專利名稱：一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是海底底質(zhì)地質(zhì)勘察設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種以靜力觸探方式對(duì)海底底質(zhì)進(jìn)行調(diào)查的裝置。
背景技術(shù)：
海底地質(zhì)調(diào)查是各種海底工程建設(shè)極其關(guān)鍵、重要的環(huán)節(jié)，在海底通信光纜、電力電纜、石油開(kāi)采平臺(tái)、油氣輸送管道、跨海橋梁及港口、碼頭建設(shè)等工程中，如果沒(méi)有詳細(xì)、 準(zhǔn)確的海底底質(zhì)調(diào)查資料，就不能保證工程安全、順利地進(jìn)行。目前國(guó)內(nèi)主要是采用旁掃聲納和柱狀取樣器獲取海底底質(zhì)情況。旁掃聲納可提供海底沉積層圖像，但根據(jù)圖形顯示對(duì)海底地質(zhì)進(jìn)行判讀需依靠綜合判斷和經(jīng)驗(yàn)積累，難度較大、主觀性較強(qiáng)、準(zhǔn)確程度不高。柱狀取樣器依靠自重將取樣管沖入沉積物中，可取得沉積物的樣品，該設(shè)備施工難度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，最大只能取得2米以內(nèi)的樣品，應(yīng)用范圍有限。相比較而言，鉆入式靜力觸探調(diào)查方式可更準(zhǔn)確、詳細(xì)地取得所需底質(zhì)情況數(shù)據(jù)資料。靜力觸探試驗(yàn)(CPT)是一種速度快、數(shù)據(jù)連續(xù)、再現(xiàn)性好、操作省力等優(yōu)點(diǎn)的原位測(cè)試方法。隨著海洋開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展，CPT技術(shù)在國(guó)內(nèi)外海洋工程領(lǐng)域的試用越來(lái)越普遍，在工程地質(zhì)調(diào)查中起到越來(lái)越重要的作用。CPT數(shù)據(jù)的解釋結(jié)果在海洋工程中的應(yīng)用具有重要的意義，不僅可用于土層劃分、土類判分，并可用于估算粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度、砂土的相對(duì)密實(shí)度、地基承載力等。目前國(guó)內(nèi)用到的海底沉入式觸探設(shè)備主要采用一桿式的直桿貫入方式，鉆桿不能盤繞，不僅極大地限制了觸探的深度，而且鉆桿極易受到海水暗流的作用，影響獲得觸探數(shù)據(jù)的精確性和整機(jī)的穩(wěn)定型，容易造成測(cè)試誤差和工作事故。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種以連續(xù)貫入的方式，將鉆桿垂直壓入海底土壤中，由頂部探頭連續(xù)采集土壤參數(shù)的海底地質(zhì)調(diào)查裝置，通過(guò)帶減速器的液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)直徑1米的鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)，可將12米長(zhǎng)直徑12mm且頂端裝有組合探頭的特制金屬鉆桿連續(xù)貫入海底的土層中，在貫入的過(guò)程中連續(xù)采集各土層物理特性數(shù)據(jù)，經(jīng)由7芯臍帶電纜送至船上監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行記錄、分析和顯示，在貫入的過(guò)程中有7輪校直機(jī)構(gòu)對(duì)鉆桿進(jìn)行校直，使其可垂直貫入土層；整個(gè)系統(tǒng)由液壓驅(qū)動(dòng)，水下電子艙和水上監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視和測(cè)量，完成系統(tǒng)所有規(guī)定功能。本發(fā)明一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，包括機(jī)架、鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)、配重鐵、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、接地傳感器、液壓系統(tǒng)、電子艙、接線盒。上述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、接地傳感器、液壓系統(tǒng)、電子艙、接線盒均設(shè)置在機(jī)架的底座上，使整個(gè)海底地質(zhì)調(diào)查裝置的重心位于機(jī)架底座的中軸線上，由此保持整個(gè)裝置的平穩(wěn)。其中，所述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)包括卷管機(jī)架、鉆桿卷輪、梯形螺母、轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板、固定蓋板、滑鍵軸、油馬達(dá)、減速機(jī)。