一种地质矿产实验取样装置
技术领域
本发明涉及地质勘探取样技术领域,具体提出了一种地质矿产实验取样装置。
背景技术
在地质勘探过程中,为了弄清勘探区地质土层结构、矿产分布土层位置以及矿产含量情况等,对于地面钻探取样后进行实验分析是必不可少且最为有效直接的方式。在现有技术下,对于地质矿产实验取样一般都是通过钻探取样机进行钻探取样,钻探取样机均装配有用于取样的取样筒,而传统的钻探取样机基本都是通过转动取样筒并向地面土层压入进行钻探取样,该取样方式简单直接,而实际地质矿产实验取样的地面土层结构取样前未知,且土层构成复杂,甚至土层中分布有不易钻探的硬质土层,包括岩石层,因此通过传统结构的钻探取样机取样时钻探的难度大、效率低,不利于快速钻探取样,甚至钻进受阻造成设备过载损坏,降低设备的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种地质矿产实验取样装置,用于解决上述背景技术中提到的问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案来实现:一种地质矿产实验取样装置,包括机架、装配在所述机架上的钻取进位机构、取样筒机构、动力机构和钻头组机构;其中:
所述钻取进位机构包括用于钻取进位的行程板;所述取样筒机构包括竖直转动安装在所述行程板上的转筒和同轴固定安装在所述转筒底端的取样筒;所述取样筒的筒壁内设置有若干围绕中心轴圆周均匀分布的导孔,所述导孔为圆孔结构且沿所述取样筒轴向延伸至两端,所述导孔位于所述取样筒底端位置为沉头孔结构。
所述动力机构包括基座圆盘、动力执行电机、传动轴和从动锤击机构;所述基座圆盘固定安装在所述转筒的顶端,所述动力执行电机竖直固定安装在所述基座圆盘的顶端,所述传动轴竖直转动安装在所述基座圆盘底端与所述取样筒顶端之间,所述传动轴轴向与所述转筒的轴向重合,所述传动轴上设置有传动齿轮;所述从动锤击机构装配在所述转筒内。
所述钻头组机构包括限位环和若干一一对应装配在若干所述导孔位置的钻头杆件;所述限位环水平固定在所述转筒内且位于所述从动锤击机构的下方,所述限位环上圆周分布设置有若干一一对应位于若干所述导孔正上方的圆孔,所述限位环上端面上在每个所述圆孔位置对应设置有限位槽;所述钻头杆件包括长杆、固定在所述长杆底端的钻头、固定在所述长杆顶端的花键轴、固定在所述花键轴顶端的圆柱杆、轴承和套设在所述圆柱杆上的橡胶弹簧;所述长杆滑动配合安装在所述导孔中,且所述长杆顶端贯穿至所述取样筒顶端外部,所述钻头伸向所述导孔的沉头孔部位内,所述轴承固定在所述限位环底端且与对应位置的圆孔同轴设置,所述轴承的转动部位上设置有与所述传动齿轮啮合的从动齿轮,所述橡胶弹簧嵌入在相应位置的所述限位槽中;所述从动锤击机构由所述传动轴带动并对若干所述钻头杆件的圆柱杆端往复锤击。
优选的,所述从动锤击机构包括圆环盘、导杆、拉簧、环形保持架和若干与若干所述钻头杆件一一对应设置的锤击组件;所述传动轴从所述圆环盘中心穿过且两者同轴设置,所述传动轴上设置有圆柱凸轮,所述圆环盘上设置有插入所述圆柱凸轮凹槽中的从动销,所述圆环盘的上端面上竖直固定安装有多个所述导杆,所述导杆与所述基座圆盘竖直滑动配合,每个所述导杆上对应套设有所述拉簧,所述拉簧两端分别固定在所述基座圆盘的底端面上和所述圆环盘的上端面上,所述环形保持架位于所述圆环盘与所述传动齿轮之间且水平固定安装在所述转筒的内壁上;若干所述锤击组件设置在所述环形保持架上且围绕中心轴圆周均匀分布,所述锤击组件包括固定在所述环形保持架上的活塞套、滑动设置在所述活塞套上的活塞柱、联动弹簧和滑动设置在所述活塞套内的击锤,所述活塞柱顶端固定连接在所述圆环盘的下端面上,所述联动弹簧固定连接在所述活塞柱与所述击锤之间,相对位置的所述圆柱杆伸向所述活塞套内与所述击锤相对设置。
优选的,所述取样筒机构还包括通过电机固定板固定安装在所述行程板上的旋进驱动电机,所述旋进驱动电机的输出轴上设置有驱动锥齿轮,所述转筒上设置有与所述驱动锥齿轮啮合的从动锥齿圈。
优选的,所述机架包括顶板、底板和两个立柱;两个所述立柱固定连接在所述顶板和所述底板之间,所述底板上设置有用于所述取样筒穿出避位的呈圆形的避位孔。
