CN218439345U - 一种探井原状土样采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种探井原状土样采集装置，包括箱体、取样组件、传动轴、伸缩驱动件、旋转驱动组件和伸缩顶紧件，箱体沿水平方向设置，顶部与提升组件连接，取样组件包括取样筒和转动连接于取样筒内的取土器，传动轴贯穿取样筒的内壁与取土器相连接，伸缩驱动件与传动轴同轴且转动配合，能够带动传动轴、取样筒以及取土器轴向移动；旋转驱动组件与传动轴相连，用于带动传动轴以及取土器旋转。伸缩顶紧件具有能够抵接于探井侧壁上的顶紧端。该探井原状土样采集装置完全取代了人工下井取样，消除了安全隐患，同时能够保证原状土样的完整性，提高取样效率。

Description

一种探井原状土样采集装置

技术领域

本实用新型属于岩土勘探技术领域，具体涉及一种探井原状土样采集装置。

背景技术

探井作为一种重要的地质调查手段，通过人工洛阳铲掏挖和机械洛阳铲掏挖至设计探查深度，形成直径700mm左右的探井孔。目前，勘察技术中探井原状样的采集均为人工取土试样，即人工下到井中既定位置，操作人员通过掏土切割井筒侧壁土层自上而下采集无扰动Ⅰ级试样，切割得到的原状土样密封包装送回土工实验室。探井深度一般为10～30m，井内常存在缺氧或者有害气体等情况，探井人工采样工作过程中存在高处坠落、气体中毒、物体打击、井壁坍塌掩埋等风险事件，严重威胁井内操作人员的生命安全。同时，取样时一般需要间隔1m，操作人员需要采集10～30个土试样，由于探井内空间狭窄，操作人员的体能有限，导致取样操作时间长、人力成本高、工效慢等弊端，而且人工取样采用锤击方法容易使取样管偏移，锤击过程也易造成土体震动，破坏土体原有结构体系，导致原状土样取样失败。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种探井原状土样采集装置，能够取代人工下井取样，消除潜在的安全隐患，同时能够实现稳定取样，保证原状土样的完整性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种探井原状土样采集装置包括箱体、取样组件、传动轴、伸缩驱动件、旋转驱动组件和伸缩顶紧件，箱体沿水平方向贯通设置，箱体的顶部连接有提升组件；取样组件包括滑动连接于箱体内的取样筒以及转动连接于取样筒内的取土器，取样筒和取土器均具有朝向箱体一端设置的开口以及内端面上的开孔；传动轴贯穿取样筒的开孔与取土器相连接；伸缩驱动件具有与箱体的内壁相连的固定端以及与传动轴相连的外伸端，外伸端与传动轴同轴设置且转动配合，该外伸端能够带动传动轴、取样筒以及取土器轴向移动；旋转驱动组件设置于箱体内，且与传动轴相连，用于带动传动轴以及取土器旋转；伸缩顶紧件连接于箱体内、且位于箱体远离取样组件的一端，伸缩顶紧件具有能够抵接于探井侧壁上的顶紧端。

作为本实用新型另一实施例，取样筒为长方体状构件，取土器为圆柱筒状构件，取土器的外伸端设有刃口。

作为本实用新型另一实施例，取样筒顶壁的上方以及底壁的下方分别设有削土组件，削土组件包括滑道和两把削土刀：滑道连接于取样筒上，且沿垂直于传动轴的方向延伸，两把削土刀设置于滑道内、且分别向取样筒的开口侧延伸，两把削土刀具有相对设置的刀刃；取样筒上设有两组平移驱动组件，两组平移驱动组件与两组削土组件对应设置，用于分别带动对应削土组件的两把削土刀相互靠近或背向远离。

作为本实用新型另一实施例，平移驱动组件包括连接于取样筒上的第一电机、与第一电机的输出端相连的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮和贯穿同一削土组件的两把削土刀设置的双向螺杆，双向螺杆与削土刀螺纹连接，用于带动两把削土刀相互靠近或背向远离。

