CN115326471B - 一种钻探取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻探取样领域，具体涉及一种钻探取样装置。其包括传动轴、内刀转盘、外刀转盘；内刀转盘和外刀转盘上下扣合后通过传动装置连接在传动轴的下端，传动装置使内刀转盘和外刀转盘可随传动轴同步转动且可相对于传动轴转动；内刀转盘上设置有内定刀和内动刀，外刀转盘上设置有外定刀和外动刀，内动刀和外动刀分别可沿内刀转盘和外刀转盘的径向移动。本发明在初始状态下内定刀和内动刀位于同一圆周，外定刀和外动刀位于同一圆周，在内刀转盘和外刀转盘相对于传动轴转动时外动刀向内运动或者使得内动刀向外运动，以改变刀具的排布情况，便于调整钻取过程中对内侧土层和外切土层的切割力度。

Description

一种钻探取样装置

技术领域

本发明涉及钻探取样领域，具体涉及一种钻探取样装置。

背景技术

钻探取样装置是指以钻进的形式对岩石或者土层采集样本的装置或设备。在基建过程中，首先需要对建造地的地理形态、土层结构等进行充分的勘测，以制定出合理的建造方案，而勘测时对土壤取样是必不可少的环节。

现有的钻探取样装置在工作时，由于土壤构成复杂，在钻探过程中经常会触碰到石块、硬土等土质较为坚硬的部分，当钻头局部触碰到硬物时，往往会导致钻探偏离预定轨道、行进效率减慢等问题，严重者将造成设备的损坏。

发明内容

根据现有技术的不足之处，本发明提出了一种钻探取样装置，以解决现有的取样装置遇土层突变情况时容易造成偏离即定轨道、设备损毁的问题。

本发明的一种钻探取样装置采用如下技术方案：包括传动轴、内刀转盘、外刀转盘；传动轴竖直设置且顺时针转动，传动轴的外周壁设置有螺旋状的导料台，内刀转盘和外刀转盘在圆周方向均为不完全结构、上下扣合后通过传动装置连接在传动轴的下端，传动装置配置成使内刀转盘和外刀转盘可随传动轴同步转动且可相对于传动轴转动，且在内刀转盘和外刀转盘相对于传动轴转动时使内刀转盘和外刀转盘的转动方向相反；

内刀转盘上设置有内定刀和内动刀，外刀转盘上设置有外定刀和外动刀，内定刀固定设置于内刀转盘的内边缘，外定刀固定设置于外刀转盘的外边缘，内动刀和外动刀分别可沿内刀转盘和外刀转盘的径向移动，初始状态下内定刀和内动刀位于同一圆周，外定刀和外动刀位于同一圆周，传动轴上设置有导向结构，导向结构配置成内刀转盘和外刀转盘在土层的阻力作用下相对于传动轴转动时，使得外动刀向内运动或者使得内动刀向外运动。

可选地，导料台包括固定输送台和设置在固定输送台下方的可动输送台，可动输送台包括若干输料片，若干输料片在其两端依次叠摞且靠近传动轴底部的输料片位于前一输料片的上方，最上层的输料片倾斜设置且其两端固定于传动轴，其余输料片的两端均可沿传动轴上下滑动；内刀转盘的外边缘设置有向上延伸的撑板，撑板与最下层的输料片抵触，以在内刀转盘转动时控制最下层的输料片升高或者降低。

可选地，内刀转盘包括上传动环和连接在上传动环外侧的内刀盘本体，内刀盘本体关于上传动环的径向平面对称设置有两个；外刀转盘包括下传动环和连接在下传动环外侧的外刀盘本体，外刀盘本体关于下传动环的径向平面对称设置有两个；

传动装置包括锥齿轮，锥齿轮绕水平轴线可转动地设置于传动轴的外周壁，上传动环内周壁设置有与锥齿轮上端啮合的上内齿轮，下传动环内周壁设置有与锥齿轮下端啮合的下内齿轮，内刀转盘和外刀转盘上下扣合后，上内齿轮和下内齿轮均与锥齿轮啮合。

