CN116147975A - 一种防落式取土装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种可以防止土样从取土器内掉落的一种防落式取土装置及其使用方法，涉及岩土工程勘察检测设备技术领域。一种防落式取土装置，包括支架、推进驱动机构、旋转驱动装置、钻杆和空心的钻头，还包括翻转控制机构和外径与钻头内径适配的球形块；所述球形块设置在钻头内并通过沿钻头的径向方向固设在球形块两侧的连接轴与钻头转动连接，所述球形块的一侧开始设有凹槽以形成取样腔；所述翻转控制机构与所述连接轴连接以驱动连接轴绕连接轴的轴线转动。本发明可以更好地保证取土效果和取样效率。

Description

一种防落式取土装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察检测设备技术领域，具体涉及一种防落式取土装置及其使用方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，岩土工程勘察在工程建设中扮演着越来越重要的角色，在岩土工程勘察中经常需要对土进行取样，其中，在取土时需要尽量不破坏土样。然而，现有的取土装置一般通过钻头取土，钻头取样完成后在退出的过程中存在土样易从钻头内腔掉落的问题，影响取样效果和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以防止土样从取土器内掉落的一种防落式取土装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防落式取土装置，包括支架、推进驱动机构、旋转驱动装置、钻杆和空心的钻头，所述支架设有与支架竖向滑动连接的滑台，所述钻杆沿滑台的滑动方向设置在滑台下方且一端与滑台转动连接，另一端与钻头连接，所述旋转驱动装置安装在滑台上并与钻杆传动连接，所述推进驱动机构与滑台连接以驱动滑台滑动，还包括翻转控制机构和外径与钻头内径适配的球形块；

所述球形块设置在钻头内并通过沿钻头的径向方向固设在球形块两侧的连接轴与钻头转动连接，所述球形块的一侧开始设有凹槽以形成取样腔；

所述翻转控制机构与所述连接轴连接以驱动连接轴绕连接轴的轴线转动。

进一步地，所述翻转控制机构包括直线驱动装置、连接杆和齿条，所述直线驱动装置安装在所述滑台上，所述齿条沿钻杆的轴线方向滑动设置在钻头的侧壁内，并通过齿轮与所述连接轴啮合配合，所述连接杆沿钻杆的轴线方向设置在所述钻杆的中心，且与钻杆滑动配合，所述连接杆的一端与直线驱动装置转动连接，另一端通过横杆与齿条固接。

进一步地，所述横杆设置在钻头内，所述连接杆的另一端延伸至钻头内与所述横杆固接，所述横杆的下方设有挡土板。

进一步地，推进驱动机构包括推进驱动装置、丝杆和与丝杆配合的螺母，所述丝杆沿钻杆的轴线方向固设在支架上，所述螺母转动连接于滑台并与丝杆配合，所述推进驱动装置安装在滑台上并与所述螺母传动连接。

进一步地，所述推进驱动装置和旋转驱动装置为同一电机。

进一步地，所述钻头的外侧设有挡尘罩，所述挡尘罩通过与钻杆滑动配合的滑套滑动设置在钻杆上，且所述滑套与钻杆转动配合。

进一步地，所述滑套与钻杆之间设有滚珠。

进一步地，所述支架上设有控制器和警报器，所述取样腔的底部设有沿取样腔的深度方向浮动设置的限位板，所述限位板与所述取样腔的底部之间设有压力传感器，所述压力传感器与控制器信号连接，以向控制器传输压力信号，所述控制器与警报器电连接，以根据所述压力信号控制警报器报警。

进一步地，所述限位板靠近取样腔底部的一侧设有激振器，所述球形块内设有蓄电池，所述蓄电池与所述激振器电连接。

本发明还提供一种上述的一种防落式取土装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、将支架安装在取土位置，通过翻转控制机构控制球形块翻转，使取样腔向上；