作为本实用新型另一实施例，两个第一电机分别设置在取样筒的两侧。

作为本实用新型另一实施例，旋转驱动组件包括连接于取样筒上且具有水平延伸的输出轴的第二电机、连接于第二电机输出轴上的主动轮和套设于传动轴上且与主动轮相啮合用于带动传动轴转动的从动轮。

作为本实用新型另一实施例，传动轴上设有限位凸台，限位凸台能够抵接于取样筒的端面上，用于限制取样筒在传动轴上作轴向移动。

作为本实用新型另一实施例，传动轴远离取样组件的一端设有转动盘，伸缩驱动件的外伸端设有套设于转动盘外周以限制转动盘轴向移动的限位套，转动盘转动连接于限位套内。

作为本实用新型另一实施例，伸缩顶紧件的顶紧端设有顶推板，在伸缩顶紧件处于回缩状态时，顶推板能够封堵于箱体的端部。

作为本实用新型另一实施例，探井原状土样采集装置还包括无线控制模块以及设置于箱体上的垂直测距元件，无线控制模块分别与垂直测距元件、伸缩驱动件、旋转驱动组件以及伸缩顶紧件电连接。

本实用新型提供的一种探井原状土样采集装置的有益效果在于：探井原状土样采集装置完全取代了人工下井取样，消除了安全隐患，提高了取样效率；提升组件将箱体下放至探井后，伸缩顶紧件将顶紧端伸出抵接于探井侧壁上，保证箱体的稳定，同时伸缩驱动件的伸出端顶推传动轴并推动取样组件水平贯入探井内壁，之后旋转驱动组件通过传动轴驱动取土器缓慢旋转10～20°的角度，能够在不扰动原状土样的基础上切断取土器中土样与取土器外部土层的粘结关系，从而有效避免了取样过程中土体震动导致的土体原有结构体系的破坏，能够保证原状土样的完整性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的探井原状土样采集装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的探井原状土样采集装置工作状态时的结构示意图；

图3为图2中的A向视图。

图中：1、箱体；2、取样组件；21、取样筒；22、取土器；3、传动轴；31、限位凸台；32、转动盘；4、伸缩顶紧件；41、顶推板；5、伸缩驱动件；51、限位套；6、旋转驱动组件；61、第二电机；62、主动轮；63、从动轮；7、削土组件；71、滑道；72、削土刀；8、平移驱动组件；81、第一齿轮；82、第二齿轮；83、第一电机；84、双向螺杆。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1-2，现对本实用新型提供的探井原状土样采集装置进行说明。一种探井原状土样采集装置包括箱体1、取样组件2、传动轴3、伸缩驱动件5、旋转驱动组件6和伸缩顶紧件4，箱体1沿水平方向贯通设置，箱体1的顶部连接有提升组件；取样组件2包括滑动连接于箱体1内的取样筒21以及转动连接于取样筒21内的取土器22，取样筒21和取土器22均具有朝向箱体1一端设置的开口以及内端面上的开孔；传动轴3贯穿取样筒21的开孔与取土器22相连接；伸缩驱动件5具有与箱体1的内壁相连的固定端以及与传动轴3相连的外伸端，外伸端与传动轴3同轴设置且转动配合，该外伸端能够带动传动轴3、取样筒21以及取土器22轴向移动；旋转驱动组件6设置于箱体1内，且与传动轴3相连，用于带动传动轴3以及取土器22旋转；伸缩顶紧件4连接于箱体1内、且位于箱体1远离取样组件2的一端，伸缩顶紧件4具有能够抵接于探井侧壁上的顶紧端。

