CN112729907B - 一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及探井取样的领域，尤其是涉及一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置，其包括取样装置，所述取样装置包括保护壳、设置在保护壳内的取样结构以及推出结构，所述取样结构安装在所述推出结构上，所述保护壳上开设有供取样结构伸出保护壳的操作窗，所述取样结构包括连接座、取样刀组以及用于推出驱动刀组的驱动组件，所述驱动组件安装在连接座上，所述取样刀组安装在驱动组件上。本申请具有提高探井取样操作安全性的效果。

Description

一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置

技术领域

本申请涉及探井取样的领域，尤其是涉及一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置。

背景技术

在工程及科研工作中，由于机械采取土样会对土体产生扰动，所以为了得到土体真实的物理力学指标，通常需要在野外进行探井取样，探井是一种地质调查的手段（方法），探井取样对土的扰动性影响很小，其试验数据相对更准确。当前探井取样的操作基本是采取人工下井开凿的方式取出土样。湿陷性黄土是一种特殊土，湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土，湿陷性黄土较为松散。

针对上述的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷，在下探井取样过程中，遇到土质较为松软的情况时，极易出现井体坍塌的情况，进而造成工作人员伤亡等安全事故频发。

发明内容

为了减少探井取样时发生人员伤亡等安全事故的现象发生，本申请提供一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置。

本申请提供的一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置采用如下的技术方案：

一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置，包括取样装置以及用于将取样装置置于井下的吊装装置，所述取样装置包括保护壳、设置在保护壳内的取样结构以及推出结构，所述取样结构安装在所述推出结构上，所述保护壳上开设有供取样结构伸出保护壳的操作窗，所述取样结构包括连接座、取样刀组以及用于推出驱动刀组的驱动组件，所述驱动组件安装在连接座上，所述取样刀组安装在驱动组件上。

通过采用上述技术方案，通过吊装装置将取样装置置于井下，推出结构能够取样结构自保护壳内推出，驱动组件将取样刀组推出，使取样刀组插入至井壁内取样后，推出结构再将取样结构收回至保护壳内，即可完成取样。

优选的，所述取样刀组包括第一采样刀、第二采样刀和第三采样刀，所述驱动组件包括用于推动第一采样刀移动的第一驱动件、用于推动第二采样到移动的第二驱动件以及用于驱动第三采样刀移动的第三驱动件。

通过采用上述技术方案，第一驱动件和第二驱动件以及第三驱动件能够使第一采样刀、第二采样刀以及第三采样刀分别下刀，便于取样刀组下刀，且减少取样扰动。

优选的，所述连接座包括连接板和多个安装侧板，所述安装侧板倾斜设置在连接板上，所述安装侧板背离连接板的一端相互靠近，所述第一驱动组件安装在连接板上，所述第二驱动组件以及第三驱动组件分别安装在两侧的安装侧板上以使第二采样刀、第三采样刀倾斜出刀。

通过采用上述技术方案，第二采样刀、第三采样刀倾斜出刀，便于取样刀组将土壤自井壁上取下。

优选的，所述第一采样刀包括至少一个能够盛放土样的刀片。

通过采用上述技术方案，取出的样土能够置于刀片上，再随刀片进入至保护壳内。

优选的，所述取样装置还包括移动结构，所述移动结构包括安装盒，所述连接座与安装盒滑动连接，所述安装盒内设置有用于驱动连接座滑动的移动结构。

通过采用上述技术方案，移动结构用于使连接座在安装盒上移动，便于取样时样土与井壁脱离。

优选的，所述移动机构包括铰接臂、转盘以及用于驱动转盘转动的转动件，所述铰接臂的一端与转盘转动连接，所述铰接臂的另一端与连接座铰接。

通过采用上述技术方案，转动转盘，能够使铰接臂驱动连接座在安装和往复运动，以达到连接座在安装盒上移动的目的。

优选的，所述保护壳上设置有用于固定保护壳的固定装置，所述固定装置包括第一固定结构，所述第一固定结构包括固定板以及用于驱动固定板展开的伸缩组件，所述第一固定结构设置为至少两组。

通过采用上述技术方案，第一固定结构用于固定保护壳在井壁上，增强取样装置取样时保护壳的稳定性。

优选的，所述保护壳包括上壳体和下壳体，上壳体与下壳体转动连接，所述下壳体内设置有用于驱动上壳体转动的驱动结构，所述取样装置设置在上壳体内，所述固定装置设置在下壳体上。

