表层沉积物的取样装置的运行状态，实时接收数据并向电机发送指令。
本发明在装备中主要由上端控制柜和下端外型框架两部分组成，并且还提供一种系统的装备方法，有安装精准、操作简的优点。其主要包括以下步骤：
步骤一：框架的搭建，所使用的零件主要为40x40mm的铝型材（13）、不锈钢板材（16），此步骤主要确定抓斗（1）铰链位置和电机（2）安放位置的确定，电机（2）垂直安装，以备后续取用；
步骤二：挖泥抓斗（1）及铰链四杆机构（Ⅱ）的安装，将两个挖泥抓斗（1）通过圆柱
铰链安装在固定的框架上；
步骤三：安装上端控制装置（Ⅳ），将控制柜（11）通过螺栓连接在框架的上端；
步骤四：U型槽的安装：一个U型槽（9）是用来限制一个滑块（6）的上下运动轨迹，将U型槽（9）分别固定在框架上端控制柜（11）上；
步骤五：将滑块（12）的下端与铰链四杆机构（Ⅱ）的首端通过铰链连接在一起，并将两个滑块（12）通过螺钉固定在一块钢板（17）上，以备后续丝杆（5）、螺母（6）安装使用，等待装配；
步骤六：将电机（2）安装在框架上，电机的输出轴连接联轴器（4），联轴器（4）连接丝杆（5），在丝杆（5）的上下两端加装滚动轴承，以提高精度平衡所受轴向力；
步骤七：将螺母（6）通过螺钉连接在铰链四连杆机构（Ⅱ）的钢板上，从而使得螺母（6）的运动带动挖泥抓斗（1）的运动，装备完成。
步骤八：控制柜盖的安装：将控制柜盖通过螺钉连接在控制柜（11）的上面，以实现简单的封闭空间保护丝杆螺母副机构。
与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：本发明在解放人力资源，提高生产质量的同时，还能够解决现有设备存在的经常取空、投放设备条件要求高、样品质量不合格等问题。铰链四杆机构、丝杠螺母副以及传感器、控制器的应用，大大增加了设备的可操控性，装备过程简单，成功率高符合现代化设备的生产要求。
附图说明
图1 是本发明实施例所述的海底表层沉积物的取样装置的结构示意图；
图2 是本发明所述的海底表层沉积物的取样装置的装配示意图；
图3 是本发明所述的海底表层沉积物的取样装置的抓斗机构示意图；
图4 是本发明所述的海底表层沉积物的取样装置的铰链四杆机构示意图；
图5 是本发明所述的海底表层沉积物的取样装置的丝杆螺母副机构示意图；
图6 是本发明所述的海底表层沉积物的取样装置的控制装置示意图；
其中，1.挖斗 2.电机 3.连杆 4.联轴器 5.丝杆 6.螺母 7.圆柱铰链 8.固定支架9.U型槽 10.总控制器 11.上端控制柜 12.滑块 13.铝型材 14.承重架 15.压力传感器16.不锈钢板材 17.钢板。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：参见图1~图6，
一种海底表层沉积物的取样装置，包括框架、电机、抓斗机构、铰链四杆机构、丝杆螺母副机构和控制装置，其特征在于：所述抓斗机构通过铰链与四杆机构连接，丝杠螺母副机构与铰链四杆机构连接，电机与丝杆螺母副机构连接，控制装置连接电机；所述控制装置向电机发送指令，电机驱动四杆螺母副机构，经铰链四杆机构传动，从而驱动抓斗工作。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述抓斗机构主要包括两个弧形挖斗，该两个弧形挖斗通过铰链连接形成一个完整的抓斗，主要用来海底表层沉积物的取样，抓斗机构通过铰链连接的方式与铰链四杆机构相连接。
所述铰链四杆机构主要包括两个连接杆和两个弧形挖斗的延长杆，所述两个连接杆通过铰链的方式连接，与所述两个弧形挖斗的延长杆形成四杆机构，铰链四杆机构可带动抓斗机构实现海底表层沉积物的取样运动。
所述丝杠螺母副机构包括丝杆、螺母和联轴器，所述丝杆一端轴向定位，另一端与联轴器连接；所述螺母与丝杆相装配，同时与铰链四杆机构通过螺栓连接；所述联轴器一端与所述电机连接，另一端与丝杆连接；丝杆螺母副机构将电机的旋转运动转化为螺母的上下移动，为铰链四杆机构的运动提供动力。
所述控制装置是一个总控制器被密封安装在框架上端的一个控制柜里面，用于监测、控制海底表层沉积物的取样装置的运行状态，实时接收数据并向电机发送指令。
实施例三：
如图1~图6所示，本发明海底表层沉积物取样装置包括抓斗机构（如图3）、铰链四杆机构（如图4）、丝杆螺母副机构（如图5）和控制装置（如图6）。其中铰链四杆机构是通过连杆与铰链的配合将抓斗的圆弧运动轨迹转化为铰链首端的竖直上下运动，丝杆螺母副机构将丝杆的旋转运动转化为螺母的上下移动，为铰链四杆机构提供上下运动的动力，控制装置监测着设备的运行状态，实时接收数据并向外发送指令。
如图1-6所示，本发明海底层沉积物的取样装置的装配方法分以下八个步骤完成：
