CN116296856A - 北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法，涉及冻土检测技术领域，包括：筒式外壳，所述筒式外壳的内部旋转设置有丝杠；筒式外壳的顶部肩台处固定设置有传动电机，传动电机与丝杠传动连接；通电架，所述通电架配合导轨垂直滑动设置在筒式外壳的内部；垂直架，所述垂直架固定设置在通电架的外部，设置压力传感器和温度传感器，提供了定点的同步多元感知功能，利用压力传感器和温度传感器从两侧挤压土壤，即可同步测量土壤温度和抗压程度，并且能够根据时间进行计算，采用对照组在不同的时段测量能够精确检测冻土地的特性，解决了不能直接对指定区域的土壤进行多元感知检测问题。
Description
技术领域
本发明涉及冻土检测技术领域，特别涉及北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法。
背景技术
北方严寒地区输配电的安装需要实地考察，对多年冻土地温条件、活动层厚度、季节冻土最大冻深等信息进行检测，在冻土地施工，现在的感知方法是采用钻杆对地面进行钻孔，取出土壤，然后测量土壤的温度，测试土壤的硬度，实现感知。
目前测试的感知方法存在以下缺点：
1、目前在冻土地检测主要通过工具取样实现感知，需要频繁的人工检测，不能通过远程的控制直接对指定区域的土壤进行多元感知检测，不利于快速检测冻土；
2、由于目前感知大多数用小型钻杆钻孔，小型钻杆由电机驱动，如果遇到冻土过硬，电机驱动的时候钻杆使电机的初始动能受到阻碍，会使电机直接无法旋转，从而影响检测。
3、现有工具不便快速同步旋转按压安装。
4、缺乏方便同化的温度硬度感测结构。
发明内容
有鉴于此，本发明提供北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法，其具有隔温水箱，可以保温存贮水并进行加热。
本发明提供了北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法，具体包括：筒式外壳，所述筒式外壳的内部旋转设置有丝杠；筒式外壳的顶部肩台处固定设置有传动电机，传动电机与丝杠传动连接；通电架，所述通电架配合导轨垂直滑动设置在筒式外壳的内部；垂直架，所述垂直架固定设置在通电架的外部；转筒架，所述转筒架固定设置在垂直架的外部；空心转筒，所述空心转筒配合轴承旋转设置在转筒架的中间；隔温水箱，所述隔温水箱固定设置在筒式外壳的顶部，隔温水箱的内壁设置有双层真空内胆，隔层中设置加热器；侧电动液压缸，所述侧电动液压缸固定设列在筒式外壳的两侧；连接座，所述连接座固定设置在垂直架的一侧底部。
可选地，所述通电架包括有：接电轮，所述通电架的内部阵列旋转设置有两层接电轮，每层接电轮的数量设置为六组。
可选地，所述垂直架包括有：主电动液压缸，垂直架的一侧顶部固定设置有主电动液压缸，主电动液压缸的底部伸缩端固定设置有传动齿条；接近开关，垂直架靠近空心转筒的一侧底部固定设置有接近开关。
可选地，所述转筒架包括有：从动轴，转筒架连接垂直架的部位为空心仓结构，空心仓结构中间旋转设置有从动轴；传动轴，从动轴中间旋转设置有传动轴，传动轴一端穿过垂直架固定设置有内棘轮齿轮；传动轴与从动轴设置锥齿轮传动连接；驱动齿轮，从动轴的上下端均固定设置有驱动齿轮。
可选地，所述空心转筒包括有：定位块，空心转筒的外部两侧上方一体式设置有两组定位块；电极环，空心转筒的外部固定设置有两组电极环，电极环的外部上下侧边缘均为凸缘结构，接电轮吻合滚动设置在电极环的边缘；从动齿轮，空心转筒的上方外部固定设置有两组从动齿轮，从动齿轮与驱动齿轮啮合；接水斗，空心转筒的顶部固定设置有接水斗，接水斗的顶部边缘为筒状结构；电热丝，空心转筒的内壁内部设置有电热丝，电热丝外部设置绝缘层并旋转式设置在空心转筒的内壁中，电热丝的顶部两端分别连接两组电极环。
可选地，所述空心转筒还包括有：连通孔，空心转筒的外部开设有两列连通孔；切割片，空心转筒的底部中间一体式设置有切割片；空心转筒的底部边缘为齿状结构。
可选地，所述隔温水箱包括有：电磁阀，隔温水箱的底部固定设置有电磁阀，电磁阀的底部开口与接水斗的中间对齐。
可选地，所述侧电动液压缸包括有：压力传感器，侧电动液压缸的伸缩端固定设置有压力传感器，两侧压力传感器的相邻端固定设置有温度传感器。