卷管機(jī)架固定在機(jī)架的底座上，用來(lái)支撐整個(gè)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)；油馬達(dá)固定安裝在卷管機(jī)架上，滑鍵軸固定套接在減速機(jī)外殼上，減速機(jī)的軸與油馬達(dá)的輸出軸相連接，通過(guò)油馬達(dá)、減速機(jī)和滑鍵軸來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)，油馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)減速機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆桿卷輪為由輪軸與圓盤組成的一體結(jié)構(gòu)，圓盤的中心處套接在輪軸外圈上，且圓盤的外側(cè)邊緣處具有寬度。鉆桿卷輪的輪軸套接在滑鍵軸外圓上，輪軸與滑鍵軸之間通過(guò)滑鍵連接，使鉆桿卷輪整體隨滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并在滑鍵軸上沿滑鍵軸的軸向滑動(dòng)；鉆桿卷輪的輪軸外側(cè)具有螺紋結(jié)構(gòu)，且螺紋套接有梯形螺母，梯形螺母固定安裝在卷管機(jī)架上。鉆桿卷輪隨滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，梯形螺母對(duì)鉆桿卷輪產(chǎn)生沿軸向向外的推力，鉆桿卷輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈， 梯形螺母將鉆桿卷輪向外推出一個(gè)與梯形螺母上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距等大小的位移。轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板套接在鉆桿卷輪中圓盤的外圈上，轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板的外圈上套接有固定蓋板， 固定蓋板與卷管機(jī)架固定，使轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板可隨鉆桿卷輪轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆桿卷輪中圓盤的外圈側(cè)面上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向螺旋槽，導(dǎo)向螺旋槽上卷繞有鉆桿；在固定蓋板外圈周側(cè)下部開(kāi)有出桿通口，鉆桿通過(guò)固定蓋板上的出桿通口引入至校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)；鉆桿卷輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆桿沿固定蓋板上的出桿通口進(jìn)出校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)；上述梯形螺母上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距與導(dǎo)向螺旋槽的螺距大小相等，通過(guò)梯形螺母可對(duì)鉆桿的軸向位移進(jìn)行補(bǔ)償，從而使鉆桿進(jìn)入或離開(kāi)鉆桿卷輪的切點(diǎn)的軸向位置保持不變，始終對(duì)準(zhǔn)固定蓋板外圈周側(cè)下部的出桿通口 ；所述校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)包括固定導(dǎo)正輪、移動(dòng)導(dǎo)正輪、調(diào)節(jié)螺絲、左站板、右站板、外夾板、內(nèi)夾板，用來(lái)將纏繞在鉆桿卷輪上的鉆桿進(jìn)行校直導(dǎo)正，使鉆桿由彎曲桿狀變?yōu)橹睏U狀，且保持鉆桿始終以固定的方向鉆進(jìn)。其中，外夾板與內(nèi)夾板相互平行，且豎直與機(jī)架的底座固連，兩側(cè)分別通過(guò)左站板、右站板與外夾板、內(nèi)夾板固連，形成豎直的筒狀結(jié)構(gòu)，且筒狀結(jié)構(gòu)上方的開(kāi)口位于固定蓋板外圈周側(cè)下部的出桿通口正下方。在內(nèi)夾板與外夾板間的左端或右端，由上至下依次設(shè)置有η個(gè)固定導(dǎo)正輪，η > 1，η為正整數(shù)，固定導(dǎo)正輪通過(guò)連接軸與內(nèi)夾板、外夾板軸接； 在內(nèi)夾板與外夾板間的右端或左端，由上至下依次設(shè)置m個(gè)移動(dòng)導(dǎo)正輪，l，m為正整數(shù)， 且m< η;移動(dòng)導(dǎo)正輪通過(guò)導(dǎo)正輪支架軸向定位，導(dǎo)正輪支架與固定在移動(dòng)導(dǎo)正輪同側(cè)的左站板上的調(diào)節(jié)螺絲相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)導(dǎo)正輪在水平方向上的定位。