步骤一：框架的搭建，所使用的零件主要为40x40mm的铝型材（13）、不锈钢板材（16），此步骤主要确定抓斗（1）铰链位置和电机（2）安放位置的确定，电机（2）垂直安装，以备后续取用；
步骤二：挖泥抓斗（1）及铰链四杆机构（Ⅱ）的安装，将两个挖泥抓斗（1）通过圆柱铰链安装在固定的框架上；
步骤三：安装上端控制装置（Ⅳ），将控制柜（11）通过螺栓连接在框架的上端；
步骤四：U型槽的安装：一个U型槽（9）是用来限制一个滑块（6）的上下运动轨迹，将U型槽（9）分别固定在框架上端控制柜（11）上；
步骤五：将滑块（12）的下端与铰链四杆机构（Ⅱ）的首端通过铰链连接在一起，并将两个滑块（12）通过螺钉固定在一块钢板（17）上，以备后续丝杆（5）、螺母（6）安装使用，等待装配；
步骤六：将电机（2）安装在框架上，电机的输出轴连接联轴器（4），联轴器（4）连接丝杆（5），在丝杆（5）的上下两端加装滚动轴承，以提高精度平衡所受轴向力；
步骤七：将螺母（6）通过螺钉连接在铰链四连杆机构（Ⅱ）的钢板（17）上，从而使得螺母（6）的运动带动挖泥抓斗（1）的运动，装备完成。
步骤八：控制柜盖的安装：将控制柜盖通过螺钉连接在控制柜（11）的上面，以实现简单的封闭空间来保护丝杆螺母副机构（Ⅲ）。

Claims (6)

1.一种海底表层沉积物的取样装置，包括框架、电机（2）、抓斗机构（Ⅰ）、铰链四杆机构（Ⅱ）、丝杆螺母副机构（Ⅲ）和控制装置（Ⅳ），其特征在于：所述抓斗机构（Ⅰ）通过铰链与四杆机构（Ⅱ）连接，丝杠螺母副机构（Ⅲ）与铰链四杆机构（Ⅱ）连接，电机（2）与丝杆螺母副机构（Ⅲ）连接，控制装置（Ⅳ）连接电机（2）；所述控制装置（Ⅳ）向电机（2）发送指令，电机（2）驱动四杆螺母副机构（Ⅲ），经铰链四杆机构（Ⅱ）传动，从而驱动抓斗（Ⅰ）工作。
2.根据权利要求1所述的海底表层沉积物的取样装置，其特征在于：所述抓斗机构（Ⅰ）主要包括两个弧形挖斗（1），该两个弧形挖斗（1）通过铰链连接形成一个完整的抓斗，主要用来海底表层沉积物的取样，抓斗机构（Ⅰ）通过铰链连接的方式与铰链四杆机构（Ⅱ）相连接。
3.根据权利要求1所述的海底表层沉积物的取样装置，其特征在于：所述铰链四杆机构（Ⅱ）主要包括两个连接杆（Ⅱ-1）和两个弧形挖斗的延长杆（Ⅱ-2），所述两个连接杆（Ⅱ-1）通过铰链的方式连接，与所述两个弧形挖斗的延长杆（Ⅱ-2）形成四杆机构，铰链四杆机构（Ⅱ）可带动抓斗机构（Ⅰ）实现海底表层沉积物的取样运动。
4.根据权利要求1所述的海底表层沉积物的取样装置，其特征在于：所述丝杠螺母副机构（Ⅲ）包括丝杆（5）、螺母（6）和联轴器（4），所述丝杆（5）一端轴向定位，另一端与联轴器（4）连接；所述螺母（6）与丝杆（5）相装配，同时与铰链四杆机构（Ⅱ）通过螺栓连接；所述联轴器（4）一端与所述电机（2）连接，另一端与丝杆（5）连接；丝杆螺母副机构（Ⅲ）将电机（2）的旋转运动转化为螺母（7）的上下移动，为铰链四杆机构（Ⅱ）的运动提供动力。
5.根据权利要求1所述的海底表层沉积物的取样装置，其特征在于：所述控制装置（Ⅳ）是一个总控制器（10）被密封安装在框架上端的一个控制柜（11）里面，用于监测、控制海底表层沉积物的取样装置的运行状态，实时接收数据并向电机（2）发送指令。
6.一种海底表层沉积物的取样装置的装配方法，用于对根据权利要求1所述的海底表层沉积物的取样装置进行装配，其特征在于：具体操作包括以下步骤：
步骤一：框架的搭建，所使用的零件主要为40x40mm的铝型材（13）、不锈钢板材（16），此步骤主要确定抓斗（1）铰链位置和电机（2）安放位置的确定，电机（2）垂直安装，以备后续取用；
步骤二：挖泥抓斗（1）及铰链四杆机构（Ⅱ）的安装，将两个挖泥抓斗（1）通过圆柱铰链安装在固定的框架上；
步骤三：安装上端控制装置（Ⅳ），将控制柜（11）通过螺栓连接在框架的上端；
步骤四：U型槽的安装：一个U型槽（9）是用来限制一个滑块（6）的上下运动轨迹，将U型槽（9）分别固定在框架上端控制柜（11）上；
步骤五：将滑块（12）的下端与铰链四杆机构（Ⅱ）的首端通过铰链连接在一起，并将两个滑块（12）通过螺钉固定在一块钢板（17）上，以备后续丝杆（5）、螺母（6）安装使用，等待装配；
步骤六：将电机（2）安装在框架上，电机的输出轴连接联轴器（4），联轴器（4）连接丝杆（5），在丝杆（5）的上下两端加装滚动轴承，以提高精度平衡所受轴向力；
步骤七：将螺母（6）通过螺钉连接在铰链四连杆机构（Ⅱ）的钢板上，从而使得螺母（6）的运动带动挖泥抓斗（1）的运动，装备完成；
步骤八：控制柜盖的安装：将控制柜盖通过螺钉连接在控制柜（11）的上面，以实现简单的封闭空间保护丝杆螺母副机构。
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