CN110455573A - 深海沉积物原位插管装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及深海沉积物原位采样，尤其是一种深海沉积物原位插管装置。包括取样箱体、左抓斗、右抓斗、弹簧支座、压缩弹簧、取样管支座和取样管，弹簧支座、压缩弹簧、取样管支座和取样管设置在取样箱体的中部，取样箱体的下部外侧对称设置左抓斗和右抓斗，左抓斗和右抓斗的中部与取样箱体铰接，取样箱体的底部呈开口状，左抓斗和右抓斗在上下运动时实现了取样箱体下部的打开和关闭，左抓斗和右抓斗的上下运动通过连杆机构实现。在抓斗箱式取样器基础上提出了一种深海沉积物原位插管装置，在抓斗闭合完成取样时由储力弹簧把取样管插入沉积物，保证了原位采样，上岸后直接取管分析，数据准确。

Description

深海沉积物原位插管装置
技术领域
本发明涉及深海沉积物原位采样，尤其是一种深海沉积物原位插管装置。
背景技术
海底沉积物，尤其是深海沉积物，对于岩土工程中地基土强度和稳定性的评价、地质工程中沉积年代的划分、生物工程中底栖生物的研究和环境工程中污染物的分析十分重要。目前，采集海底表面深层沉积物的有效方式主要是抓斗箱式取样器，主要依靠取样器自身重力及辅助配重，将开合状态抓斗扎到海底沉积物中，再通过缆车系统使抓斗闭合提拔上船获得样品。箱式取样器在上升过程因为水流冲击、侵入，采集物容易松动、混合，破坏土层分布，上岸开合抓斗取样操作起来比较麻烦，再次破坏土层，采集的数据不准确。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，在抓斗箱式取样器基础上提出了一种深海沉积物原位插管装置，在抓斗闭合完成取样时由储力弹簧把取样管插入沉积物，保证了原位采样，上岸后直接取管分析，数据准确。
本发明的技术方案是：一种深海沉积物原位插管装置，包括取样箱体，其中，还包括左抓斗、右抓斗、弹簧支座、压缩弹簧、取样管支座和取样管，弹簧支座、压缩弹簧、取样管支座和取样管设置在取样箱体的中部，取样箱体的下部外侧对称设置左抓斗和右抓斗，左抓斗和右抓斗的中部与取样箱体铰接，取样箱体的底部呈开口状，左抓斗和右抓斗在上下运动时实现了取样箱体下部的打开和关闭，左抓斗和右抓斗的上下运动通过连杆机构实现；
所述弹簧支座的底部固定有数个压缩弹簧，取样管支座的底部固定有数个取样管，弹簧支座和压缩弹簧位于取样管支座的上方，弹簧支座的侧壁通过短连杆与左抓斗和右抓斗的顶部表面连接；
所述取样管支座的两对称侧壁上均设有悬挂座，对应的在取样箱体的内壁设有转换板，转换板与取样箱体铰接，转换板呈L形，转换板的两自由端均设有圆弧面A，对应的悬挂座的底部设有圆弧槽，圆弧面A设置在悬挂座的圆弧槽内，转换板与取样箱体的侧壁之间通过拉伸小弹簧连接，转换板的上方设有限位轴，限位轴固定在取样箱体的内壁，所述两转换板之间存在间隙，弹簧支座的底部中央设有凸起，凸起位于两转换板之间间隙的正上方，凸起的长度大于两转换板之间的间隙；
所述连杆机构包括提拉架和两根连杆，取样箱体的顶部设置开口，连杆穿过开口插入取样箱体内，连杆的顶端与提拉架的底端铰接，连杆的底端分别与左抓斗、右抓斗的顶端铰接，提拉架的顶端设有绳索；
所述取样箱体的顶部设有挂钩架，挂钩架的一端与取样箱体铰接，另一自由端设有弧形凸起，对应的在提拉架的上部固定有挂钩，挂钩的顶部设有弧形的挂钩槽，挂钩架顶部的凸起设置在提拉架的挂钩架的弧形槽内，在挂钩架和提拉架连接处的套管内壁设有弹簧，实现提拉架和取样箱体之间的连接。