可选地，传动轴上位于内刀转盘和外刀转盘的上方设置有隔板，隔板的上方具有归位室；隔板上设置有若干轨迹槽，轨迹槽为上述导向结构；内刀转盘上设置有内刀径向滑槽，外刀转盘上设置有外刀径向滑槽；内动刀通过内刀弹簧安装于隔板且沿轨迹槽和内刀径向滑槽滑动，外动刀通过外刀弹簧安装于隔板且沿轨迹槽和外刀径向滑槽滑动，内刀弹簧和外刀弹簧位于归位室，初始状态下内刀弹簧促使内动刀位于内刀径向滑槽的内端、外刀弹簧促使外动刀位于外刀径向滑槽的外端。

可选地，隔板上固定设置有若干定块；内动刀包括内动刀本体、内刀滑键、内刀定位块；外动刀包括外动刀本体、外刀滑键、外刀定位块，内刀滑键和内刀定位块之间以及外刀滑键和外刀定位块之间均设置有柱状滑键，内刀弹簧连接定块和内刀定位块，外刀弹簧连接定块和外刀定位块，柱状滑键滑动设置于轨迹槽内，内刀滑键滑动设置于内刀径向滑槽，外刀滑键滑动设置于外刀径向滑槽。

可选地，传动轴上位于下传动环的下方设置于有止挡板，止挡板的下方设置有内定向钻头。

可选地，轨迹槽包括相连接的倾斜引导段和圆弧引导段，圆弧引导段沿隔板的圆周方向延伸，安装内动刀的轨迹槽的圆弧引导段位于倾斜引导段的内端，安装外动刀的轨迹槽的圆弧引导段位于倾斜引导段的外端。

可选地，每个输料片的两端均设置有滑块，传动轴上沿圆周方向设置有若干轴向滑槽，最底端输料片两端的滑块固定于传动轴、其余输料片两端的滑块可上下滑动地设置于轴向滑槽且相邻两个输料片中彼此叠加的一端的滑块位于同一轴向滑槽内。

可选地，撑板的周壁面包括竖直侧面、弧形侧面以及连接竖直侧面和圆弧侧面的水平顶推面，圆弧侧面位于靠近可动输送台。

一种钻探取样方法，具体包括以下步骤：

（1）初步分析地貌形态，确定合适的取样地点；

（2）将本发明的钻探取样装置定位在取样地点，启动驱动装置，传动轴顺时针转动钻探；

（3）如果钻探范围内侧偶遇土层突变的情况阻力增大时，内刀转盘相对于传动轴逆时针转动并通过转齿轮带动外刀转盘顺时针转动，使得外动刀向内移动，助力内侧土层切割；

（4）如果钻探范围外侧偶遇土层突变的情况阻力增大时，外刀转盘相对于传动轴逆时针转动并通过转齿轮带动内刀转盘顺时针转动，使得内动刀向外移动，助力外侧土层切割；

（5）钻取过程中，土样通过导料台输送至地面；

（6）收集土样，停止钻探。

本发明的有益效果是：本发明的一种钻探取样装置，在内刀转盘上设置了内动刀和内定刀、在外刀转盘上设置了外动刀和外定刀。在钻取范围的内侧土层阻力增大时，内刀转盘相对于传动轴逆时针转动并通过转齿轮带动外刀转盘顺时针转动，使得外动刀向内移动，助力内侧土层切割；外侧土层阻力增大时，外刀转盘相对于传动轴逆时针转动并通过转齿轮带动内刀转盘顺时针转动，使得内动刀向外移动，助力外侧土层切割，以此通过内动刀或者外动刀的移动，适配切割刀数量，改变刀具整体的排布情况，便于调整钻取过程中对内侧土层和外切土层的切割力度，避免局部撞击造成的钻探偏离预定轨道，或者造成的设备损毁，维持行进速率，保证钻探工作顺利进行。