可选地，所述连接座包括有：气伸缩杆，连接座的顶部边侧固定设置有四组气伸缩杆，气伸缩杆的顶部固定设置有丝母顶座；丝母顶座与丝杠螺纹连接；气压传感器，连接座的一侧固定设置有气压传感器，气伸缩杆和气压传感器穿过连接座的内部连通；六边形套，丝母顶座的底部固定设置有六边形套，六边形套与连接座滑动连接。
可选地，北方严寒地区输配电用的冻土检测装置的测试方法，包括以下步骤：
1、安装，将筒式外壳固定在监控位置，驱动主电动液压缸反复伸缩，在主电动液压缸伸展的过程中传动齿条向下移动，带动内棘轮齿轮旋转，内棘轮齿轮带动传动轴旋转，传动轴配合锥齿轮带动从动轴旋转，从动轴带动驱动齿轮旋转，驱动齿轮带动从动齿轮旋转，促使空心转筒旋转，然后启动传动电机带动丝杠旋转，推进丝母顶座下降，进而推进转筒架和空心转筒下降，配合切割片进行钻洞，将空心转筒埋设到土地中，期间将隔温水箱内的水利用加热器加热，打开电磁阀将隔温水箱的水排出，水落入接水斗中，然后输入空心转筒，进而渗透到地下，填充到土壤中，使内部土壤快速与外部土壤一体化；丝母顶座下降时按压气伸缩杆，如果空心转筒无法下降，则气压触发气压传感器，通过反馈信号判定停止传动电机或降低功率减缓下降速度；此外，利用电热丝可以提前对空心转筒加热，加速安装；
2、抽样，反转传动电机和丝杠将空心转筒提起，空心转筒收纳到筒式外壳中即可完成抽样，期间驱动空心转筒旋转可以方便取样；在定位块对齐接近开关的时候停止主电动液压缸，使空心转筒停止旋转即可完成对位；此时侧电动液压缸与连通孔对齐；
3、测试，驱动侧电动液压缸伸展，利用压力传感器和温度传感器从两侧挤压土壤，即可同步测量土壤温度和抗压程度，并且能够根据时间进行计算，采用对照组在不同的时段测量能够精确检测冻土地的特性。
有益效果如下：
1、设置压力传感器和温度传感器，提供了直接对指定区域的土壤进行多元感知检测的功能，代替了人工检测，利用压力传感器和温度传感器从两侧挤压土壤，即可同步测量土壤温度和抗压程度，并且能够根据时间进行计算，采用对照组在不同的时段测量，能够精确检测冻土地的特性。
2、设置主电动液压缸和传动电机，提供了快速同步旋转按压的安装功能，驱动主电动液压缸反复伸缩，在主电动液压缸伸展的过程中传动齿条带动内棘轮齿轮、传动轴、从动轴、驱动齿轮和从动齿轮旋转，促使空心转筒旋转，然后启动传动电机带动丝杠旋转，推进丝母顶座下降，进而推进转筒架和空心转筒下降，实现快速安装；由于冻土过硬，电机驱动的时候初始动能受到阻碍，会直接无法旋转，因此本方案采用电动液压缸进行驱动，从力度上能够保证对土壤的开掘，并且采用小齿轮带动大齿轮旋转将力量放大，提升了开掘力度（电动缸不是气缸，为避免误会改为电动液压缸，其力量大于电机，因为电机驱动，当载荷过大的时候会停下，但是电动液压缸机械驱动如果载荷过大仍然会运行，直到部件损坏，而本申请的部件采用金属部件硬度必然大于冻土，因此必然是对冻土进行挖掘）。
3、设置连通孔，提供了方便同化的温度硬度感测结构，能够方便将空心转筒的内外温度同化，将隔温水箱内的水利用加热器加热，打开电磁阀将隔温水箱的水排出，水落入接水斗中，然后输入空心转筒，进而渗透到地下，填充到土壤中，利用水的扩散使空心转筒内部的土壤向外填补，快速与外部土壤接触贴合，能够提升温度的传感能力，还能够检测不同时段的冻土硬度。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的立体结构示意图；
图2示出了根据本发明的实施例中图2的另一视角结构示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的剖视结构示意图；
图4示出了根据本发明的实施例传动部件的立体剖视结构示意图；
图5示出了根据本发明的实施例传动部件的侧仰剖视结构示意图；
图6示出了根据本发明的实施例传动部件的平面剖视结构示意图；
图7示出了根据本发明的实施例的A局部放大结构示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的B局部放大结构示意图。
附图标记列表