所述各固定導(dǎo)正輪的軸心位于同一豎直直線上，各移動(dòng)導(dǎo)正輪的軸心位于同一豎直軸線上，且移動(dòng)導(dǎo)正輪與固定導(dǎo)正輪在豎直方向上交錯(cuò)設(shè)置，由此在移動(dòng)導(dǎo)正輪與固定導(dǎo)正輪間形成鉆桿的進(jìn)出通道。校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)中鉆桿進(jìn)出的通道正下方安裝有桿端護(hù)套，桿端護(hù)套用來(lái)保證鉆桿由校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)出來(lái)后插入地下前不會(huì)打彎。桿端護(hù)套垂直安裝在底座的中心處，經(jīng)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)進(jìn)行校正后的鉆桿，通過(guò)桿端護(hù)套后穿過(guò)底座。通過(guò)這種布局可保證鉆桿在收放時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行校直且對(duì)準(zhǔn)底座中心，保證本發(fā)明裝置在工作時(shí)的穩(wěn)定性。在鉆桿鉆入海底的一端安裝有探頭，探頭上安裝有阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器。其中，阻力傳感器用來(lái)測(cè)得探頭向下推進(jìn)時(shí)探頭錐尖處所受到的阻力大小。摩擦力傳感器用來(lái)測(cè)得探頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，探頭側(cè)壁土壤對(duì)探頭的摩擦力。水壓傳感器用來(lái)測(cè)得不同土壤深度中向探頭滲透的水的壓力。姿態(tài)傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)得探頭向下鉆探時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，從而確定探頭的運(yùn)動(dòng)路徑。
所述接地傳感器安裝在機(jī)架底座的底面上，用來(lái)檢測(cè)本發(fā)明裝置在向海底吊放和回收時(shí)裝置與海底的接觸情況。所述液壓系統(tǒng)通過(guò)水密電纜與電子艙連接。其中，電子艙用來(lái)對(duì)整個(gè)海底調(diào)查裝置進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)采集探頭上的阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D變換、數(shù)字濾波、抗干擾處理后，通過(guò)臍帶電纜傳輸給外部水上監(jiān)控系統(tǒng)傳輸；液壓系統(tǒng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓輪式貫入機(jī)構(gòu)中的油馬達(dá)，并通過(guò)電子艙控制調(diào)節(jié)油馬達(dá)轉(zhuǎn)速，使鉆桿達(dá)到規(guī)定的鉆探力量和速度。所述接線盒用來(lái)對(duì)海底調(diào)查裝置中的電線和連接電線進(jìn)行保護(hù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明海底調(diào)查裝置可以連續(xù)貫入的方式將鉆桿均速、垂直壓入海底土壤中， 由液壓、驅(qū)動(dòng)、水上控制，人工工作強(qiáng)度小，采集數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確；2、本發(fā)明海底調(diào)查裝置測(cè)量深度深、測(cè)量精度高，且本發(fā)明工作安全，數(shù)據(jù)回放的功能更加有利于研究人員事后對(duì)數(shù)據(jù)的分析。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)側(cè)剖圖；圖2為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)側(cè)剖圖俯視剖視圖；圖3為本發(fā)明中機(jī)架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明中機(jī)架結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5為本發(fā)明中鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)側(cè)剖圖；圖7為本發(fā)明中校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)側(cè)視圖；圖中