优选的,所述钻取进位机构还包括进位电机、两个丝杠、传动带和多个导柱,所述进位电机通过电机固定架固定安装在所述顶板的顶端,所述进位电机的输出轴上设置有驱动带轮,两个所述丝杠竖直转动安装在所述顶板和所述底板上,所述丝杠的顶端设置有从动带轮,两个所述从动带轮与所述驱动带轮之间通过所述传动带带动;多个所述导柱竖直固定在所述顶板与所述底板之间,所述行程板与两个所述丝杠螺纹连接,所述行程板与多个所述导柱竖直滑动配合。
优选的,所述底板的上端面上竖直转动安装有多个围绕所述避位孔圆周均匀分布的引导辊,多个所述引导辊围成的内切圆直径与所述取样筒的外壁直径相等。
优选的,所述顶板上设置有扶手。
优选的,所述钻头与所述长杆之间采用可拆卸方式固定连接,所述钻头的前端呈十字刀结构。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果:1.本发明提供了一种地质矿产实验取样装置,针对传统的钻探取样机进行了改进设计,在传统的取样筒的钻进接触位置均匀分布装配有若干钻头杆件,并配合设计装配有动力机构,通过动力机构可带动钻头实现自转并同步获得冲击效果,使得在实际钻探取样过程中,钻头可以随着取样筒公转的同时进行自转,从而取样筒可以借助钻头对地面土层进行旋切钻进,另外钻头旋转钻进的同时可对地面进行反复冲击,大大增强了钻进的效果,提高了钻进的效率,可有效抑制硬质土层分布对钻进受阻的影响,提高了钻进的顺畅度;综上所述,解决了传统的钻探取样装置在进行地质矿产取样的过程中存在的钻探效率低、钻探难度大、钻探受阻、钻探过程过载等问题。
2.本发明提供了一种地质矿产实验取样装置,在机架的底板上围绕取样筒钻进方向周围分布设置引导辊能够对取样筒钻探进位时起到导正作用,能够有效抑制取样筒的圆周摆动,提高了取样筒钻探的稳定性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分,并未刻意按照比例绘制附图,重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明提供的一种地质矿产实验取样装置在一个视角下的立体结构示意图。
图2是本发明提供的一种地质矿产实验取样装置在另一个视角下的立体结构示意图。
图3是本发明提供的一种地质矿产实验取样装置的侧视图。
图4是本发明提供的一种地质矿产实验取样装置的剖视图。
图5是图4中A处的局部放大示意图。
图6是转筒、取样筒、动力机构与钻头组机构装配关系的剖视立体结构示意图。
图7是图6中B处的局部放大示意图。
图8是图6中C处的局部放大示意图。
图9是限位环的半剖立体结构示意图。
图10是钻头杆件与锤击组件位置关系的立体结构示意图。
图中:1、机架;11、顶板;111、扶手;12、底板;121、避位孔;122、引导辊;13、立柱;2、钻取进位机构;21、进位电机;211、驱动带轮;22、丝杠;221、从动带轮;23、传动带;24、导柱;25、行程板;3、取样筒机构;31、旋进驱动电机;311、驱动锥齿轮;32、转筒;321、从动锥齿圈;33、取样筒;331、导孔;4、动力机构;41、基座圆盘;42、动力执行电机;43、传动轴;431、圆柱凸轮;432、传动齿轮;44、从动锤击机构;441、圆环盘;4411、从动销;442、导杆;443、拉簧;444、环形保持架;445、锤击组件;4451、活塞套;4452、活塞柱;4453、联动弹簧;4454、击锤;5、钻头组机构;51、限位环;511、圆孔;512、限位槽;52、钻头杆件;521、长杆;522、钻头;523、花键轴;524、圆柱杆;525、轴承;5251、从动齿轮;526、橡胶弹簧。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解,并有助于其实施,但不作为对本发明的限定。
如图1和图4所示,一种地质矿产实验取样装置,包括机架1、装配在机架1上的钻取进位机构2、取样筒机构3、动力机构4和钻头组机构5。
如图2所示,机架1包括顶板11、底板12和两个立柱13;两个立柱13焊接在顶板11和底板12之间,顶板11上设置有扶手111。在户外地质勘探过程中,当不方便通过车载整个取样装置进行转移运输时,可以握着扶手111对整个装置进行拖行,必要时为了拖行省力和便捷性,可以在底板12上安装车轮。