1、筒式外壳；101、丝杠；102、传动电机；2、通电架；201、接电轮；3、垂直架；301、主电动液压缸；302、传动齿条；303、接近开关；4、转筒架；401、从动轴；402、传动轴；403、内棘轮齿轮；404、驱动齿轮；5、空心转筒；501、定位块；502、电极环；503、从动齿轮；504、接水斗；505、电热丝；506、连通孔；507、切割片；6、隔温水箱；601、电磁阀；7、侧电动液压缸；701、压力传感器；702、温度传感器；8、连接座；801、气伸缩杆；802、丝母顶座；803、气压传感器；804、六边形套。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明的具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例：请参考图1至图8所示：
本发明提出了北方严寒地区输配电用的冻土检测装置及方法，包括：筒式外壳1，筒式外壳1的内部旋转设置有丝杠101；筒式外壳1的顶部肩台处固定设置有传动电机102，传动电机102与丝杠101传动连接；通电架2，通电架2配合导轨垂直滑动设置在筒式外壳1的内部；垂直架3，垂直架3固定设置在通电架2的外部；转筒架4，转筒架4固定设置在垂直架3的外部；空心转筒5，空心转筒5配合轴承旋转设置在转筒架4的中间；隔温水箱6，隔温水箱6固定设置在筒式外壳1的顶部，隔温水箱6的内壁设置有双层真空内胆，隔层中设置加热器；侧电动液压缸7，侧电动液压缸7固定设列在筒式外壳1的两侧；连接座8，连接座8固定设置在垂直架3的一侧底部。
其中，通电架2包括有：接电轮201，通电架2的内部阵列旋转设置有两层接电轮201，每层接电轮201的数量设置为六组。
其中，垂直架3包括有：主电动液压缸301，垂直架3的一侧顶部固定设置有主电动液压缸301，主电动液压缸301的底部伸缩端固定设置有传动齿条302；接近开关303，垂直架3靠近空心转筒5的一侧底部固定设置有接近开关303。
其中，转筒架4包括有：从动轴401，转筒架4连接垂直架3的部位为空心仓结构，空心仓结构中间旋转设置有从动轴401；传动轴402，从动轴401中间旋转设置有传动轴402，传动轴402一端穿过垂直架3固定设置有内棘轮齿轮403；传动轴402与从动轴401设置锥齿轮传动连接；驱动齿轮404，从动轴401的上下端均固定设置有驱动齿轮404。
其中，空心转筒5包括有：定位块501，空心转筒5的外部两侧上方一体式设置有两组定位块501；电极环502，空心转筒5的外部固定设置有两组电极环502，电极环502的外部上下侧边缘均为凸缘结构，接电轮201吻合滚动设置在电极环502的边缘；从动齿轮503，空心转筒5的上方外部固定设置有两组从动齿轮503，从动齿轮503与驱动齿轮404啮合；接水斗504，空心转筒5的顶部固定设置有接水斗504，接水斗504的顶部边缘为筒状结构；电热丝505，空心转筒5的内壁内部设置有电热丝505，电热丝505外部设置绝缘层并旋转式设置在空心转筒5的内壁中，电热丝505的顶部两端分别连接两组电极环502。
其中，空心转筒5还包括有：连通孔506，空心转筒5的外部开设有两列连通孔506；切割片507，空心转筒5的底部中间一体式设置有切割片507；空心转筒5的底部边缘为齿状结构。
其中，隔温水箱6包括有：电磁阀601，隔温水箱6的底部固定设置有电磁阀601，电磁阀601的底部开口与接水斗504的中间对齐。
其中，侧电动液压缸7包括有：压力传感器701，侧电动液压缸7的伸缩端固定设置有压力传感器701，两侧压力传感器701的相邻端固定设置有温度传感器702。
其中，连接座8包括有：气伸缩杆801，连接座8的顶部边侧固定设置有四组气伸缩杆801，气伸缩杆801的顶部固定设置有丝母顶座802；丝母顶座802与丝杠101螺纹连接；气压传感器803，连接座8的一侧固定设置有气压传感器803，气伸缩杆801和气压传感器803穿过连接座8的内部连通；六边形套804，丝母顶座802的底部固定设置有六边形套804，六边形套804与连接座8滑动连接。
