CN205826344U - 一种便携原状土取土器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携原状土取土器，包括钻头，钻头连接钻杆的一端，钻杆的另一端连接用于带动钻杆旋转的动力箱；其中，钻头包括与钻杆相连的盛土器，以及设置在盛土器端部用于切削土体的刀头。本实用新型通过设置动力箱带动钻杆旋转，钻杆能够带动刀头旋转切削土体；通过钻头的旋转，中心的土体将进入盛土器中，盛土器使得钻孔后土屑可一次全部取出，不会出现土屑在钻头后堆积而无法拔出钻杆的情况，集破碎、切削、储存于一体，保证孔位在钻进过程中不发生变化，提高了钻孔的效率和质量。本实用新型可以在不采用大型钻机的情况下，通过人工取土达到10m深度范围内，在较小的扰动下对原状土土样钻孔，取得浅层土层中的原状土。

Description

一种便携原状土取土器

【技术领域】

本实用新型属于取土器领域，具体涉及一种便携原状土取土器。

【背景技术】

在地基基础工程、路基工程以及岩土工程中，由于前期的工作没有协调好，使得在原定的路基或者原始地面附近一定深度中没有埋置好所需的仪器，致使对后期的监测不能发挥很大的作用；或者在原有的基础上获得更多的现场数据，需要在某个断面上多布设一组监测仪器，必须通过钻孔才能将仪器装在预定的位置，因此钻孔就显得尤为重要。但由于场地的限制，并且考虑经济的情况下，选择钻孔的机具以及性能，便携式土体钻孔器的优点就会显而易见。目前工程中常用的钻孔机具是机械钻机和洛阳铲，但这两种钻孔机具都有自己的局限性，在复杂多变的施工现场，其往往不能很好的完成钻孔作业。

机械钻机的局限性在于对施工场地要求高，需要平整宽阔的场地才能展开钻孔作业，对于空间有限的情况下，机械钻机无法使用，对人员的基本素质要求较高，且后期所产生的费用较大。

洛阳铲的局限性在于：(1)从原理上讲，洛阳铲掏孔是其前端不断冲击破碎土体的过程，其大部分能量都浪费在冲击土体过程中，因此比较浪费人力，且在掏挖过程中需要多人配合才能完成。(2)洛阳铲在掏挖过程中由于自重作用铲体向下作用，导致孔洞向下方延伸，因此在掏挖至较深时出渣困难，还有可能在出渣不及时的情况下，土渣堆积在洛阳铲后端，造成洛阳铲卡在孔洞内。(3)从现场的实际钻孔得知，洛阳铲掏土对土体含水量也有要求，如果土体含水量较大，在不断地冲击土体时，由于土体本身较软，每次看似往下冲的很深，但实际由于下部土体之间基质吸力的影响，致使土体根本无法掏出；如果土体含水量较小，使得外界人施加 的力不足以破碎下部土体，影响钻进速度及成孔质量；另外用洛阳铲进行钻孔取土时，由于不断的冲击，预定深度的土体将会受到很大程度的扰动，使得原状土的物理力学性能降低。

所以，目前岩土工程领域缺少一种经济适应、携带方便、便于安装以及对人员基本素质要求不高的土体钻孔器。

【发明内容】

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种便携原状土取土器，便于携带，且能够在较小扰动下获取原状土土样。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

包括钻头，钻头连接钻杆的一端，钻杆的另一端连接用于带动钻杆旋转的动力箱；其中，钻头包括与钻杆相连的盛土器，以及设置在盛土器端部用于切削土体的刀头。

进一步地，钻杆包括若干节钻杆单元，钻杆单元通过连接杆依次相连；每节钻杆单元的一端均设置销钉孔和铆接条，另一端均设置有与铆接条相配合的铆接槽；每节钻杆单元有铆接槽的一端均固定套接连接杆的一端，连接杆的另一端上设置连接孔；在钻杆单元相连时，每节钻杆单元有销钉孔的一端也套接连接杆，且销钉孔和连接杆上的连接孔能够相连形成通孔，该通孔内安装有销钉。