如图2和图4所示,钻取进位机构2包括用于钻取进位的行程板25;钻取进位机构2还包括进位电机21、两个丝杠22、传动带23和四个导柱24,进位电机21通过电机固定架固定安装在顶板11的顶端,进位电机21的输出轴上设置有驱动带轮211,两个丝杠22竖直转动安装在顶板11和底板12上,丝杠22的顶端设置有从动带轮221,两个从动带轮221与驱动带轮211之间通过传动带23带动;四个导柱24竖直固定在顶板11与底板12之间,四个导柱24与两个丝杠22一一对应分成两组,每组中两个导柱24对称分布在导柱24两侧;行程板25与两个丝杠22螺纹连接,行程板25与四个导柱24竖直滑动配合。
在实际钻探取样时,钻取进位机构2带动取样筒机构3、动力机构4与钻头组机构5整体向着地面方向钻进,具体的,通过启动进位电机21带动驱动带轮211转动,驱动带轮211将通过传动带23带动两个从动带轮221使得两个丝杠22同步转动,继而两个丝杠22将驱动行程板25顺着四个导柱24竖直向下运动,从而带动取样筒机构3、动力机构4以及钻头组机构5整体竖直向下运动;另外,进位电机21可以选择步进电机,在钻探取样时可以稳定匀速地向下钻进。
如图2和图3所示,取样筒机构3包括竖直转动安装在行程板25上的转筒32和通过螺栓同轴锁紧固定安装在转筒32底端的取样筒33;取样筒33的筒壁内设置有十六个围绕中心轴圆周均匀分布的导孔331,导孔331为圆孔结构且沿取样筒33轴向延伸至两端,导孔331位于取样筒33底端位置为沉头孔结构,取样筒33的筒壁具有一定的厚度,因此可以在筒壁上设置导孔331;取样筒机构3还包括通过电机固定板固定安装在行程板25上的旋进驱动电机31,旋进驱动电机31的输出轴上设置有驱动锥齿轮311,转筒32上设置有与驱动锥齿轮311啮合的从动锥齿圈321。底板12上设置有用于取样筒33穿出避位的呈圆形的避位孔121,底板12的上端面上竖直转动安装有六个围绕避位孔121圆周均匀分布的引导辊122,六个引导辊122围成的内切圆直径与取样筒33的外壁直径相等。
在取样筒机构3中,取样筒33将用于钻探取样,在取样时取样筒33可以进行转动,具体的,通过启动旋进驱动电机31带动驱动锥齿轮311转动,驱动锥齿轮311将驱动从动锥齿圈321而带动转筒32竖直转动,继而带动取样筒33随之同步转动。在实际取样作业时,一方面钻取进位机构2将带动取样筒33竖直向下运动,另一方面取样筒33同步转动,向下钻进过程中取样筒33在穿过避位孔121的过程中必然经过六个引导辊122,由于取样筒33本身尺寸较长,而取样筒33贴着六个引导辊122向下运动能够有效抑制圆周摆动,能够提高取样筒33钻进的稳定性。
如图5、图6和图7所示,动力机构4包括基座圆盘41、动力执行电机42、传动轴43和从动锤击机构44;基座圆盘41通过螺栓固定安装在转筒32的顶端,动力执行电机42通过螺栓竖直固定安装在基座圆盘41的顶端,传动轴43竖直转动安装在基座圆盘41底端与取样筒33顶端之间,传动轴43轴向与转筒32的轴向重合,传动轴43上设置有传动齿轮432;从动锤击机构44装配在转筒32内。
如图5、图7、图8、图9和图10所示,钻头组机构5包括限位环51和十六个一一对应装配在十六个导孔331位置的钻头杆件52;限位环51水平焊接在转筒32内且位于从动锤击机构44的下方,限位环51上圆周分布设置有十六个一一对应位于十六个导孔331正上方的圆孔511,限位环51上端面上在每个圆孔511位置对应设置有限位槽512;钻头杆件52包括长杆521、固定在长杆521底端的钻头522、固定在长杆521顶端的花键轴523、固定在花键轴523顶端的圆柱杆524、轴承525和套设在圆柱杆524上的橡胶弹簧526;钻头522与长杆521之间采用可拆卸方式固定连接,钻头522作为耗材可以进行拆卸更换,钻头522的前端呈十字刀结构,十字刀结构的钻头522既便于钻进冲击,也便于转动旋切;长杆521滑动配合安装在导孔331中,长杆521可以在导孔331中转动,也可以在导孔331中滑动,为了避免长杆521与导孔331之间形成干摩擦,可以定期在导孔331中添加润滑油;长杆521顶端贯穿至取样筒33顶端外部,钻头522伸向导孔331的沉头孔部位内,轴承525焊接在限位环51底端且与对应位置的圆孔511同轴设置,轴承525的转动部位上设置有与传动齿轮432啮合的从动齿轮5251,橡胶弹簧526嵌入在相应位置的限位槽512中,橡胶弹簧526与限位槽512保持相对固定;从动锤击机构44由传动轴43带动并对十六个钻头杆件52的圆柱杆524端往复锤击;从动锤击机构44包括圆环盘441、导杆442、拉簧443、环形保持架444