进一步地，本发明的导料台包括固定输送台和可动输送台，可动输送台右若干输料片叠加组成，正常钻探取样过程中，可动输送台维持螺旋状保证土样正常输送，在内侧刀具受阻时，可动输送台倾斜程度减小，与钻孔侧壁的摩擦力减小，有助于对内侧土层的切割。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。

图1为本发明的一种钻探取样装置的结构示意图；

图2为本发明的一种钻探取样装置的正视图；

图3为本发明的一种钻探取样装置的剖视图；

图4为图3中A-A处剖视图；

图5为本发明的一种钻探取样装置的爆炸图；

图6为图5中B处局部放大图；

图7为本发明中内刀转盘的结构示意图；

图8为本发明中外刀转盘的结构示意图；

图9为本发明中内动刀和外动刀结构示意图。

图中：1、传动轴；11、导料台；12、输料片；13、内定向钻头；14、轴向滑槽；15、归位室；16、定块；17、轨迹槽；18、锥齿轮；19、隔板；2、内刀转盘；21、内刀径向滑槽；22、内定刀；23、上传动环；3、外刀转盘；31、外刀径向滑槽；32、外定刀；33、撑板；34、下传动环；4、外动刀；41、外动刀本体；42、外刀滑键；43、外刀定位块；44、外刀弹簧；5、内动刀；51、内动刀本体；52、内刀滑键；53、内刀定位块；54、内刀弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明的一种钻探取样装置包括传动轴1、内刀转盘2、外刀转盘3，传动轴1竖直设置且在驱动装置（图中未示出）的带动下顺时针转动，传动轴1的外周壁设置有螺旋状的导料台11，导料台11用于将钻取的土样输送至地面。内刀转盘2和外刀转盘3在圆周方向均为不完全结构、上下扣合后通过传动装置连接在传动轴1的下端，传动装置配置成使内刀转盘2和外刀转盘3可随传动轴1同步转动且可相对于传动轴1转动，且在内刀转盘2和外刀转盘3相对于传动轴1转动时使内刀转盘2和外刀转盘3的转动方向相反。

内刀转盘2上设置有内定刀22和内动刀5，外刀转盘3上设置有外定刀32和外动刀4，内定刀22固定设置于内刀转盘2的内边缘，外定刀32固定设置于外刀转盘3的外边缘，内动刀5和外动刀4分别可沿内刀转盘2和外刀转盘3的径向移动，初始状态下内定刀22和内动刀5位于同一圆周，外定刀32和外动刀4位于同一圆周，传动轴1上设置有导向结构，导向结构配置成内刀转盘2和外刀转盘3在土层阻力的作用下相对于传动轴1转动时，使得外动刀4向内运动或者使得内动刀5向外运动，通过内动刀5或者外动刀4的移动，能够改变刀具整体的排布情况，便于调整钻取过程中对内侧土层和外切土层的切割力度。

在本实施例中，如图2所示，导料台11包括固定输送台和设置在固定输送台下方的可动输送台，可动输送台包括若干输料片12，若干输料片12在其两端依次叠摞且靠近传动轴1底部的输料片12位于前一输料片12的上方，最上层的输料片12倾斜设置且其两端固定于传动轴1，其余输料片12的两端均能够沿传动轴1上下滑动。内刀转盘2的外边缘设置有向上延伸的撑板33，撑板33与最下层的输料片12抵触，以在内刀转盘2转动时控制最下层的输料片12升高或者降低，进而改变可动输送台的倾斜程度。可动输送台呈螺旋状时便于对土样进行输送，可动输送台倾斜程度减小时，能够减小与钻孔侧壁的摩擦，更利于土层的切割。具体地说，每个输料片12的两端均设置有滑块，传动轴1上沿圆周方向设置有若干轴向滑槽14，最上层输料片12两端的滑块固定于传动轴1，其余输料片12两端的滑块可上下滑动地设置于轴向滑槽14且相邻两个输料片12中彼此叠摞的一端的滑块位于同一轴向滑槽14内。撑板33的周壁面包括竖直侧面、弧形侧面以及连接竖直侧面和圆弧侧面的水平顶推面，圆弧侧面位于靠近可动输送台。