进一步地，盛土器包括与钻杆固定相连的底板，底板固定连接第一侧壁，第一侧壁与第二侧壁铰接，底板、第一侧壁与第二侧壁形成一端开口的圆筒状结构，刀头设置在盛土器的开口端。

进一步地，第一侧壁和第二侧壁相对的一侧通过合页相连，另一侧设置有相配合的对接口；第一侧壁和第二侧壁有对接口的一侧上设置有能够连通且贯穿对接口的插销孔，插销孔内安装有用于固定第二侧壁的插销杆。

进一步地，盛土器的侧壁上嵌装有削土刀，削土刀的刀口方向垂直于盛土器的轴线；削土 刀连接用于带动其转动，使削土刀前端的刀头能够横向切入盛土器内土体的搬动器。

进一步地，搬动器包括与削土刀后端相连的连杆，连杆平行于盛土器轴线且穿过盛土器侧壁与用于带动其转动的搬动杆的一端固定相连；搬动杆的另一端与设置在盛土器底部外侧的弹簧相连；盛土器底部设置有用于限制搬动杆运动轨迹的卡槽；盛土器上设置有用于锁定搬动杆的锁定装置。

进一步地，盛土器中设置有脱模辅助装置，脱模辅助装置包括在盛土器底部设置的底盘，底盘上固定连接弧形杆的一端，弧形杆的中部连接第一竖杆，弧形杆的另一端连接第二竖杆，第一竖杆比第二竖杆长且第一竖杆的上端卡接在盛土器的底部。

进一步地，动力箱包括齿轮箱和安装在齿轮箱内的齿轮组；齿轮组包括依次啮合的第一锥齿轮、第二锥齿轮和第一圆柱齿轮，第一圆柱齿轮同轴连接第二圆柱齿轮，第二圆柱齿轮与第三圆柱齿轮啮合；第一锥齿轮和第二锥齿轮的中心轴均穿出齿轮箱，且能够与手摇杆相连；第一圆柱齿轮和第三圆柱齿轮分别固定连接钻杆套筒，钻杆能够与钻杆套筒固定相连。

进一步地，动力箱上安装有若干个能够转动的导向杆固定扣，每个导向杆固定扣均套接一根用于竖直固定在地面上的导向杆；导向杆能够沿导向杆固定扣轴线方向来回滑动。

进一步地，刀头前端包括三个均匀分布的螺旋形带齿刀片，每个螺旋形带齿刀片均为单刃且刃口朝外。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过设置动力箱带动钻杆旋转，钻杆连接钻头，钻头包括盛土器和用于破碎钻孔位置土体的刀头，因此钻杆能够带动刀头旋转切削土体，结构简单，便于携带；通过钻头的旋转，中心的土体将进入盛土器中，盛土器使得钻孔后土屑可一次全部取出，不会出现土屑在钻头后堆积而无法拔出钻杆的情况，集破碎、切削、储存于一体，保证孔位在钻进过程中不发生变化，钻进时对孔外土体可分别进行破碎和切削，并且可以临时储存土屑，提高了钻孔的效 率和质量。本实用新型可以在不采用大型钻机的情况下，通过人工取土达到10m深度范围内，在较小的扰动下对原状土土样钻孔，取得浅层土层中的原状土土样，而且需要人力较少，安装简便、操作简单、经济实用。

进一步地，本实用新型通过设置若干节钻杆单元，使得其长度可调，方便钻取不同深度的孔，使用结束后可以拆开，利于减少储存空间。

进一步地，本实用新型盛土器能够打开，便于后期出土。

进一步地，本实用新型通过设置削土刀，能切削土体，还能减少盛土器中的土体掉落；同时削土刀嵌装在盛土器侧壁上，不影响土体取样，在取样结束时通过其对土体进行切割，便于取出且能够更好地减小队原状土土样的扰动。