本实施例的具体测试方式与作用：本发明中，将筒式外壳1固定在监控位置，主电动液压缸301连接电源作为主驱动件，驱动主电动液压缸301反复伸缩，在主电动液压缸301伸展的过程中传动齿条302向下移动，带动内棘轮齿轮403旋转，内棘轮齿轮403带动传动轴402旋转，传动轴402配合锥齿轮带动从动轴401旋转，从动轴401带动驱动齿轮404旋转，驱动齿轮404带动从动齿轮503旋转，促使空心转筒5旋转，然后启动传动电机102带动丝杠101旋转，推进丝母顶座802下降，进而推进转筒架4和空心转筒5下降，配合切割片507进行钻洞，将空心转筒5埋设到土地中，期间将隔温水箱6内的水利用加热器加热，打开电磁阀601将隔温水箱6的水排出，水落入接水斗504中，然后输入空心转筒5，进而渗透到地下，填充到土壤中，利用水的扩散使空心转筒5内部的土壤向外填补，快速与外部土壤接触贴合；丝母顶座802下降时按压气伸缩杆801，如果空心转筒5无法下降，则气压触发气压传感器803，通过反馈信号判定停止传动电机102或降低功率减缓下降速度；此外，利用电热丝505可以提前对空心转筒5加热，加速安装；将接电轮201的转轴连接线路持续通电，接电轮201的外表贴合电极环502，为两组电热丝505供电，实现加热；
反转传动电机102和丝杠101将空心转筒5提起，空心转筒5收纳到筒式外壳1中即可完成抽样，期间驱动空心转筒5旋转可以方便取样；在定位块501对齐接近开关303的时候停止主电动液压缸301，使空心转筒5停止旋转即可完成对位；此时侧电动液压缸7与连通孔506对齐；
驱动侧电动液压缸7伸展，利用压力传感器701和温度传感器702从两侧挤压土壤，即可同步测量土壤温度和抗压程度，并且能够根据时间进行计算，采用对照组在不同的时段测量能够精确检测冻土地的特性。
Claims (10)
1.北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，多元感知装置包括：筒式外壳（1），所述筒式外壳（1）的内部旋转设置有丝杠（101）；筒式外壳（1）的顶部肩台处固定设置有传动电机（102），传动电机（102）与丝杠（101）传动连接；通电架（2），所述通电架（2）配合导轨垂直滑动设置在筒式外壳（1）的内部；垂直架（3），所述垂直架（3）固定设置在通电架（2）的外部；转筒架（4），所述转筒架（4）固定设置在垂直架（3）的外部；空心转筒（5），所述空心转筒（5）配合轴承旋转设置在转筒架（4）的中间；隔温水箱（6），所述隔温水箱（6）固定设置在筒式外壳（1）的顶部，隔温水箱（6）的内壁设置有双层真空内胆，隔层中设置加热器；侧电动液压缸（7），所述侧电动液压缸（7）固定设列在筒式外壳（1）的两侧；连接座（8），所述连接座（8）固定设置在垂直架（3）的一侧底部。
2.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述通电架（2）包括有：
接电轮（201），所述通电架（2）的内部阵列旋转设置有两层接电轮（201），每层接电轮（201）的数量设置为六组。
3.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述垂直架（3）包括有：
主电动液压缸（301），垂直架（3）的一侧顶部固定设置有主电动液压缸（301），主电动液压缸（301）的底部伸缩端固定设置有传动齿条（302）；
接近开关（303），垂直架（3）靠近空心转筒（5）的一侧底部固定设置有接近开关（303）。
4.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述转筒架（4）包括有：从动轴（401），转筒架（4）连接垂直架（3）的部位为空心仓结构，空心仓结构中间旋转设置有从动轴（401）；传动轴（402），从动轴（401）中间旋转设置有传动轴（402），传动轴（402）一端穿过垂直架（3）固定设置有内棘轮齿轮（403）；传动轴（402）与从动轴（401）设置锥齿轮传动连接；驱动齿轮（404），从动轴（401）的上下端均固定设置有驱动齿轮（404）。
5.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述空心转筒（5）包括有：
定位块（501），空心转筒（5）的外部两侧上方一体式设置有两组定位块（501）；
电极环（502），空心转筒（5）的外部固定设置有两组电极环（502），电极环（502）的外部上下侧边缘均为凸缘结构，接电轮（201）吻合滚动设置在电极环（502）的边缘；