在本实施例中，内刀转盘2包括上传动环23和连接在上传动环23外侧的内刀盘本体，内刀盘本体关于上传动环23的径向平面对称设置有两个；外刀转盘3包括下传动环34和连接在下传动环34外侧的外刀盘本体，外刀盘本体关于下传动环34的径向平面对称设置有两个。

传动装置包括锥齿轮18，锥齿轮18绕水平轴线可转动地设置于传动轴1的外周壁，上传动环23内周壁设置有与锥齿轮18上端啮合的上内齿轮，下传动环34内周壁设置有与锥齿轮18下端啮合的下内齿轮，内刀转盘2和外刀转盘3上下扣合后，上内齿轮和下内齿轮均与锥齿轮18啮合。

在本实施例中，传动轴1的下端设置有底部敞口的容纳腔，容纳腔内设置有隔板19，隔板19的上方具有归位室15；传动轴1包括设置于隔板19下方的安装轴段，锥齿轮18设置于安装轴段，隔板19位于内刀转盘2和外刀转盘3的上方且隔板19上设置有若干轨迹槽17，轨迹槽17为上述导向结构，内刀转盘2上设置有内刀径向滑槽21，外刀转盘3上设置有外刀径向滑槽31；内动刀5通过内刀弹簧54安装于隔板19且沿轨迹槽17和内刀径向滑槽21滑动，外动刀4通过外刀弹簧44安装于隔板19且沿轨迹槽17和外刀径向滑槽31滑动，内刀弹簧54和外刀弹簧44设置于归位室15，初始状态下内刀弹簧54促使内动刀5位于内刀径向滑槽21的内端、外刀弹簧44促使外动刀4位于外刀径向滑槽31的外端。需要说明的是，轨迹槽17包括相连接的倾斜引导段和圆弧引导段，圆弧引导段沿隔板19的圆周方向延伸，安装内动刀5的轨迹槽17的圆弧引导段位于倾斜引导段的内端，安装外动刀4的轨迹槽17的圆弧引导段位于倾斜引导段的外端。

在本实施例中，隔板19上固定设置有若干定块16；内动刀5包括内动刀本体51、内刀滑键52、内刀定位块53；外动刀4包括外动刀本体41、外刀滑键42、外刀定位块43，内刀滑键52和内刀定位块53之间以及外刀滑键42和外刀定位块43之间均设置有柱状滑键，内刀弹簧54连接定块16和内刀定位块53，外刀弹簧44连接定块16和外刀定位块43，柱状滑键滑动设置于轨迹槽17内，内刀滑键52滑动设置于内刀径向滑槽21，外刀滑键42滑动设置于外刀径向滑槽31。

在本实施例中，连接轴段上位于下传动环34的下方设置于有止挡板，以对内刀转盘2和外刀转盘3进行限位。止挡板的下方设置有内定向钻头13，便于定位的同时进一步提高钻取效率。

结合上述实施例，本发明的使用原理和工作过程为：

初始状态下，撑板33位于最下层的输料片12下方并将最下层的输料片12顶至最高位置，使得可动输送台维持螺旋形态（如图2所示）。装置正常工作时，传动轴1顺时针转动（以仰视图方向从下向上看）钻取土样，钻取过程中触碰的土质均匀，内刀转盘2、外刀转盘3受到的阻力相同，不会相对于传动轴1产生旋转，装置内侧、外侧刀数相同，正常取土，碎土通过由输料片12组成的可动输送台送至固定输送台，由固定输送台输送至地面。