进一步地，本实用新型通过设置脱模辅助装置，便于取出土样，更好地保护原状土土样，减少扰动。

进一步地，本实用新型中第一锥齿轮和第二锥齿轮的中心轴均穿出齿轮箱，且能够与手摇杆相连，分别适应水平钻孔和垂直钻孔时的动力输入；通过连接的齿轮不同，形成不同的齿轮比，进而给钻杆套筒输出不同大小的扭矩，利于适应更多的工况条件。

进一步地，本实用新型通过设置导向杆，固定动力箱以及钻孔定位，并为钻孔取土提供导向作用。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2(a)为本实用新型钻杆连接示意图；图2(b)为钻杆爆炸图；

图3(a)为本实用新型钻头的仰视结构示意图；图3(b)为钻头的俯视结构示意图；

图4(a)为本实用新型削土刀和搬动器的结构示意图；图4(b)为搬动器的俯视图；图4(c)为削土刀的结构示意图；图4(d)为脱模辅助装置的结构示意图；

图5为本实用新型动力箱的外部结构示意图；

图6为本实用新型动力箱内部结构构造图；

图7为本实用新型动力箱内部结构的俯视图；

图8是本实用新型水平取样时的示意图。

其中：1-动力箱，2-手摇杆，3-导向杆，4-钻杆，5-钻头，6-盛土器，7–刀头，8-削土刀，9-销钉孔，10-铆接口，11-销钉，12-连接杆，13-连接孔，14-插销杆，15-搬动杆，16-齿轮盖，17-导向杆固定扣，18-钻杆套筒，19-第二锥齿轮，20-第一圆柱齿轮，21-第二圆柱齿轮，22-第三圆柱齿轮，23-合页，24-对接口，25-插销孔，26-底盘，27-弧形杆，28-第一竖杆，29-第二竖杆。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型中以钻孔器实际工作状态中，钻头5所在为前端，钻杆4为后端，仅为了使描述更清楚，而并非对本实用新型的限制。

参见图1，本实用新型包括钻头5，钻头5连接钻杆4的前端，钻杆4的后端连接用于带动钻杆4旋转的动力箱1。

参见图2(a)和图2(b)，钻杆4包括若干节通过套筒式的连接杆12依次相连的钻杆单元，使得其长度可调，方便钻取不同深度的孔；每节钻杆单元的一端均设置销钉孔9和铆接条10，另一端均设置有与铆接条10相配合的铆接槽，通过铆接条10和铆接槽配合，将钻杆单元铆接形成钻杆4；每节钻杆单元有铆接槽的一端均固定套接连接杆12的一端，连接杆12的另一端上设置连接孔13；在钻杆单元连接完成时，每节钻杆单元有销钉孔9的一端也套接连接杆12，且销钉孔9和连接杆12上的连接孔13能够相连形成通孔，该通孔内安装有销钉11。

参见图3(a)和图3(b)，钻头5包括与钻杆4相连的盛土器6，以及环绕设置在盛土器6前端部用于切削土体的刀头7。

刀头7为中间弯起状，含有三个均匀分布的螺旋形带齿刀片，均匀焊接在盛土器6前端部，螺旋形带齿刀片高度为25mm，齿高15mm；每个螺旋形带齿刀片均为单刃且刃口朝外，以防钻进时挤压原状土体；螺旋形带齿刀片在钻头5旋转的作用下，充分起到切削破碎钻头5周边土体的作用。

盛土器6的侧壁可以沿轴线对称位置打开，便于后期出土；盛土器6包括与钻杆4固定相连的底板，底板固定连接第一侧壁，第一侧壁与第二侧壁铰接，底板、第一侧壁与第二侧壁形成一端开口的圆筒状结构，刀头7设置在盛土器6的开口端。第一侧壁和第二侧壁相对的一侧通过合页23相连，另一侧设置有相配合的对接口24，对接口24由第一侧壁上设置的凹槽和第二侧壁上设置的凸块形成，该凸块能够卡入凹槽内；第一侧壁和第二侧壁有对接口24的一侧上设置有能够连通且贯穿对接口24的插销孔25，插销孔25内安装有用于固定第二侧壁的插销杆14。盛土器6使得钻孔后土屑可一次全部取出，不会出现土屑在钻头5后堆积而无法拔出钻杆4的情况，集定位、破碎、切削、储存于一体，保证孔位在钻进过程中不发生变化，钻进时对孔外土体可分别进行破碎和切削，并且可以临时储存土屑，提高了钻孔的效率和质量。