ι-機(jī)架2-鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)3-配重鐵4-校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)
5-接地傳感器6-液壓系統(tǒng)7-電子艙8-接線盒
9-系纜底座10-鉆桿11-端桿護(hù)套
101-底座102-彎梁103-橫向撐桿201-卷管機(jī)架
202-鉆桿卷輪203-梯形螺母204-轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板205-固定蓋板
206-滑鍵軸207-油馬達(dá)208-減速機(jī)401-固定導(dǎo)正輪
402-移動(dòng)導(dǎo)正輪403-調(diào)節(jié)螺404-左站板405-右站板
406-外夾板407-內(nèi)夾板408-導(dǎo)正輪支架202a-輪軸
202b-圓盤202c-導(dǎo)向螺旋槽
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，包括機(jī)架1、鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)2、配重鐵3、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4、接地傳感器5、液壓系統(tǒng)6、電子艙7、接線盒8，如圖1、圖2所示。所述機(jī)架1由底座101、彎梁102、橫向撐桿103組成，如圖3、圖4所示，底座101 為正方形，彎梁102為弧形，每根彎梁102的一端與底座101的夾角處固連，另一端位于底座101的中軸線處，并均通過(guò)系纜底座9固定，由此使機(jī)架1的重心位于底座101中心處。 為了使機(jī)架1更加穩(wěn)固，因此在相鄰的兩個(gè)彎梁102間，固連有至少一根橫向撐桿103。所述系纜底座9上安裝有系纜連接件901，用來(lái)與外部多功能臍帶電纜相連，即可用于本發(fā)明海底地質(zhì)調(diào)查裝置向海底吊放和回收，同時(shí)也用于與母船的動(dòng)力和數(shù)據(jù)連接。上述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)2、配重鐵3、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4、接地傳感器5、液壓系統(tǒng)6、 電子艙7、接線盒8均設(shè)置在機(jī)架1的底座101上，且使整個(gè)裝置的重心位于底座101的中軸線上，由此保持整個(gè)裝置的平穩(wěn)。其中，所述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)2包括卷管機(jī)架201、鉆桿卷輪202、梯形螺母203、 轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204、固定蓋板205、滑鍵軸206、油馬達(dá)207、減速機(jī)208，如圖5所示，卷管機(jī)架201 固定在機(jī)架1的底座101上，用來(lái)支撐整個(gè)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)2。油馬達(dá)207固定安裝在卷管機(jī)架201上，滑鍵軸206固定套接在減速機(jī)208外殼上，減速機(jī)208的軸與油馬達(dá)207 的輸出軸相連接，通過(guò)油馬達(dá)207、減速機(jī)208和滑鍵軸206來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)2， 油馬達(dá)207的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)減速機(jī)208跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)滑鍵軸206轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆桿卷輪202為由輪軸20 與圓盤202b組成的一體結(jié)構(gòu)，圓盤202b的中心處套接在輪軸20 外圈上，且圓盤202b的外側(cè)邊緣處具有一定的寬度。鉆桿卷輪202的輪軸 202a套接在滑鍵軸206外圓上，輪軸20 與滑鍵軸206之間通過(guò)滑鍵連接，使鉆桿卷輪202 整體可隨滑鍵軸206轉(zhuǎn)動(dòng)，也可在滑鍵軸206上沿滑鍵軸206的軸向滑動(dòng)。鉆桿卷輪202 的輪軸20 外側(cè)具有螺紋結(jié)構(gòu)，且螺紋套接有梯形螺母203，梯形螺母203固定安裝在卷管機(jī)架1上。當(dāng)鉆桿卷輪202隨滑鍵軸206轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，梯形螺母203可對(duì)鉆桿卷輪202產(chǎn)生沿軸向向外的推力，鉆桿卷輪202每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，梯形螺母203可將鉆桿卷輪202向外推出一個(gè)與梯形螺母203上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距等大小的位移。轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204套接在鉆桿卷輪202中圓盤202b的外圈上，轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204的外圈上套接有固定蓋板205，固定蓋板205與卷管機(jī)架201固定，由此轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204可隨鉆桿卷輪 202轉(zhuǎn)動(dòng)，但受固定蓋板5的限制不能沿鉆桿卷輪202的軸向移動(dòng)。鉆桿卷輪202中圓盤 202b的外圈側(cè)面上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向螺旋槽202c，導(dǎo)向螺旋槽202c上卷繞有鉆桿10。在固定蓋板205外圈周側(cè)下部開(kāi)有出桿通口，鉆桿10可通過(guò)固定蓋板205上的出桿通口引入至校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4。當(dāng)鉆桿卷輪202轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆桿10沿固定蓋板205上的出桿通口進(jìn)出校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4。由于轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204套在鉆桿10外側(cè)，由此在鉆桿10向海底土壤中鉆進(jìn)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板204可為鉆桿10提供反作用力，使鉆桿10產(chǎn)生向下的力量鉆進(jìn)海底土壤中，并使鉆桿10在鉆進(jìn)的過(guò)程中能維持原來(lái)的形狀。由于當(dāng)鉆桿卷輪202轉(zhuǎn)動(dòng)并收回或放出鉆桿10時(shí)，鉆桿10進(jìn)入或離開(kāi)鉆桿卷輪 202的切向點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生軸向位移。鉆桿卷輪202每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，鉆桿10進(jìn)入或離開(kāi)鉆桿卷輪202 的切向點(diǎn)所產(chǎn)生軸向位移為導(dǎo)向螺旋槽202c的一個(gè)螺距大小。因此將上述梯形螺母203 上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距設(shè)計(jì)為與導(dǎo)向螺旋槽202c的螺距大小相等，由此通過(guò)梯形螺母203可對(duì)鉆桿10的軸向位移進(jìn)行補(bǔ)償。由此當(dāng)鉆桿卷輪202轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆桿卷輪202受梯形螺母203 的作用產(chǎn)生軸向移動(dòng)，此位移值與鉆桿10切點(diǎn)軸向位移是相反的，從而使鉆桿10進(jìn)入或離開(kāi)鉆桿卷輪202的切點(diǎn)的軸向位置保持不變，永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)固定蓋板205外圈周側(cè)下部的出桿通□。如圖6、圖7所示，所述校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4包括固定導(dǎo)正輪401、移動(dòng)導(dǎo)正輪402、調(diào)節(jié)螺絲403、左站板404、右站板405、外夾板406、內(nèi)夾板407，用來(lái)將纏繞在鉆桿卷輪202上的鉆桿10進(jìn)行校直導(dǎo)正，使鉆桿10由彎曲桿狀變?yōu)橹睏U狀，且保持鉆桿10始終以一個(gè)固定的方向鉆進(jìn)。其中，外夾板406與內(nèi)夾板407相互平行，且豎直與機(jī)架1的底座101固連，兩側(cè)分別通過(guò)左站板404、右站板405與外夾板406、內(nèi)夾板407固連，形成豎直的筒狀結(jié)構(gòu)，且筒狀結(jié)構(gòu)上方的開(kāi)口位于固定蓋板205外圈周側(cè)下部的出桿通口正下方。在內(nèi)夾板407與外夾板406間的左端或右端，由上至下依次設(shè)置有4個(gè)固定導(dǎo)正輪401，固定導(dǎo)正輪401通過(guò)連接軸與內(nèi)夾板407、外夾板406軸接。在內(nèi)夾板407與外夾板406間的右端或左端，由上至下依次設(shè)置有3個(gè)移動(dòng)導(dǎo)正輪402，移動(dòng)導(dǎo)正輪402通過(guò)導(dǎo)正輪支架408軸向定位，導(dǎo)正輪支架408與固定在移動(dòng)導(dǎo)正輪402同側(cè)的左站板404上的調(diào)節(jié)螺絲403相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)導(dǎo)正輪402在水平方向上的定位。