本发明中，所述取样管支座的底部沿其长度和宽度方向均间隔设置数个取样管，所述取样管呈矩阵排列。
为了实现短连杆顶端的上下运动，在所述取样管支座的侧壁设有竖直方向设置的导向槽，以便于短连杆顶端的上下运动。
所述取样箱体的顶部固定有套管，提拉架在套管内上下运动，套管起到了导向作用。
所述转换板由连接板Ⅰ和连接板Ⅱ垂直连接而成，L形转换板的交点处通过小轴与取样箱体1铰接，连接板Ⅰ与取样箱体的侧壁之间通过拉伸小弹簧连接，连接板Ⅱ的内壁设有限位轴。
本发明的有益效果：
该装置采用机械部件之间的动作关系实现了深海沉积物的原位采集，其结构简单，操作方便，成本低，实现了海底沉积物的快速、准确的取样。
附图说明
图1是该装置中的左右抓斗呈张开状态的主视结构示意图；
图2是图1中的W处局部放大图；
图3是该装置中的左右抓斗呈张开状态的左视结构示意图；
图4是图3的B-B向剖视图；
图5是图3的G-G向剖视图；
图6是图5中的H-H向剖视图；
图7是该装置中的左右抓斗呈闭合状态的左视结构示意图；
图8是该装置中的左右抓斗呈闭合状态的主视结构示意图；
图9是图7的C-C向剖视图；
图10是图7的F-F向剖视图。
图中：1取样箱体；2左抓斗；3右抓斗；4连杆；5提拉架；501挂钩；6挂钩架；7弹簧；8短连杆；9弹簧支座；10压缩弹簧；11取样管支座；12转换板；13拉伸弹簧；14销轴；15主轴；16取样管；17绳索；18套管；19悬挂座。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
本发明所述的深海沉积物原位插管装置包括取样箱体1、左抓斗2、右抓斗3、弹簧支座9、压缩弹簧10、取样管支座11和取样管16，弹簧支座9、压缩弹簧10、取样管支座11和取样管16设置在取样箱体1内，取样箱体1的下部外侧对称设置左抓斗2和右抓斗3，左抓斗2和右抓斗3的中部通过主轴15与取样箱体1铰接，取样箱体1的底部呈开口状，左抓斗2和右抓斗3在上下运动时实现了取样箱体1下部的打开和关闭。如图1和图2为左抓斗和右抓斗呈打开状态时的结构示意图；图7和图8为左抓斗和右抓斗向下旋转，使取样箱体呈闭合状态时的结构示意图。左抓斗2和右抓斗3的上下运动通过连杆机构的动作实现的，连杆机构的底部分别与左抓斗2和右抓斗的顶部铰接。
弹簧支座9的底部固定有数个压缩弹簧10，在弹簧支座9的底部沿其长度和宽度方向均间隔设置数个压缩弹簧10。取样管支座11的底部固定有数个取样管16，如图6所示，取样管支座11的底部沿其长度和宽度方向均间隔设置数个取样管16，即取样管16呈矩阵排列。弹簧支座9和压缩弹簧10位于取样管支座11的上方。弹簧支座9的两对称侧壁分别通过两短连杆8与左抓斗2和右抓斗3的顶部表面连接，短连杆8的顶端与弹簧支座11铰接，短连杆8的底端与左抓斗或右抓斗3的顶部表面铰接。当左抓斗2和右抓斗3向下运动时，通过短连杆8带动弹簧支座9向下运动，当左抓斗2和右抓斗3向上运动时，通过短连杆8带动弹簧支座9向上运动。为了实现短连杆8顶端的上下运动，在取样管支座11上设有竖直方向设置的导向槽，以便于短连杆8顶端的上下运动。
取样管支座11的两对称侧壁上均设有悬挂座19，对应的在取样箱体1的内壁设有转换板12。本实施例中，取样管支座11的每一侧壁上均设有两个悬挂座19，因此在对应一侧的取样箱体1的内壁上设有两个转换板12。转换板12呈L形，即转换板12由连接板Ⅰ和连接板Ⅱ垂直连接而成。L形转换板的交点处通过小轴14与取样箱体1铰接。当左抓斗2和右抓斗3呈打开状态时，转换板12的两自由端均朝上设置，两自由端均设有圆弧面A，对应的悬挂座19的底部设有圆弧槽，圆弧面A设置在悬挂座19的圆弧槽内。为了使转换板12将悬挂座19支撑柱，连接板Ⅰ与取样箱体的侧壁之间通过拉伸小弹簧13连接，连接板Ⅱ的内壁设有限位轴10，限位轴10固定在取样箱体1的内壁。在拉伸小弹簧13的弹力支撑作用以及限位轴10的限位作用下，使转换板12的位置固定，从而实现了转换板12对悬挂座19和取样管支座11的支撑。