通过采用上述技术方案，上壳体能够在下壳体上转动，使驱动装置能够在水平面上转动，以改变取土装置的取样位置。

优选的，所述取样装置上还设置有用于保护取样刀组的保护装置，所述保护装置选为压力传感器。

通过采用上述技术方案，当取样刀组在进入井壁时，若受到土壤中石块的阻挡时，压力传感器能够检测到此时的压力值异常。

优选的，所述取样装置还包括用于控制驱动组件的控制模块，所述控制模块包括控制器和第二继电器，所述压力传感器与控制器电性连接，所述控制器与第二继电器的被控制端电性连接，所述第二继电器的控制端连接在驱动组件的供电电路中。

通过采用上述技术方案，压力传感器检测到取样刀组在移动过程中阻力过大时，控制器控制第二继电器断开，使驱动组件的供电电路切断，进而使取样刀组停止取样，以保护取样刀组。

附图说明

图1是本申请的整体结构示意图。

图2是示出放卷装置的结构示意图。

图3是示出控制模块的逻辑连接图。

图4是控制单元的电路连接图。

图5是示出保护壳内部的剖面结构示意图。

图6是示出驱动结构的剖面结构示意图。

图7是取样装置结构示意图。

图8是示出第二固定结构的结构示意图。

图9是取样装置的俯视图。

图10是取样结构的结构图。

图11是取样结构的俯视图。

图12是第一采样刀的结构示意图。

图13是示出链轮的剖面结构示意图。

图14是示出齿牙的剖面结构示意图。

图15是移动结构的剖面结构示意图。

附图标记：1、吊装装置；10、龙门架；100、横杆；101、竖杆；102、支撑脚；103、安装孔；11、放卷装置；110、盒体；111、放卷轮；112、驱动装置；113、安装座；114、开口；12、吊绳；2、取样装置；3、控制模块；30、控制单元；300、控制器；301、第一继电器；302、驱动电路；303、清零单元；304、第二继电器；31、数据输入单元；32、显示单元；33、报警单元；4、保护壳；40、上壳体；400、操作窗；401、承载板；402、安装槽；403、滑槽；41、下壳体；410、隔板；411、蓄电池一；412、安装箱；413、驱动结构；5、固定装置；50、第一固定结构；500、固定板；501、伸缩组件；502、防滑条纹；51、第二固定结构；6、取样结构；60、连接座；600、连接板；601、安装侧板；602、限位块；603、驱动块；61、取样刀组；62、驱动组件；620、第一驱动件；621、第二驱动件；622、第三驱动件；63、第一采样刀；630、刀片；631、连接杆；64、第二采样刀；65、第三采样刀；66、刀体；660、凹槽；661、齿牙；662、放置槽；67、切割结构；670、链条；671、切割刀；68、驱动机构；680、电机；681、链轮；7、移动结构；70、安装盒；700、限位槽一；701、限位槽二；703、蓄电池二；71、移动机构；710、铰接臂；711、转盘；712、转动件；8、推出结构；80、滑座；800、滑块；81、推动件；90、测距传感器；91、压力传感器。

具体实施方式

以下结合附图1-13对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置。参照图1，湿陷性黄土探井用井下自动取土装置及包括吊装装置1以及取样装置2，吊装装置1与取样装置2固定连接，吊装装置1包括龙门架10、放卷装置11以及吊绳12，龙门架10架设在井口处，放卷装置11安装在龙门架10上，吊绳12设置在放卷装置11上，吊绳12的一端与取样装置2连接，取样装置2用于进行取样作业，放卷装置11能够将吊绳12放出，使取样装置2放入井内。

参照图1,龙门架10包括横杆100以及成对设置的竖杆101，竖杆101竖直设置，横杆100架设在竖杆101之间，横杆100的两端与竖杆101的顶部焊接，竖杆101的底部垂直固定有支撑脚102，支撑脚102与横杆100平行设置，参照图2,横杆100上设置有若干安装孔103，安装孔103沿横杆100的长度方向均匀、间隔设置，放卷装置11包括盒体110、放卷轮111以及驱动装置112，驱动装置112选为转动电机，驱动装置112上设置有安装座113，安装座113与横杆100通过螺栓螺母固定连接，盒体110与安装座113固定连接，盒体110的朝向地面的侧面设置有开口114，放卷轮111转动支撑在盒体110内，驱动装置112的电机轴与放卷轮111同轴固定，吊绳12缠绕在放卷轮111上，吊绳12的自由端能够伸出开口114，且该端部与取样装置2固定连接。