参见图4(a)至图4(c)，盛土器6的侧壁上嵌装有削土刀8，削土刀8的宽度小于或等于盛土器6的侧壁厚度，保证不影响取土效果；削土刀8的刀口方向垂直于盛土器6的轴线；削土刀8的前端为刀头，后端通过连杆与搬动器相连，搬动器在盛土器6底板外侧，通过搬动器来控制削土刀8的转动，使削土刀8前端的刀头能够横向切入盛土器6内土体。

搬动器包括与削土刀8后端相连的连杆，连杆平行于盛土器6轴线且穿过盛土器6侧壁与用于带动其转动的搬动杆15的一端固定相连；搬动杆15的另一端与设置在盛土器6底部外侧的弹簧相连；盛土器6底部设置有用于限制搬动杆15运动轨迹的卡槽；盛土器6上设置有用于锁定搬动杆15的锁定装置，锁定装置可以是卡扣或者插销，只要能够将搬动杆15锁定在指 定位置即可。

搬动器中的连杆可以安装在第一侧壁和第二侧壁安装合页23的相接处，作为合页23的安装轴。

当钻头进入到预定深度之后，通过扳动搬动杆15，搬动杆15带动转动，到达指定位置后，通过锁定装置将搬动杆15锁定，此时连杆带动削土刀8的刀头横向切入盛土器6内原状土样中，在外部钻头5的不断转动之下，削土刀8将土样切断，并将土样装入盛土器6中，同时削土刀8切断土体之后位于以连杆为轴的中心范围之内，可防止土样在出土时掉落。在削土刀8切削完之后，可以打开锁定装置，搬动杆15在弹簧作用下复位，从而削土刀8复位。在钻孔较浅时，可以直接用手扳动搬动杆15，在钻孔较深时，可以通过工具比如长杆来扳动搬动杆15，只需带动削土刀8有较小的位移，能够切入原状土样中即可。

参见图4(d)，本实用新型的盛土器6中设置有脱模辅助装置，脱模辅助装置包括在盛土器6底板内侧设置底盘26，底盘26上固定连接弧形杆27的一端，弧形杆27的中部连接第一竖杆28，弧形杆27的另一端连接第二竖杆29，第一竖杆28比第二竖杆29长且第一竖杆28的上端卡接在盛土器6的底板上，该结构稳定，且底盘26和盛土器6的底板之间形成空隙；在盛土器6内的土样需要取出时，通过将手伸入底盘26和盛土器6之间的空隙，即可轻松取出土样，更好地保护原状土土样。

参见图5至图7，动力箱1包括齿轮组以及相连的齿轮箱和齿轮盖16；齿轮组安装在齿轮箱内且包括依次啮合的第一锥齿轮、第二锥齿轮19和第一圆柱齿轮20，第一圆柱齿轮20同轴连接第二圆柱齿轮21，第二圆柱齿轮21与第三圆柱齿轮22啮合；第一锥齿轮和第二锥齿轮19的中心轴分别穿出齿轮箱或齿轮盖16，形成两个方向的手摇杆接头，用于连接手摇杆2；第一圆柱齿轮20和第三圆柱齿轮22分别固定连接钻杆套筒18，钻杆4能够与钻杆套筒18固定相连。手摇杆2用于将动力箱1齿轮的转动转换成扭矩并传递给钻杆4。

第一锥齿轮和第二锥齿轮19的的齿轮比为1：1。第二圆柱齿轮21与第三圆柱齿轮22之间的齿轮比为1:4，进而能达到省力的目的。

动力箱1上通过导向杆固定扣17安装有若干根用于导向杆3，导向杆固定扣17能够转动，使得导向杆3能够始终竖直固定在地面上，在竖直取样时，导向杆3与钻杆4的钻进方向平行；当水平取样时，导向杆3与钻杆4的钻进方向垂直。导向杆3能够沿导向杆固定扣17轴线方向来回滑动。