步骤二、启动推进驱动机构以及旋转驱动装置，将钻头旋进土体至取样深度；

步骤三、通过翻转控制机构控制球形块翻转，使取样腔向下；

步骤四、继续通过推进驱动机构以及旋转驱动装置使钻头继续旋进土体，直至土样充满取样腔；

步骤五、通过翻转控制机构控制球形块翻转，使取样腔向上；

步骤六、通过推进驱动机构使钻头退出土体；

步骤七、通过翻转控制机构控制球形块翻转，使取样腔向下，倒出取样腔内的土样。

本发明的有益效果是：本发明的防落式取土装置及其使用方法，在钻头内设有可翻转的球形块，球形块由翻转控制机构控制，在球形块取土样完成后通过翻转控制机构控制可将其取样腔向上，从而解决了土样易从取样腔内掉出的问题，可以更好地保证取土效果和取样效率。

附图说明

图1是本发明的防落式取土装置的一种结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是图2的A处放大图；

图4是传动结构示意图；

图5是本发明的防落式取土装置的另一种结构示意图；

图6是图5的B处放大图；

附图标记：支架1，推进驱动机构2，旋转驱动装置3，钻头4，钻杆5，翻转控制机构6，球形块7，挡土板8，挡尘罩9，滑台11，控制器12，警报器13，滑轨14，钻杆驱动齿轮16，螺母驱动齿轮17，推进驱动装置21，螺母22，丝杆23，挡尘胶套24，直线驱动装置61，连接杆62，齿条63，横杆64，连接轴71，取样腔72，齿轮73，弹簧74，限位板75，压力传感器76，激振器77，蓄电池78，滑套91，滚珠92。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的一种防落式取土装置，包括支架1、推进驱动机构2、旋转驱动装置3、钻杆5和空心的钻头4。所述支架1设有与支架1竖向滑动连接的滑台11，滑台11具体通过竖向的滑轨14与支架1竖向滑动连接，所述钻杆5沿滑台11的滑动方向设置在滑台11下方且一端与滑台11转动连接，另一端与钻头4连接，所述旋转驱动装置3安装在滑台11上并与钻杆5传动连接，所述推进驱动机构2与滑台11连接以驱动滑台11滑动。如图2、图3所示，装置还包括翻转控制机构6和外径与钻头4的内径适配的球形块7。所述球形块7设置在钻头4内并通过沿钻头4的径向方向固设在球形块7两侧的连接轴71与钻头4转动连接，所述球形块7的一侧开始设有凹槽以形成取样腔72。所述翻转控制机构6与所述连接轴71连接以驱动连接轴71绕连接轴71的轴线转动。

其中，球形块7应尽量设置在钻头4的下端，使球形块7的取样腔72向上时球形块7的下端凸出于钻头4的下端，这样球形块7的下端可以起类似于钻头4的钻尖的作用。

旋转驱动装置3可以采用电机或其它旋转驱动设备，旋转驱动装置3与钻杆5之间具体可以采用链传动、带传动或齿轮传动等方式传动连接。为了便于取土装置移动，支架上设有滚轮。为了方便了解钻头4的钻进深度，本发明的实施例中，钻杆5上设有刻度。

本发明的防落式取土装置的使用时，先通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向上。取土时，启动推进驱动机构2以及旋转驱动装置3，通过旋转驱动装置3驱动钻杆5以及钻头4旋转，通过推进驱动机构2推动滑台11滑动，从而使钻头4旋进土体。由于球形块7的外径与钻头4的内径适配，上述过程中土样不会从球形块7与钻头4的内壁之间的间隙通过而进入到取样腔72内。当钻头4旋进到取样要求的深度后，先通过翻转控制机构6控制球形块7向下翻转，使取样腔72向下，再继续通过推进驱动机构2以及旋转驱动装置3使钻头4继续旋进土体，直至取样腔72取样完成。当取样完成需要退出钻头4时，先通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向上，再通过推进驱动机构2使滑块上移，使钻头4退出土体。最后通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向下，倒出土样即可。本发明的防落式取土装置在钻头4内设有可翻转的球形块7，球形块7可以由翻转控制机构6控制，可以在球形块7取土样完成后将其取样腔72向上，如此，可以防止土样从取样腔72内掉出，从而保证取土效果和取样效率。当钻头退出土体后，再通过翻转控制机构6控制球形块7向下翻转，使取样腔72向下，将土样倒出即可。球形块71采用球形，方便球形块在取土过程中旋转的同时，由于球形块71的取样腔72向上时其下端为凸弧形，可以将钻头4中间的土体向钻头4的外侧挤压，从而方便钻头向下钻进。