参照图3,还包括检测模块和控制模块3，检测模块与控制模块3电性连接，检测模块选为测距传感器90，测距传感器90固定在盒体110上，测距传感器90能够发出检测光线，测距传感器90能够检测出取样装置2与横杆100之间的距离，以确定取样装置2距离井口的距离。

参照图4,控制模块3包括控制单元30、数据输入单元31以及显示单元32，测距传感器90、数据输入单元31均与控制单元30的数据输入端电性连接，显示单元32与控制单元30的数据输出端电性连接，显示单元32设置为显示屏，使用人员能够通过数据输入单元31设定采样高度的预设值，测距传感器90检测到的高度自显示屏同步示出。

参照图4,控制单元30包括控制器300、第一继电器301和驱动电路302，测距传感器90与控制器300电性连接，控制器300与驱动电路302电性连接，驱动电路302与第一继电器301的被控制端电性连接，第一继电器301的控制端串联在驱动装置112所在的供电电路内，第一继电器301常闭设置。控制器300能够控制第一继电器301断开时，驱动装置112的供电电路断开。驱动装置112的供电电路内还设置有开关一，开关一便于使用人员手动控制驱动装置112的启动和关闭。控制器300设置为单片机、PLC中的一种，驱动电路302的型号为ULN2003。

控制模块3还包块清零单元303，清零单元303与数据输入单元31电性连接，清零单元303用于使数据输入单元31恢复初始值，便于多次取样输入采样高度信息。

参照图5和图6,取样装置2包括保护壳4，保护壳4包括上壳体40和下壳体41，上壳体40与下壳体41转动连接，下壳体41内固定设置有隔板410，隔板410下方设置有蓄电池一411，隔板410上方设置有安装箱412，安装箱412内设置有驱动结构413，驱动结构413选为转动电机，驱动结构413的电机轴与上壳体40的底板固定连接。取样装置2上设置有固定装置5，固定装置5用于固定取样装置2在井下的位置。固定下壳体41，驱动结构413能够驱动上壳体40在下壳体41上转动。

参照图7和图8,固定装置5包括第一固定结构50，第一固定结构50安装在下壳体41上，第一固定结构50用于固定保护壳4在井壁上。参照图9，第一固定结构50包括固定板500和伸缩组件501，伸缩组件501选为电动推杆，电动推杆固定在安装箱412上，伸缩组件501的伸缩杆贯穿下壳体41的侧壁，固定板500设置在伸缩组件501伸出下壳体41的端部，且固定板500与伸缩组件501铰接，固定板500背离壳体的侧面设置有防滑条纹502，固定板500设置为弧形板。本申请第一固定结构50设置有两组，两组第一固定结构50分别设置在保护壳4的两侧。当取样装置2达到井下取样点时，伸缩组件501伸长，使固定板500与井壁抵接，进而将取样装置2的位置进行固定。

参照图5，取样装置2还包括取样结构6、移动结构7以及推出结构8，取样结构6包括连接座60、取样刀组61以及用于驱动取样刀组61下刀的驱动组件62，取样刀组61安装在驱动组件62上，驱动组件62安装在连接座60上，连接座60安装在移动结构7上，移动结构7安装在推出结构8上，参照图7，上壳体40的侧壁开设有操作窗400，取样结构6能够自操作窗400内伸出，进行取样操作，推出结构8用于将取样结构6推出操作窗400，驱动组件62用于将取样刀组61推入井壁内而取得样土，移动结构7使取样结构6移动，以使取样刀组61内的样土与井壁分离，推出结构8再将取样结构6和移动结构7收回至上壳体40内。

参照图6，上壳体40内部固定设置有承载板401，承载板401上开设有安装槽402与滑槽403，安装槽402与滑槽403均设置为长槽，推出结构8包括滑座80以及推动件81，滑座80底部固定设置有滑块800，滑块800滑动配合在滑槽403内，推动件81安装在安装槽402内，推动件81选为电动推杆，推动件81的杆体与滑座80固定，推动件81与安装槽402的内壁固定，推动件81能够驱动滑座80在承载板401上移动，进而将滑座80上的连接座60推出。