本实施例中，在不工作状态时，取样组件2收缩至箱体1的内部，伸缩顶紧件4收缩使顶紧端与箱体1的端面贴合，可以有效减小采集装置的外形尺寸，便于携带和升降工作。取样组件2包括取样筒21和位于取样筒21内部的取土器22，取样筒21和取土器22前端开口为取土端，用于插入土体，取样筒21内端面上中心的开孔与取土器22内端面上中心的开孔同轴，传动轴3穿过取样筒21上的开孔与取土器22连接，在传动轴3的带动下取土器22可在取样筒21内旋转。使用时，提升组件将箱体1下放至探井中，伸缩顶紧件4将顶紧端伸出抵接于探井侧壁上，然后伸缩驱动件5外伸，通过传动轴3将取样组件2缓慢推出，至贯入探井内壁的土层中，使取土器22和取样筒21的缝隙内均匀充满原状土样，此时旋转驱动组件6启动，带动传动轴3旋转，从而带动取土器22缓慢旋转，旋转角度可限定为10～20°，在不扰动土样的情况下切断取土器22中的土样与探井内部土层的粘连，然后伸缩驱动件5回缩通过传动轴3将取样组件2收回，随即伸缩顶紧件4回缩，提升组件将箱体1提升至地面，从而将完整的原状土样带回地面。

本实施例提供的探井原状土样采集装置，与现有技术相比，探井原状土样采集装置完全取代了人工下井取样，消除了安全隐患，提高了取样效率；提升组件将箱体1下放至探井后，伸缩顶紧件4将顶紧端伸出抵接于探井侧壁上，保证箱体1的稳定，同时伸缩驱动件5的伸出端顶推传动轴3并推动取样组件2水平贯入探井内壁，之后旋转驱动组件6通过传动轴3驱动取土器22缓慢旋转10～20°的角度，能够在不扰动原状土样的基础上切断取土器22中土样与取土器22外部土层的粘结关系，从而有效避免了取样过程中土体震动导致的土体原有结构体系的破坏，能够保证原状土样的完整性。

具体的，传动轴3与取土器22的连接方式采用可拆卸连接，如螺纹连接，当取样组件2完成取样升至地面后，可方便的将取土器22从取样筒21内取出。

具体的，伸缩驱动件5和伸缩顶紧件4可以采用丝杠螺母的传动方式，也可以采用齿轮齿条的传动方式，还可以采用液压缸的传动方式。具体的为了避免丝杠螺母传动和齿轮齿条等传动方式引起的振动、抖动的情况，本实施例中采用的是液压缸的驱动方式，在实际应用中，如果需要伸缩的距离较长，可以选用多级液压缸，以减小液压缸的缸体长度。

具体的，提升组件是通过在地面上设置卷扬机，在箱体1上设置吊环，卷扬机通过钢丝绳与箱体1上的吊环连接，实现对箱体1的升降。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图3，取样筒21为长方体状构件，取土器22为圆柱筒状构件，取土器22的外伸端设有刃口。

本实施例中，取样筒21为薄壁长方体，尺寸可取21cm×21cm×30cm，壁厚<3mm，具体的可取1.5mm、2.0mm、2.5mm，薄壁的结构有利于取样筒21顺利贯入土层，且对土层扰动较小；取土器22为薄壁的圆柱体有利于在取样筒21内旋转，且外伸端开刃，有利于切割井壁贯入土层。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图2-3，取样筒21顶壁的上方以及底壁的下方分别设有削土组件7，削土组件7包括滑道71和两把削土刀72：滑道71连接于取样筒21上，且沿垂直于传动轴3的方向延伸，两把削土刀72设置于滑道71内、且分别向取样筒21的开口侧延伸，两把削土刀72具有相对设置的刀刃；取样筒21上设有两组平移驱动组件8，两组平移驱动组件8与两组削土组件7对应设置，用于分别带动对应削土组件7的两把削土刀72相互靠近或背向远离。

本实施例中，取样筒21的后端面上沿垂直于传动轴3方向上设有两个滑道71，每个滑道71内各设两把刀刃相对的削土刀72，削土刀72的长度与取样筒21长度一致，两把刀刃相对的削土刀72在平移驱动组件8的驱动下可呈剪刀状在滑道71内相对运动，用于当取样组件2贯入土层后切割取样筒21上下壁面上的土体。当取样过程遇到粘性较大的粘土层时，取样组件2贯入粘土层后由于粘性作用不易收回，这时需要启动平移驱动组件8使位于取样筒21顶壁和低壁的两对削土刀72在各自的滑道71内反复滑动，呈剪刀状切割土层，使上下壁面上的土体松动，保证取样组件2顺利收回。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图2-3，平移驱动组件8包括连接于取样筒21上的第一电机83、与第一电机83的输出端相连的第一齿轮81、与第一齿轮81啮合的第二齿轮82和贯穿同一削土组件7的两把削土刀72设置的双向螺杆，双向螺杆与削土刀72螺纹连接，用于带动两把削土刀72相互靠近或背向远离。