当内侧区域遇到硬物或者土质难以切割时，内侧阻力大于外侧，内定刀22阻力增大，内刀转盘2相对于传动轴1逆时针旋转并驱动锥齿轮18逆时针自转，外刀转盘3在锥齿轮18的带动下相对于传动轴1顺时针旋转，在轨迹槽17、内刀径向滑槽21、外刀径向滑槽31的作用下，外动刀4向内侧移动，内动刀5径向位置不变，内侧刀数增加，外侧刀减少，外侧刀动力占用比减小，内侧刀动力占用比增加、切割能力提高，装置加快切割内侧区域泥土。同时内刀转盘2逆时针转动的过程中带动撑板33向远离可动输送台的位置移动，除上层的输料片12以外，其余输料片12全部下移，可动输送台倾斜程度减小，与钻孔侧壁的摩擦力减小，有助于对内侧土层的切割，需要说明的，输料片12最大可下移至其底端处于轴向滑槽14的最下端，所有输料片12以相同高度沿传动轴1的圆周方向倾斜阵列，可动输送台变为水平状。当内侧难以切割的泥土较少时，短时间内切割完毕，在外刀弹簧44、内刀弹簧54的作用下，装置恢复初始状态。当内侧较为难以切割的泥土较多时，切割一段时间后，泥土堆积在外侧区域，外侧阻力增大，装置恢复初始状态，输料片12恢复螺旋态，把堆积的泥土输送上去，当泥土减少时，由于此时外侧阻力减少，内部阻力不变，外动刀4再次向内侧移动，内动刀5径向位置不变，重复上述过程直至内侧难以切割的泥土切割完毕。

当外侧区域遇到硬物或者土质难以切割时，外侧阻力大于内侧，外定刀32阻力增大，外刀转盘3相对于传动轴1逆时针旋转并驱动锥齿轮18顺时针自转，内刀转盘2在锥齿轮18的作用下相对于传动轴1顺时针旋转，在轨迹槽17、内刀径向滑槽21、外刀径向滑槽31的作用下，内动刀5向外侧移动，外动刀4径向位置不变，内侧刀减少，其动力占用比减小，外侧刀数增加、动力占用比增加，外侧刀切割能力增加，装置加快切割内侧区域泥土。此时输料片12维持螺旋态，不存在泥土堆积情况。

本发明还提供了一种钻探取样方法，具体包括以下步骤：

（1）初步分析地貌形态，确定合适的取样地点；

（2）将本发明的钻探取样装置定位在取样地点，启动驱动装置，传动轴1顺时针转动钻探；

（3）如果钻探范围内侧偶遇土层突变的情况阻力增大时，内刀转盘2相对于传动轴1逆时针转动并通过转齿轮带动外刀转盘3顺时针转动，使得外动刀4向内移动，助力内侧土层切割；

（4）如果钻探范围外侧偶遇土层突变的情况阻力增大时，外刀转盘3相对于传动轴1逆时针转动并通过转齿轮带动内刀转盘2顺时针转动，使得内动刀5向外移动，助力外侧土层切割；

（5）钻取过程中，土样通过导料台11输送至地面；

（6）收集土样，停止钻探。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钻探取样装置，其特征在于：包括传动轴、内刀转盘、外刀转盘；传动轴竖直设置且顺时针转动，传动轴的外周壁设置有螺旋状的导料台，内刀转盘和外刀转盘在圆周方向均为不完全结构、上下扣合后通过传动装置连接在传动轴的下端，传动装置配置成使内刀转盘和外刀转盘可随传动轴同步转动且可相对于传动轴转动，且在内刀转盘和外刀转盘相对于传动轴转动时使内刀转盘和外刀转盘的转动方向相反；

内刀转盘上设置有内定刀和内动刀，外刀转盘上设置有外定刀和外动刀，内定刀固定设置于内刀转盘的内边缘，外定刀固定设置于外刀转盘的外边缘，内动刀和外动刀分别可沿内刀转盘和外刀转盘的径向移动，初始状态下内定刀和内动刀位于同一圆周，外定刀和外动刀位于同一圆周，传动轴上设置有导向结构，导向结构配置成内刀转盘和外刀转盘在土层的阻力作用下相对于传动轴转动时，使得外动刀向内运动或者使得内动刀向外运动；