参照图10，连接座60包括连接板600和成对设置的安装侧板601，安装侧板601固定在连接板600上，安装侧板601与连接板600，安装侧板601在连接板600上倾斜设置，且安装侧板601背离连接板600的一端相互靠近。参照图11，驱动组件62包括第一驱动件620、第二驱动件621以及第三驱动件622，第一驱动件620的一端固定在连接板600上，第二驱动件621和第三驱动件622分别固定在安装侧板601上，第一驱动件620、第二驱动件621以及第三驱动件622均设置为电动推杆，取样刀组61包括第一采样刀63、第二采样刀64和第三采样刀65，第一采样刀63安装在第一驱动件620上，第二采样刀64安装在第二采样刀64上，第二采样刀64安装在第三驱动件622上，第一驱动件620能够驱动第二采样刀64垂直插入井壁内，第二驱动件621、第三驱动件622能够分别驱动第二采样刀64、第三采样刀65倾斜插入井壁内。参照图12，第一采样刀63包括成对设置刀片630以及设置在刀片630之间的连接杆631，刀片630之间平行间隔设置，连接杆631的两端分别与刀片630固定连接。

参照图13和图14，刀片630包括刀体66以及设置在刀体66上的切割结构67，刀体66上设置有凹槽660，凹槽660内设置有齿牙661，齿牙661在凹槽660内均匀间隔设置。切割结构67包括链条670以及多个切割刀671，切割刀671固定设置在链条670上，切割刀671设置为两排，每排设置有多个，切割刀671在链条670上均匀、间隔设置，链条670套设在刀体66上，链条670置于凹槽660内内，切割刀671伸出凹槽660，刀片630上还设置有用于驱动链条670的驱动机构68。驱动机构68包括电机680和链轮681，刀体66上开设有放置槽662，链轮681放置在放置槽662中，链轮681与链条670啮合，链轮681套设在电机680的输出轴上，电机680能够驱动链轮681转动，使链条670转动切割。

第二采样刀64和第三采样刀65的结构与刀片630的结构相同，在此就不做赘述。

参照图15，移动结构7包括安装盒70以及设置在安装盒70内的移动机构71，安装盒70上开设有限位槽一700，连接座60上固定设置有限位块602，限位块602滑动配合在限位槽一700内，安装盒70上还设置有限位槽二701，限位槽二701与限位槽一700平行设置，连接座60上还固定设置有驱动块603，驱动块603滑动配合在限位槽二701内上。移动机构71包括铰接臂710、转盘711以及转动件712，转动件712固定在安装盒70内，转动件712选为转动电机，转盘711设置为圆形盘，转盘711与转动件712的电机轴同轴固定，铰接臂710一端与转盘711铰接，且该铰接点偏心设置，铰接臂710的另一端与驱动块603铰接，安装盒70内设置有用于向转动件712供电的蓄电池二703，转盘711转动能够使驱动块603在限位槽二701内往复滑动，进而使连接座60发生位移。取样刀组61伸入至井壁进行取样后，移动结构7使取样刀组61发生位移，将样土与井壁分离后，推动件81缩短使滑座80移动将取样刀组61以及土样收回至保护壳4内。

当土壤中含有较为坚硬的石头等杂物时，取样刀组61容易出现损坏的现象，为了保护取样刀组61，参照图11，取样装置2上设置有保护装置，保护装置设置为压力传感器91，压力传感器91安装在第一驱动件620与连接杆631之间，参照图3和图4，压力传感器91与控制器300电性连接，控制单元30还包括第二继电器304，第二继电器304选为单刀多掷型电磁继电器，且第二继电器304处于常闭状态，控制器300与第二继电器304的被控制端电性连接，第二继电器304的控制端串联在驱动组件62所在的供电电路中。控制模块3还包括报警单元33，报警单元33设置为报警灯。当压力传感器91检测到取样刀组61受到的压力过大时，控制器300控制第二继电器304断开，使驱动件组停止工作，同时报警灯报警。此时使用人员可驱动推动件81缩短，将取样结构6收回，启动驱动结构413使上壳体40转动，在同一水平面再次进行取样。

参照图8，固定装置5还包括第二固定结构51，第二固定结构51安装在上壳体40上，第二固定结构51与第一固定结构50的结构相同，不同点在于第二固定结构51的固定板500底部的长度不超过上壳体40设置，第二固定结构51用于在取样装置2取样时，对上壳体40进行支撑。