本实用新型主要的工作原理及过程：使用时，将外部的动力箱1和钻杆4连接，将导向杆3下端固定在地面上；将钻头5对准钻孔孔位，然后一人施加推力，如在竖直方向，可通过在场地周围用编织袋装土体或砂砾来对动力箱1施加一个向下的外力；一人施加扭矩，手摇杆2安装在第一锥齿轮的中心轴，如图1所示；通过手摇杆2的转动，带动动力箱1中的齿轮转动给钻杆4以扭矩，钻杆4将推力与扭矩传递给钻头5，钻头5在推力和扭矩的作用下破碎切削土体。钻杆4之间用连接杆12连接，连接杆12需有一定的抗剪强度。钻头5在破碎切削土体的过程中，钻头5的前端刀头7，进行定位并破碎土体。刀头7破碎钻头5周边土体，削土刀8对土体进行切割，并通过钻头5的旋转将中心的土屑装入盛土器6内。刀头7对钻孔范围内土体充分破碎切削。当盛土器6土屑盛满后，通过搬动器带动削土刀8旋转，削土刀8的刀头横向切入原状土样中，在外部钻头5的不断转动之下，削土刀8将土样切断，逐根拆卸钻杆4将钻头5取出，将锁定装置打开，削土刀8复位；通过脱模辅助装置将盛土器6内原状土取出后，接长钻杆4继续钻孔作业。钻杆4包括若干节，可以随着钻进深度的增加，不断通过钻杆单元之间的铆接槽和铆接条10进行连接，然后插上销钉11接长，直至钻至预定深度，为了方便接长和提高钻进速度，每节钻杆单元长度设计为1m。

如果水平取样，则对动力箱1施加一个朝向钻进方向的水平力，手摇杆2安装在第二锥齿轮19的中心轴上，如图8所示，导向杆3下端固定在地面上，本实用新型可以根据需要，在 导向杆3上安装横杆，使结构更稳定。

本实用新型对作业空间要求较低，在相对较狭窄的环境中可以方便使用，不仅能够在较小的扰动下对原状土土样钻孔，取得浅层土层中(10m以内)的原状土，而且需要人力较少，两人即可完成钻孔操作，适用范围广，适用于地基基础工程、路基工程以及岩土工程等需要检测土层物理力学性质的领域，尤其是作业场地有限且需要钻较深孔洞的土体钻孔，而且结构简单、操作方便、便于携带、经济适用。

本实用新型动力箱1主要是提供动力输出。其原理是通过手摇杆2输入动力，然后通过齿轮箱内齿轮的相互作用转化为钻杆4旋转的扭矩，钻杆4的旋转带动钻头5切削土体。其中，动力箱1上有两个手摇杆接头，一个水平方向接头，另一个竖直方向接头，分别设置在动力箱1的正面和侧面，其作用是分别适应水平钻孔和垂直钻孔时的动力输入。动力箱1上有两个钻杆套筒18，以连接钻杆4和动力箱1，钻杆4插入钻杆套筒18内用销钉11连接，两个钻杆套筒18根据箱内齿轮比的不同可以分别输出大小不同的扭矩。钻杆单元采用长度1m短杆，钻杆单元间采用铆接外加套筒式连接杆12，然后通过销钉11连接，使用简单、便于操作、方便接杆。钻头5分刀头7和盛土器6，刀头7作用是通过动力箱1带动钻杆4旋转，钻杆4带动刀头7，钻孔钻至预定取样深度；盛土器6采用合页筒体结构、筒体前带有刀片，可将土体切碎后装入桶内，然后将土体提出孔外，抽出插销杆14，打开合页23弃土。导向杆3的作用是固定动力箱1以及钻孔定位，并为钻孔取土提供导向作用。

本实用新型可以在不采用大型钻机的情况下，通过人工取土达到10m深度范围内，而且安装简便、操作比较简单、经济实用，还可以在取土器里面内置不同直径的取土环刀，对后期做室内试验有很大的帮助。