当钻头4旋进到取样要求的深度后，先通过翻转控制机构6控制球形块7向下翻转，使取样腔72向下，再继续向下旋进钻头4，可使土样进入取样腔72内。当完成取样需要退出钻头4时，先通过翻转控制机构6控制球形块7向上翻转，使取样腔72向上，再通过推进驱动机构2使滑台上移，推出钻头。如此，可以防止土样从取样腔72内掉出，从而保证取土效果和取样效率。当钻头退出土体后，再通过翻转控制机构6控制球形块7向下翻转，使取样腔72向下，将土样倒出即可。球形块71采用球形，方便球形块在取土过程中旋转的同时，由于球形块71的取样腔72向上时其下端为凸弧形，可以将钻头4中间的土体向钻头4的外侧挤压，从而方便钻头向下钻进。

翻转控制机构6可以为设置在钻头4的内腔内的电机，通过该电机与连接轴71传动连接实现控制球形块7翻转。但是由于钻头4一般较小，电机设置在钻头内较困难。如图2、图3，本发明实施例中，翻转控制机构6包括直线驱动装置61、连接杆62和齿条63，所述直线驱动装置61安装在所述滑台11上，所述齿条63沿钻杆4的轴线方向滑动设置在钻头4的侧壁内，并通过设置在连接轴71上的齿轮73与所述连接轴71啮合配合，所述连接杆62沿钻杆5的轴线方向设置在所述钻杆5的中心，且与钻杆5滑动配合，所述连接杆62的一端与直线驱动装置61转动连接，另一端通过横杆64与齿条63固接。当需要翻转球形块7时，通过直线驱动装置61推动连接杆62，使其沿钻杆5的轴线方向向上或向下移动，连接杆62再通过横杆64即可带动齿条63向下或向下移动，使齿条63通过齿轮73驱动连接轴71转动，从而控制球形块7翻转。由于连接杆62的一端与直线驱动装置61转动连接，可以避免连接杆62随钻头4转动过程中带动直线驱动装置61一并转动的情况出现。直线驱动装置61具体可以是气缸、电动推杆等。

横杆64可以设置在钻头4的外侧或内部，而横杆64设置在钻头4的外侧时容易影响钻头钻进，且钻杆5的侧面需要开孔以便连接杆62与横杆64连接，这样泥土容易进入钻杆5内。因此，优选地，所述横杆64设置在钻头4内，所述连接杆62的另一端延伸至钻头4内与所述横杆64固接。为了防止泥土影响到连接杆62以及齿条的滑动，所述横杆64的下方设有挡土板8。在一些实施例中，挡土板8也为平板。图中，挡土板8为弧形。

如图2所示，本发明实施例中，推进驱动机构2包括推进驱动装置21、丝杆23和与丝杆23配合的螺母22，所述丝杆23沿钻杆5的轴线方向固设在支架1上，所述螺母22转动连接于滑台11并与丝杆23配合，所述推进驱动装置21安装在滑台11上并与所述螺母22传动连接，以驱动螺母22转动。当需要控制钻头4推进或后退时，推进驱动装置21驱动螺母22相对于丝杆23转动，可以使螺母22沿丝杆上下移动，又由于螺母22转动连接于滑台11，螺母22可带动滑台11上下滑动，从而可通过滑台11使钻头4推进或后退。在一些实施例中，推进驱动机构2也采用安装在支架1上一端与滑台11连接的气缸或电动推杆。推进驱动装置21可以采用电机或其它旋转驱动设备，推进驱动装置21与螺母22之间具体可以采用链传动、带传动或齿轮传动等方式传动连接。