和十六个与十六个钻头杆件52一一对应设置的锤击组件445;传动轴43从圆环盘441中心穿过且两者同轴设置,传动轴43上设置有圆柱凸轮431,圆环盘441上设置有插入圆柱凸轮431凹槽中的从动销4411,圆环盘441的上端面上竖直焊接有四个导杆442,四个导杆442围绕圆环盘441中心轴圆周均匀分布,导杆442与基座圆盘41竖直滑动配合,每个导杆442上对应套设有拉簧443,拉簧443两端分别焊接在基座圆盘41的底端面上和圆环盘441的上端面上,环形保持架444位于圆环盘441与传动齿轮432之间且水平焊接在转筒32的内壁上;十六个锤击组件445设置在环形保持架444上且围绕中心轴圆周均匀分布,锤击组件445包括焊接在环形保持架444上的活塞套4451、滑动设置在活塞套4451上的活塞柱4452、联动弹簧4453和滑动设置在活塞套4451内的击锤4454,活塞柱4452顶端通过螺栓固定连接在圆环盘441的下端面上,联动弹簧4453通过螺丝固定在活塞柱4452与击锤4454之间,相对位置的圆柱杆524伸向活塞套4451内与击锤4454相对设置。
在进行钻探取样时,启动动力机构4将带动所有的钻头522实现自转且同步进行钻进冲击,具体的,启动动力执行电机42将带动传动轴43转动,一方面,传动齿轮432将随着传动轴43同步转动,继而将驱动所有的从动齿轮5251同步转动,由于从动齿轮5251装配在轴承525的转动部位,且花键轴523与轴承525之间采用滑动配合,因此钻头522、长杆521以及花键轴523将随着从动齿轮5251的转动而同步旋转,另一方面,圆柱凸轮431将随着传动轴43同步转动,继而圆柱凸轮431的凹槽将通过从动销4411带动圆环盘441上下往复运动,继而所有的活塞柱4452都将随着圆环盘441同步上下往复运动,活塞柱4452将通过联动弹簧4453带动击锤4454往复运动,从而往复运动的击锤4454将对对应位置的圆柱杆524进行往复锤击,联动弹簧4453在整个锤击过程中增强了振动锤击的效果,当圆柱杆524承受击锤4454的锤击过程中,橡胶弹簧526将逐渐压缩,因此圆柱杆524获得了向下的进位量,钻头522将连同长杆521以及花键轴523随着圆柱杆524同步获得了向下的进位量,当击锤4454与圆柱杆524背向脱离后,橡胶弹簧526将弹性恢复,从而钻头522将随着圆柱杆524获得了向上的恢复量,因此在反复的击锤4454过程中,钻头522在自转的同时获得了反复冲击的效果。使得在实际钻探取样过程中,钻头522可以随着取样筒33公转的同时进行自转,从而取样筒33可以借助钻头522对地面土层进行旋切钻进,另外钻头522旋转钻进的同时可对地面进行反复冲击,大大增强了钻进的效果,提高了钻进的效率,可有效抑制硬质土层分布对钻进受阻的影响,提高了钻进的顺畅度;
综上所述,本发明提供了一种地质矿产实验取样装置,在户外地质矿产实验取样时可以进行快速高效地钻探取样,具体操作过程可按如下所示:
根据户外地质矿产勘查分析选择合适的钻探取样地面位置,将取样装置放置在该待取样地面上,并使得底板12尽可能保持水平状态放置,从而保持相对地面垂直钻进;
压紧取样装置,先启动动力机构4,使得钻头522进行自转并同步产生冲击效果,随后启动取样筒机构3,使得取样筒33保持转动状态,最后启动钻取进位机构2,带动取样筒33竖直向下钻进,在对地面土层进行钻探钻进的过程中,取样筒33将转动钻进,而所有的钻头522在随着取样筒33公转的同时保持自转,从而通过钻头522进行旋切钻进,另外,钻头522对地面土层的钻进接触部位进行钻进冲击,能够有效减弱硬质复杂地质土层带来的钻进阻碍,提高了钻探取样的顺畅度和效率;
达到最大钻进量完成钻探取样后,通过钻取进位机构2向上提拉从而将取样筒33向上带出,随后将取样筒33内的钻探土层样品取出即可。
本领域技术人员应该理解,本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例,在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容,在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例,这并不影响本发明的实质内容。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。