Claims (10)

1.一种便携原状土取土器，其特征在于：包括钻头(5)，钻头(5)连接钻杆(4)的一端，钻杆(4)的另一端连接用于带动钻杆(4)旋转的动力箱(1)；其中，钻头(5)包括与钻杆(4)相连的盛土器(6)，以及设置在盛土器(6)端部用于切削土体的刀头(7)。

2.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：钻杆(4)包括若干节钻杆单元，钻杆单元通过连接杆(12)依次相连；每节钻杆单元的一端均设置销钉孔(9)和铆接条(10)，另一端均设置有与铆接条(10)相配合的铆接槽；每节钻杆单元有铆接槽的一端均固定套接连接杆(12)的一端，连接杆(12)的另一端上设置连接孔(13)；在钻杆单元相连时，每节钻杆单元有销钉孔(9)的一端也套接连接杆(12)，且销钉孔(9)和连接杆(12)上的连接孔(13)能够相连形成通孔，该通孔内安装有销钉(11)。

3.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：盛土器(6)包括与钻杆(4)固定相连的底板，底板固定连接第一侧壁，第一侧壁与第二侧壁铰接，底板、第一侧壁与第二侧壁形成一端开口的圆筒状结构，刀头(7)设置在盛土器(6)的开口端。

4.根据权利要求3所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：第一侧壁和第二侧壁相对的一侧通过合页(23)相连，另一侧设置有相配合的对接口(24)；第一侧壁和第二侧壁有对接口(24)的一侧上设置有能够连通且贯穿对接口(24)的插销孔(25)，插销孔(25)内安装有用于固定第二侧壁的插销杆(14)。

5.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：盛土器(6)的侧壁上嵌装有削土刀(8)，削土刀(8)的刀口方向垂直于盛土器(6)的轴线；削土刀(8)连接用于带动其转动，使削土刀(8)前端的刀头能够横向切入盛土器(6)内土体的搬动器。

6.根据权利要求5所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：搬动器包括与削土刀(8)后端相连的连杆，连杆平行于盛土器(6)轴线且穿过盛土器(6)侧壁与用于带动其转动的搬动杆(15)的一端固定相连；搬动杆(15)的另一端与设置在盛土器(6)底部外侧的弹簧相 连；盛土器(6)底部设置有用于限制搬动杆(15)运动轨迹的卡槽；盛土器(6)上设置有用于锁定搬动杆(15)的锁定装置。

7.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：盛土器(6)中设置有脱模辅助装置，脱模辅助装置包括在盛土器(6)底部设置的底盘(26)，底盘(26)上固定连接弧形杆(27)的一端，弧形杆(27)的中部连接第一竖杆(28)，弧形杆(27)的另一端连接第二竖杆(29)，第一竖杆(28)比第二竖杆(29)长且第一竖杆(28)的上端卡接在盛土器(6)的底部。

8.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：动力箱(1)包括齿轮箱和安装在齿轮箱内的齿轮组；齿轮组包括依次啮合的第一锥齿轮、第二锥齿轮(19)和第一圆柱齿轮(20)，第一圆柱齿轮(20)同轴连接第二圆柱齿轮(21)，第二圆柱齿轮(21)与第三圆柱齿轮(22)啮合；第一锥齿轮和第二锥齿轮(19)的中心轴均穿出齿轮箱，且能够与手摇杆(2)相连；第一圆柱齿轮(20)和第三圆柱齿轮(22)分别固定连接钻杆套筒(18)，钻杆(4)能够与钻杆套筒(18)固定相连。

9.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：动力箱(1)上安装有若干个能够转动的导向杆固定扣(17)，每个导向杆固定扣(17)均套接一根用于竖直固定在地面上的导向杆(3)；导向杆(3)能够沿导向杆固定扣(17)轴线方向来回滑动。

10.根据权利要求1所述的一种便携原状土取土器，其特征在于：刀头(7)前端包括三个均匀分布的螺旋形带齿刀片，每个螺旋形带齿刀片均为单刃且刃口朝外。