为了防止灰尘附着在丝杆上，丝杆上套设有可伸缩的挡尘胶套24。

推进驱动装置21和旋转驱动装置3可以不是同一装置或同一装置。图2中，所述推进驱动装置21和旋转驱动装置3为同一电机，这样更节约成本。推进驱动装置21和旋转驱动装置3为同一电机时，本发明的实施例中，如图4所示，电机的输出轴通过与内外均设有传动齿的齿圈15的外齿配合(齿圈15的外齿未全部画出)，齿圈再通过设置在其内的并与钻杆5固定连接的钻杆驱动齿轮16驱动钻杆5，通过与螺母22固定连接的螺母驱动齿轮17驱动螺母22。

如图2、图5所示，所述钻头4的外侧设有挡尘罩9，钻杆5上套设有与其滑动配合的滑套91，挡尘罩9固定在滑套91上，从而通过滑套91滑动设置在钻杆5上，且滑套91与钻杆5转动配合。这样，钻头4在钻进过程中挡尘罩9在重力作用下会沿钻杆5向下移动而贴合在地面上，形成对钻取部位包围遮挡防扬尘，且挡尘罩9不会随钻杆5转动，方便钻杆5钻进。图5中，为了便于滑套滑动和钻杆转动，滑套91与钻杆5之间设有滚珠92。

为了便于及时了解取样情况，如图5、图6所示，所述支架1上设有控制器12和警报器13，所述取样腔72的底部设有沿取样腔72的深度方向浮动设置的限位板75，所述限位板75与所述取样腔72的底部之间设有压力传感器76，所述压力传感器76与控制器12信号连接，以向控制器12传输压力信号，所述控制器12与警报器13电连接，以根据所述压力信号控制警报器13报警。具体来说，限位板75可通过弹簧74浮动设置在取样腔72的底部。由于球形块7会翻转，不便于接线，压力传感器76优选采用带电源的无线信号传输模式的压力传感器。当土样进入取样腔72后会推动限位板75向上移动，当限位板75移动至设定位置，限位板75会与压力传感器76接触，从而向压力传感器76传递压力，压力传感器76感知压力后会向控制器12输出一压力信号，控制器12收到该压力信号后表明取土完成，会向警报器13发出报警信号，控制警报器13报警，从而便于操作者及时获知取土情况。

如图6所示，所述限位板75靠近取样腔72底部的一侧设有激振器77，所述球形块7内设有蓄电池78，所述蓄电池78与所述激振器77电连接。通用可以通过激振器77带动限位板75振动，从而方便将土样从取样腔72取出。

若压力传感器76不自带电源，可以理解的是，将压力传感器76需要与蓄电池78电连接，以便向压力传感器76供电。

上述的防落式取土装置的具体使用方法如下：

步骤一、取土装置取土样时，先通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向上；

步骤二、启动推进驱动机构2以及旋转驱动装置3，使钻头4旋进土体至要求取样深度；

步骤三、当钻头4旋进到要求取样的深度后，通过翻转控制机构6控制球形块7向下翻转，使取样腔72向下；

步骤四、继续通过推进驱动机构2以及旋转驱动装置3使钻头4继续旋进土体，直至土样充满取样腔72；

步骤五、通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向上；

步骤六、通过推进驱动机构2使滑块上移，使钻头4退出土体；

步骤七、通过翻转控制机构6控制球形块7翻转，使取样腔72向下，倒出取样腔72内的土样，取样完成。

Claims (10)

1.一种防落式取土装置，包括支架(1)、推进驱动机构(2)、旋转驱动装置(3)、钻杆(5)和空心的钻头(4)，所述支架(1)设有与支架(1)竖向滑动连接的滑台(11)，所述钻杆(5)沿滑台(11)的滑动方向设置在滑台(11)下方且一端与滑台(11)转动连接，另一端与钻头(4)连接，所述旋转驱动装置(3)安装在滑台(11)上并与钻杆(5)传动连接，所述推进驱动机构(2)与滑台(11)连接以驱动滑台(11)滑动，还包括翻转控制机构(6)和外径与钻头(4)内径适配的球形块(7)；