本申请实施例一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置的实施原理为：放卷装置11放卷将取样装置2放入至井内，测距传感器90检测到下井深度达到预设值时，放卷装置11停止放卷，伸缩组件501伸长，使第一固定结构50展开将保护壳4的位置固定，第二固定结构51也展开对保护壳4进行固定，推动件81伸长推动取样结构6自操作窗400移出，第一驱动件620使第一采样刀63垂直插入井壁内，第二驱动件621使第二采样刀64倾斜插入井壁内，第三驱动件622使第三采样刀65倾斜插入井壁内，转动件712转动使取样刀组61在水平面上发生位移，使取得的土样与井壁分离，推动件81缩短将取样刀组61收回至保护壳4内，即可完成取样。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种湿陷性黄土探井用井下自动取土装置，其特征在于：包括取样装置(2)以及用于将取样装置(2)置于井下的吊装装置(1)，所述取样装置(2)包括保护壳(4)、设置在保护壳(4)内的取样结构(6)以及推出结构(8)，所述取样结构(6)安装在所述推出结构(8)上，所述保护壳(4)上开设有供取样结构(6)伸出保护壳(4)的操作窗(400)，所述取样结构(6)包括连接座(60)、取样刀组(61)以及用于推出驱动刀组的驱动组件(62)，所述驱动组件(62)安装在连接座(60)上，所述取样刀组(61)安装在驱动组件(62)上，所述取样刀组(61)包括第一采样刀(63)、第二采样刀(64)和第三采样刀(65)，所述驱动组件(62)包括用于推动第一采样刀(63)移动的第一驱动件(620)、用于推动第二采样刀(64)移动的第二驱动件(621)以及用于驱动第三采样刀(65)移动的第三驱动件(622)，所述连接座(60)包括连接板(600)和多个安装侧板(601)，所述安装侧板(601)倾斜设置在连接板(600)上，所述安装侧板(601)背离连接板(600)的一端相互靠近，所述第一驱动件(620)安装在连接板(600)上，所述第二驱动件(621)以及第三驱动件(622)分别安装在两侧的安装侧板(601)上以使第二采样刀(64)、第三采样刀(65)倾斜出刀，所述第一采样刀(63)包括至少一个能够盛放土样的刀片(630)，所述取样装置(2)还包括移动结构(7)，所述移动结构(7)包括安装盒(70)，所述连接座(60)与安装盒(70)滑动连接，所述安装盒(70)内设置有用于驱动连接座(60)滑动的移动机构(71)，所述移动机构(71)包括铰接臂(710)、转盘(711)以及用于驱动转盘(711)转动的转动件(712)，所述铰接臂(710)的一端与转盘(711)转动连接，所述铰接臂(710)的另一端与连接座(60)铰接，所述保护壳(4)上设置有用于固定保护壳(4)的固定装置(5)，所述固定装置(5)包括第一固定结构(50)，所述第一固定结构(50)包括固定板(500)以及用于驱动固定板(500)展开的伸缩组件(501)，所述第一固定结构(50)设置为至少两组，所述保护壳(4)包括上壳体(40)和下壳体(41)，上壳体(40)与下壳体(41)转动连接，所述下壳体(41)内设置有用于驱动上壳体(40)转动的驱动结构(413)，所述取样装置(2)设置在上壳体(40)内，所述固定装置(5)设置在下壳体(41)上，所述刀片(630)包括刀体(66)以及设置在刀体(66)上的切割结构(67)，所述刀体(66)上设置有凹槽(660)，所述凹槽(660)内设置有齿牙(661)，所述齿牙(661)在凹槽(660)内均匀间隔设置，所述切割结构(67)包括链条(670)以及多个切割刀(671)，所述切割刀(671)固定设置在链条(670)上，所述切割刀(671)设置为两排，每排设置有多个，所述切割刀(671)在链条(670)上均匀、间隔设置，所述链条(670)套设在刀体(66)上，所述链条(670)置于凹槽(660)内，所述切割刀(671)伸出凹槽(660)，所述刀片(630)上还设置有用于驱动链条(670)的驱动机构(68)，所述驱动机构(68)包括电机(680)和链轮(681)，所述刀体(66)上开设有放置槽(662)，所述链轮(681)放置在放置槽(662)中，所述链轮(681)与链条(670)啮合，所述链轮(681)套设在电机(680)的输出轴上，所述电机(680)能够驱动链轮(681)转动，使链条(670)转动切割。

2.根据权利要求1所述的湿陷性黄土探井用井下自动取土装置，其特征在于：所述取样装置(2)上还设置有用于保护取样刀组(61)的保护装置，所述保护装置选为压力传感器(91)。

3.根据权利要求2所述的湿陷性黄土探井用井下自动取土装置，其特征在于：所述取样装置(2)还包括用于控制驱动组件(62)的控制模块(3)，所述控制模块(3)包括控制器(300)和第二继电器(304)，所述压力传感器(91)与控制器(300)电性连接，所述控制器(300)与第二继电器(304)的被控制端电性连接，所述第二继电器(304)的控制端连接在驱动组件(62)的供电电路中。