从动齿轮（503），空心转筒（5）的上方外部固定设置有两组从动齿轮（503），从动齿轮（503）与驱动齿轮（404）啮合；
接水斗（504），空心转筒（5）的顶部固定设置有接水斗（504），接水斗（504）的顶部边缘为筒状结构；
电热丝（505），空心转筒（5）的内壁内部设置有电热丝（505），电热丝（505）外部设置绝缘层并旋转式设置在空心转筒（5）的内壁中，电热丝（505）的顶部两端分别连接两组电极环（502）。
6.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述空心转筒（5）还包括有：
连通孔（506），空心转筒（5）的外部开设有两列连通孔（506）；
切割片（507），空心转筒（5）的底部中间一体式设置有切割片（507）；空心转筒（5）的底部边缘为齿状结构。
7.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述隔温水箱（6）包括有：
电磁阀（601），隔温水箱（6）的底部固定设置有电磁阀（601），电磁阀（601）的底部开口与接水斗（504）的中间对齐。
8.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述侧电动液压缸（7）包括有：
压力传感器（701），侧电动液压缸（7）的伸缩端固定设置有压力传感器（701），两侧压力传感器（701）的相邻端固定设置有温度传感器（702）。
9.如权利要求1所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置，其特征在于，所述连接座（8）包括有：
气伸缩杆（801），连接座（8）的顶部边侧固定设置有四组气伸缩杆（801），气伸缩杆（801）的顶部固定设置有丝母顶座（802）；丝母顶座（802）与丝杠（101）螺纹连接；
气压传感器（803），连接座（8）的一侧固定设置有气压传感器（803），气伸缩杆（801）和气压传感器（803）穿过连接座（8）的内部连通；
六边形套（804），丝母顶座（802）的底部固定设置有六边形套（804），六边形套（804）与连接座（8）滑动连接。
10.如权利要求1-9任意一项所述北方严寒地区输配电用的冻土检测装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、安装，将筒式外壳（1）固定在监控位置，驱动主电动液压缸（301）反复伸缩，在主电动液压缸（301）伸展的过程中传动齿条（302）向下移动，带动内棘轮齿轮（403）旋转，内棘轮齿轮（403）带动传动轴（402）旋转，传动轴（402）配合锥齿轮带动从动轴（401）旋转，从动轴（401）带动驱动齿轮（404）旋转，驱动齿轮（404）带动从动齿轮（503）旋转，促使空心转筒（5）旋转，然后启动传动电机（102）带动丝杠（101）旋转，推进丝母顶座（802）下降，进而推进转筒架（4）和空心转筒（5）下降，配合切割片（507）进行钻洞，将空心转筒（5）埋设到土地中，期间将隔温水箱（6）内的水利用加热器加热，打开电磁阀（601）将隔温水箱（6）的水排出，水落入接水斗（504）中，然后输入空心转筒（5），进而渗透到地下，填充到土壤中，使内部土壤快速与外部土壤一体化；丝母顶座（802）下降时按压气伸缩杆（801），如果空心转筒（5）无法下降，则气压触发气压传感器（803），通过反馈信号判定停止传动电机（102）或降低功率减缓下降速度；此外，利用电热丝（505）可以提前对空心转筒（5）加热，加速安装；
2）、抽样，反转传动电机（102）和丝杠（101）将空心转筒（5）提起，空心转筒（5）收纳到筒式外壳（1）中即可完成抽样，期间驱动空心转筒（5）旋转可以方便取样；在定位块（501）对齐接近开关（303）的时候停止主电动液压缸（301），使空心转筒（5）停止旋转即可完成对位；此时侧电动液压缸（7）与连通孔（506）对齐；
3）、测试，驱动侧电动液压缸（7）伸展，利用压力传感器（701）和温度传感器（702）从两侧挤压土壤，即可同步测量土壤温度和抗压程度，并且能够根据时间进行计算，采用对照组在不同的时段测量能够精确检测冻土地的特性。
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