所述球形块(7)设置在钻头(4)内并通过沿钻头(4)的径向方向固设在球形块(7)两侧的连接轴(71)与钻头(4)转动连接，所述球形块(7)的一侧开始设有凹槽以形成取样腔(72)；

所述翻转控制机构(6)与所述连接轴(71)连接以驱动连接轴(71)绕连接轴(71)的轴线转动。

2.如权利要求1所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述翻转控制机构(6)包括直线驱动装置(61)、连接杆(62)和齿条(63)，所述直线驱动装置(61)安装在所述滑台(11)上，所述齿条(63)沿钻杆(5)的轴线方向滑动设置在钻头(4)的侧壁内，并通过齿轮(73)与所述连接轴(71)啮合配合，所述连接杆(62)沿钻杆(5)的轴线方向设置在所述钻杆(5)的中心，且与钻杆(5)滑动配合，所述连接杆(62)的一端与直线驱动装置(61)转动连接，另一端通过横杆(64)与齿条(63)固接。

3.如权利要求2所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述横杆(64)设置在钻头(4)内，所述连接杆(62)的另一端延伸至钻头(4)内与所述横杆(64)固接，所述横杆(64)的下方设有挡土板(8)。

4.如权利要求1所述的一种防落式取土装置，其特征在于，推进驱动机构(2)包括推进驱动装置(21)、丝杆(23)和与丝杆(23)配合的螺母(22)，所述丝杆(23)沿钻杆(5)的轴线方向固设在支架(1)上，所述螺母(22)转动连接于滑台(11)并与丝杆(23)配合，所述推进驱动装置(21)安装在滑台(11)上并与所述螺母(22)传动连接。

5.如权利要求4所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述推进驱动装置(21)和旋转驱动装置(3)为同一电机。

6.如权利要求1所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述钻头(4)的外侧设有挡尘罩(9)，所述挡尘罩(9)通过与钻杆(5)滑动配合的滑套(91)滑动设置在钻杆(5)上，且所述滑套(91)与钻杆(5)转动配合。

7.如权利要求6所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述滑套(91)与钻杆(5)之间设有滚珠(92)。

8.如权利要求1所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述支架(1)上设有控制器(12)和警报器(13)，所述取样腔(72)的底部设有沿取样腔(72)的深度方向浮动设置的限位板(75)，所述限位板(75)与所述取样腔(72)的底部之间设有压力传感器(76)，所述压力传感器(76)与控制器(12)信号连接，以向控制器(12)传输压力信号，所述控制器(12)与警报器(13)电连接，以根据所述压力信号控制警报器(13)报警。

9.如权利要求8所述的一种防落式取土装置，其特征在于，所述限位板(75)靠近取样腔(72)底部的一侧设有激振器(77)，所述球形块(7)内设有蓄电池(78)，所述蓄电池(78)与所述激振器(77)电连接。

10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的一种防落式取土装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将支架(1)安装在取土位置，通过翻转控制机构(6)控制球形块(7)翻转，使取样腔(72)向上；

步骤二、启动推进驱动机构(2)以及旋转驱动装置(3)，将钻头(4)旋进土体至取样深度；

步骤三、通过翻转控制机构(6)控制球形块(7)翻转，使取样腔(72)向下；

步骤四、继续通过推进驱动机构(2)以及旋转驱动装置(3)使钻头(4)继续旋进土体，直至土样充满取样腔(72)；

步骤五、通过翻转控制机构(6)控制球形块(7)翻转，使取样腔(72)向上；

步骤六、通过推进驱动机构(2)使钻头(4)退出土体；

步骤七、通过翻转控制机构(6)控制球形块(7)翻转，使取样腔(72)向下，倒出取样腔(72)内的土样。

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