两转换板12之间存在一定的间隙，弹簧支座9的底部中央设有凸起，凸起位于两转换板12之间间隙的正上方，凸起的长度大于两转换板之间的间隙，因此随着弹簧支座9的向下运动时，当其底部的凸起与两转换板接触时，会对两转换板产生向下的推力，使两转换板转动，此时转换板的静止状态被打破，转换板自由端的圆弧面A离开了悬挂座19的圆弧槽，由于悬挂座19的下方失去了支撑物，取样管支座11带动取样管16向下运动，直至取样管16完全插入沉积物。
连杆机构包括提拉架5和两根连杆4，取样箱体1的顶部设置开口，连杆4穿过开口插入取样箱体1内，连杆4的顶端均与提拉架5的底端铰接，连杆4的底端分别与左抓斗2、右抓斗3的顶端铰接。取样箱体1的顶部固定有套管18，提拉架5在套管18内上下运动，因此套管18起到了导向作用。提拉架5的顶端设有绳索17。当左、右抓斗处于自然张开状态时，提拉架5与取样箱体1连接，从而使提拉架5的位置固定。取样箱体1的顶部设有挂钩架6，挂钩架的一端与取样箱体1铰接，另一自由端设有弧形凸起，对应的在提拉架5的上部固定有挂钩501，挂钩501的顶部设有弧形的挂钩槽，挂钩架6顶部的凸起设置在提拉架5的挂钩架501的弧形槽内。在挂钩架和提拉架连接处的套管内壁设有弹簧7，弹簧7受到挂钩架6的挤压，对挂钩架6产生向外的推力；对绳索17施加向上的拉力，同时绳索17对提拉架5产生向上的拉力，但是由于挂钩架6顶部凸起的阻挡，提拉架5无法向上运动。在弹簧7的推力和绳索17向上拉力的共同作用下，使挂钩架6顶部的凸起卡在挂钩架501的挂钩槽内，实现了提拉架5和取样箱体1之间的连接，此时提拉架5的位置固定。
该装置的工作过程如下所述：如图1至图5所示，该装置为初始状态，此时左抓斗2和右抓斗3呈张开状态，对绳索17施加向上的拉力，挂钩架6顶部的凸起卡在挂钩501的挂钩槽内，实现了提拉架5和取样箱体1的连接。当该装置处于图1所示的初始状态时，将该装置投放至海里，不断下放绳索17使该装置不断下沉直至该装置的取样箱体与海洋底部接触，左、右抓斗和取样管16均与海洋底部的沉积物接触。此时提拉架5在惯性作用下继续下行，导致提拉架上的挂钩与挂钩架顶部的凸起分离，此时作用在弹簧7上的挤压力消失，在弹簧7内的弹力释放，快速地将挂钩架顶部弹出，使提拉架5和取样箱体1分离。
绳索17带动提拉架5上升，提拉架5带动连杆4的顶端上升的同时，两连杆4转动，并带动左抓斗2和右抓斗3转动，实现了左抓斗2和右抓斗3的底部向下转动直至左抓斗2和右抓斗3的底部闭合。左抓斗2和右抓斗3向下闭合的同时，通过短连杆8带动弹簧支座9向下运动，弹簧支座9向下运动的同时，对弹簧支座9和取样管支座11之间的压缩弹簧10进行了压缩，压缩弹簧10在这个过程中储存较大的弹力。当弹簧支座9向下运动至其底部的凸起与转换板12接触并使转换板12转动时，转换板12无法继续对取样管支架11进行支撑，在压缩弹簧10的弹力作用下，取样管支架11带动取样管16快速向下运动，对闭合抓斗采集的深海沉积物进行快速采样，从而保证了深海沉积物的分层，同时由于左抓斗2和右抓斗3闭合，因此可以保证深海沉积物全部储存在取样箱体1内，防止深海沉积物向外泄露，实现了对深海沉积物的充分、分级采样。