传动轴上位于内刀转盘和外刀转盘的上方设置有隔板，隔板的上方具有归位室；隔板上设置有若干轨迹槽，轨迹槽为上述导向结构；内刀转盘上设置有内刀径向滑槽，外刀转盘上设置有外刀径向滑槽；内动刀通过内刀弹簧安装于隔板且沿轨迹槽和内刀径向滑槽滑动，外动刀通过外刀弹簧安装于隔板且沿轨迹槽和外刀径向滑槽滑动，内刀弹簧和外刀弹簧位于归位室，初始状态下内刀弹簧促使内动刀位于内刀径向滑槽的内端、外刀弹簧促使外动刀位于外刀径向滑槽的外端；轨迹槽包括相连接的倾斜引导段和圆弧引导段，圆弧引导段沿隔板的圆周方向延伸，安装内动刀的轨迹槽的圆弧引导段位于倾斜引导段的内端，安装外动刀的轨迹槽的圆弧引导段位于倾斜引导段的外端。

2.根据权利要求1所述的一种钻探取样装置，其特征在于：导料台包括固定输送台和设置在固定输送台下方的可动输送台，可动输送台包括若干输料片，若干输料片在其两端依次叠摞且靠近传动轴底部的输料片位于前一输料片的上方，最上层的输料片倾斜设置且其两端固定于传动轴，其余输料片的两端均可沿传动轴上下滑动；内刀转盘的外边缘设置有向上延伸的撑板，撑板与最下层的输料片抵触，以在内刀转盘转动时控制最下层的输料片升高或者降低。

3.根据权利要求2所述的一种钻探取样装置，其特征在于：内刀转盘包括上传动环和连接在上传动环外侧的内刀盘本体，内刀盘本体关于上传动环的径向平面对称设置有两个；外刀转盘包括下传动环和连接在下传动环外侧的外刀盘本体，外刀盘本体关于下传动环的径向平面对称设置有两个；

传动装置包括锥齿轮，锥齿轮绕水平轴线可转动地设置于传动轴的外周壁，上传动环内周壁设置有与锥齿轮上端啮合的上内齿轮，下传动环内周壁设置有与锥齿轮下端啮合的下内齿轮，内刀转盘和外刀转盘上下扣合后，上内齿轮和下内齿轮均与锥齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的一种钻探取样装置，其特征在于：隔板上固定设置有若干定块；内动刀包括内动刀本体、内刀滑键、内刀定位块；外动刀包括外动刀本体、外刀滑键、外刀定位块，内刀滑键和内刀定位块之间以及外刀滑键和外刀定位块之间均设置有柱状滑键，内刀弹簧连接定块和内刀定位块，外刀弹簧连接定块和外刀定位块，柱状滑键滑动设置于轨迹槽内，内刀滑键滑动设置于内刀径向滑槽，外刀滑键滑动设置于外刀径向滑槽。

5.根据权利要求3所述的一种钻探取样装置，其特征在于：传动轴上位于下传动环的下方设置于有止挡板，止挡板的下方设置有内定向钻头。

6.根据权利要求2所述的一种钻探取样装置，其特征在于：每个输料片的两端均设置有滑块，传动轴上沿圆周方向设置有若干轴向滑槽，最底端输料片两端的滑块固定于传动轴、其余输料片两端的滑块可上下滑动地设置于轴向滑槽且相邻两个输料片中彼此叠加的一端的滑块位于同一轴向滑槽内。

7.根据权利要求2所述的一种钻探取样装置，其特征在于：撑板的周壁面包括竖直侧面、弧形侧面以及连接竖直侧面和圆弧侧面的水平顶推面，圆弧侧面位于靠近可动输送台。

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