本实施例中，双向螺杆两端的螺纹方向相反，在第一电机83的带动下旋转，可实现连接于双向螺杆两侧的削土刀72同时相对滑动，实现削土刀72呈剪刀状运动，进行土体切割。

具体地，第一齿轮81通过键槽的型式与第一电机83连接，第二齿轮82通过四方杆的型式与双向螺杆相连接，通过齿轮的相互啮合带动双向螺杆旋转，从而实现两把削土刀72的剪切运动。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图2-3，两个第一电机83分别设置在取样筒21的两侧。

本实施例中，为了防止取样组件2的偏重现象，两个第一电机83分别设置在取样筒21后端面的两侧，可以呈对角线布置，以保证取样组件2在贯入井壁时保持平稳。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，旋转驱动组件6包括连接于取样筒21上且具有水平延伸的输出轴的第二电机61、连接于第二电机61输出轴上的主动轮62和套设于传动轴3上且与主动轮62相啮合用于带动传动轴3转动的从动轮63。

本实施例中，当取样组件2贯入土层后，为了切断取土器22中土样与取土器22外部土层的粘连，采用将取土器22缓慢旋转一定角度的方式，保证土样不受扰动。具体的，第二电机61可采用伺服电机，主动轮62和从动轮63可以采用齿轮啮合的型式，也可以采用蜗杆蜗轮的传动型式。本实施例中采用的是齿轮啮合的型式，第二电机61通过键槽的型式与主动轮62连接，从动轮63通过键槽的型式与传动轴3连接，通过主动轮62和从动轮63的刚性啮合，带动传动轴3的旋转；当采用蜗杆蜗轮的传动型式时，主动轮62用蜗杆代替，从动轮63为涡轮，同时第二电机61输出轴的方向作相应调整；传动轴3的端部与取土器22连接，从而实现带动取土器22旋转，切断土样与外界土层的粘连。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1-2，传动轴3上设有限位凸台31，限位凸台31能够抵接于取样筒21的端面上，用于限制取样筒21在传动轴3上作轴向移动。

本实施例中，限位凸台31可以是传动轴3上向外周凸起的固定限位凸台31，也可以是安装在传动轴3上的限位挡环，限位凸台31的外径大于取样筒21内端面上开孔的直径，保证限位凸台31能够抵接于取样筒21的端面上，当取样组件2贯入土层时，由于土层的反向作用力易导致取样筒21沿传动轴3向后滑移，限位凸台31的设置可以限制取样筒21在传动轴3上作轴向移动，顺利完成取样组件2的水平贯入。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图2，传动轴3远离取样组件2的一端设有转动盘32，伸缩驱动件5的外伸端设有套设于转动盘32外周以限制转动盘32轴向移动的限位套51，转动盘32转动连接于限位套51内。

本实施例中，传动轴3上转动盘32可在伸缩驱动件5外伸端的限位套51内转动，同时保证传动轴3和伸缩驱动件5同轴且轴向位置固定，该结构可以实现传动轴3和伸缩驱动件5的外伸端同轴且转动连接。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，伸缩顶紧件4的顶紧端设有顶推板41，在伸缩顶紧件4处于回缩状态时，顶推板41能够封堵于箱体1的端部。

本实施例中，顶推板41的截面形状和箱体1端部的截面形状保持一致，当伸缩顶紧件4的顶紧端收回时，保证顶推板41能够贴合于箱体1的端部，作为箱体1的后面挡板起到封堵的作用。