以上对本发明所提供的深海沉积物原位插管装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种深海沉积物原位插管装置，包括取样箱体1，其特征在于：还包括左抓斗(2)、右抓斗(3)、弹簧支座(9)、压缩弹簧(10)、取样管支座(11)和取样管(16)，弹簧支座(9)、压缩弹簧(10)、取样管支座(11)和取样管(16)设置在取样箱体(1)的中部，取样箱体(1)的下部外侧对称设置左抓斗(2)和右抓斗(3)，左抓斗(2)和右抓斗(3)的中部与取样箱体1铰接，取样箱体1的底部呈开口状，左抓斗2和右抓斗3在上下运动时实现了取样箱体(1)下部的打开和关闭，左抓斗(2)和右抓斗(3)的上下运动通过连杆机构实现；
所述弹簧支座(9)的底部固定有数个压缩弹簧(10)，取样管支座(11)的底部固定有数个取样管(16)，弹簧支座(9)和压缩弹簧(10)位于取样管支座(11)的上方，弹簧支座(9)的侧壁通过短连杆(8)与左抓斗(2)和右抓斗(3)的顶部表面连接；
所述取样管支座(11)的两对称侧壁上均设有悬挂座(19)，对应的在取样箱体(1)的内壁设有转换板(12)，转换板(12)与取样箱体(1)铰接，转换板(12)呈L形，转换板(12)的两自由端均设有圆弧面A，对应的悬挂座(19)的底部设有圆弧槽，圆弧面A设置在悬挂座(19)的圆弧槽内，转换板(12)与取样箱体的侧壁之间通过拉伸小弹簧(13)连接，转换板(12)的上方设有限位轴(10)，限位轴(10)固定在取样箱体(1)的内壁，所述两转换板(12)之间存在间隙，弹簧支座(9)的底部中央设有凸起，凸起位于两转换板(12)之间间隙的正上方，凸起的长度大于两转换板之间的间隙；
所述连杆机构包括提拉架(5)和两根连杆(4)，取样箱体(1)的顶部设置开口，连杆(4)穿过开口插入取样箱体(1)内，连杆(4)的顶端与提拉架(5)的底端铰接，连杆(4)的底端分别与左抓斗(2)、右抓斗(3)的顶端铰接，提拉架(5)的顶端设有绳索(17)；
所述取样箱体(1)的顶部设有挂钩架(6)，挂钩架的一端与取样箱体(1)铰接，另一自由端设有弧形凸起，对应的在提拉架(5)的上部固定有挂钩(501)，挂钩(501)的顶部设有弧形的挂钩槽，挂钩架(6)顶部的凸起设置在提拉架(5)的挂钩架(501)的弧形槽内，在挂钩架和提拉架连接处的套管内壁设有弹簧(7)，实现提拉架(5)和取样箱体(1)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的深海沉积物原位插管装置，其特征在于：所述取样管支座(11)的底部沿其长度和宽度方向均间隔设置数个取样管(16)，所述取样管(16)呈矩阵排列。
3.根据权利要求1所述的深海沉积物原位插管装置，其特征在于：在所述取样管支座(11)的侧壁设有竖直方向设置的导向槽。
4.根据权利要求1所述的深海沉积物原位插管装置，其特征在于：所述取样箱体(1)的顶部固定有套管(18)，提拉架(5)在套管(18)内上下运动。
5.根据权利要求1所述的深海沉积物原位插管装置，其特征在于：所述转换板(12)由连接板Ⅰ和连接板Ⅱ垂直连接而成，L形转换板的交点处通过小轴(14)与取样箱体(1)铰接，连接板Ⅰ与取样箱体的侧壁之间通过拉伸小弹簧(13)连接，连接板Ⅱ的内壁设有限位轴(10)。
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