作为本实用新型实施例的一种具体实施方式，探井原状土样采集装置还包括无线控制模块以及设置于箱体1上的垂直测距元件，无线控制模块分别与垂直测距元件、伸缩驱动件5、旋转驱动组件6以及伸缩顶紧件4电连接。

本实施例中，在提升组件升降箱体1的过程中，垂直测距元件可以对箱体1在探井内的位置进行实时监测，到达预定位置后，垂直测距元件向无线控制模块发出信号，继而无线控制模块控制伸缩驱动件5、旋转驱动组件6以及伸缩顶紧件4作相应动作。无线控制模块的电连接设置实现了原状土取样的智能化，提高了取样效率。

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

Claims (10)

1.一种探井原状土样采集装置，其特征在于，包括：

箱体，沿水平方向贯通设置，所述箱体的顶部连接有提升组件；

取样组件，包括滑动连接于所述箱体内的取样筒以及转动连接于所述取样筒内的取土器，所述取样筒和所述取土器均具有朝向所述箱体一端设置的开口以及内端面上的开孔；

传动轴，贯穿所述取样筒的开孔与所述取土器相连接；

伸缩驱动件，具有与所述箱体的内壁相连的固定端以及与所述传动轴相连的外伸端，所述外伸端与所述传动轴同轴设置且转动配合，所述外伸端能够带动所述传动轴、所述取样筒以及所述取土器轴向移动；

旋转驱动组件，设置于所述箱体内，且与所述传动轴相连，用于带动所述传动轴以及所述取土器旋转；

伸缩顶紧件，连接于所述箱体内、且位于所述箱体远离所述取样组件的一端，所述伸缩顶紧件具有能够抵接于探井侧壁上的顶紧端。

2.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述取样筒为长方体状构件，所述取土器为圆柱筒状构件，所述取土器的外伸端设有刃口。

3.如权利要求2所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述取样筒顶壁的上方以及底壁的下方分别设有削土组件，所述削土组件包括：

滑道，连接于所述取样筒上，且沿垂直于所述传动轴的方向延伸；

两把削土刀，设置于所述滑道内、且分别向所述取样筒的开口侧延伸，两把所述削土刀具有相对设置的刀刃；

所述取样筒上设有两组平移驱动组件，两组所述平移驱动组件与两组所述削土组件对应设置，用于分别带动对应所述削土组件的两把所述削土刀相互靠近或背向远离。

4.如权利要求3所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述平移驱动组件包括：

第一电机，连接于所述取样筒上；

第一齿轮，与所述第一电机的输出端相连；

第二齿轮，与所述第一齿轮啮合，

双向螺杆，贯穿同一所述削土组件的两把所述削土刀设置，且与所述削土刀螺纹连接，用于带动两把所述削土刀相互靠近或背向远离。

5.如权利要求4所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，两个所述第一电机分别设置在所述取样筒的两侧。

6.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述旋转驱动组件包括：

第二电机，连接于所述取样筒上，且具有水平延伸的输出轴；

主动轮，连接于所述输出轴上；

从动轮，套设于所述传动轴上，且与所述主动轮相啮合，用于带动所述传动轴转动。

7.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述传动轴上设有限位凸台，所述限位凸台能够抵接于所述取样筒的端面上，用于限制所述取样筒在所述传动轴上作轴向移动。

8.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述传动轴远离所述取样组件的一端设有转动盘，所述伸缩驱动件的所述外伸端设有套设于所述转动盘外周以限制所述转动盘轴向移动的限位套，所述转动盘转动连接于所述限位套内。

9.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述伸缩顶紧件的所述顶紧端设有顶推板，在所述伸缩顶紧件处于回缩状态时，所述顶推板能够封堵于所述箱体的端部。

10.如权利要求1所述的一种探井原状土样采集装置，其特征在于，所述探井原状土样采集装置还包括无线控制模块以及设置于所述箱体上的垂直测距元件，所述无线控制模块分别与所述垂直测距元件、所述伸缩驱动件、所述旋转驱动组件以及所述伸缩顶紧件电连接。

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