通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲403，可以調(diào)節(jié)移動(dòng)導(dǎo)正輪402水平方向上的左右位置，從而對(duì)鉆桿10進(jìn)行更好的校正。所述各固定導(dǎo)正輪401的軸心位于同一豎直直線上，各移動(dòng)導(dǎo)正輪402的軸心位于同一豎直軸線上，且移動(dòng)導(dǎo)正輪402與固定導(dǎo)正輪 401在豎直方向上交錯(cuò)設(shè)置，由此在移動(dòng)導(dǎo)正輪402與固定導(dǎo)正輪401間形成鉆桿10的進(jìn)出通道。為使鉆桿10更好的進(jìn)行導(dǎo)正，移動(dòng)導(dǎo)正輪402與固定導(dǎo)正輪401的周向上設(shè)計(jì)有半弧形凹槽，從而可以更好地對(duì)鉆桿10進(jìn)行定位，防止鉆桿10的側(cè)滑。鉆桿10經(jīng)過(guò)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4時(shí)，受到移動(dòng)導(dǎo)正輪402與固定導(dǎo)正輪401之間施加的反彎作用力，從而使鉆桿 10在經(jīng)過(guò)后變直。校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4中鉆桿10進(jìn)出的通道正下方安裝有桿端護(hù)套11，桿端護(hù)套11用來(lái)保證鉆桿10由校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4出來(lái)后插入地下前不會(huì)打彎。桿端護(hù)套11垂直安裝在底座101的中心處，經(jīng)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4進(jìn)行校正后的鉆桿10，通過(guò)桿端護(hù)套11后穿過(guò)底座 101。通過(guò)這種布局可保證鉆桿10在收放時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行校直且對(duì)準(zhǔn)底座101中心，保證本發(fā)明裝置在工作時(shí)的穩(wěn)定性。因各種海底工程需要了解海底一定深度內(nèi)地質(zhì)情況，所以本設(shè)備在鉆桿10鉆入海底的一端安裝有錐形探頭，探頭的錐尖處安裝有阻力傳感器，阻力傳感器可測(cè)得探頭向下推進(jìn)時(shí)探頭錐尖處所受到的阻力大小，該值除以探頭錐尖的橫截面積得到鉆桿10對(duì)海底土壤的壓強(qiáng)，用來(lái)作為計(jì)算土壤剪切強(qiáng)度的參數(shù)；在探頭側(cè)壁上安裝有摩擦力傳感器，用來(lái)測(cè)得探頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，探頭側(cè)壁土壤對(duì)探頭的摩擦力；探頭內(nèi)部安裝有水壓傳感器，用來(lái)測(cè)得不同土壤深度中向探頭滲透的水的壓力；探頭內(nèi)還安裝有姿態(tài)傳感器，用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)得探頭向下鉆探時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)以確定探頭的運(yùn)動(dòng)路徑。其中阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器通過(guò)臍帶電纜與外部水上監(jiān)控系統(tǒng)相連。所述接地傳感器5安裝在機(jī)架1的底座101上，用來(lái)檢測(cè)本發(fā)明裝置在向海底吊放和回收時(shí)裝置與海底是否接觸。在鉆桿10進(jìn)行鉆探或回收工作時(shí)，通過(guò)接地傳感器5確保本發(fā)明裝置穩(wěn)定放置在海底。所述液壓系統(tǒng)6通過(guò)水密電纜與電子艙7連接。其中，電子艙7用來(lái)對(duì)整個(gè)海底調(diào)查裝置進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)采集探頭上的阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D變換、數(shù)字濾波、抗干擾等處理后，通過(guò)臍帶電纜向外部水上監(jiān)控系統(tǒng)傳輸。液壓系統(tǒng)6包括潛水電機(jī)與可調(diào)排量的液壓泵，通過(guò)潛水電機(jī)帶動(dòng)液壓泵對(duì)驅(qū)動(dòng)鼓輪式貫入機(jī)構(gòu)2中的油馬達(dá)207進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電子艙7控制調(diào)節(jié)油馬達(dá)207轉(zhuǎn)速，使鉆桿10達(dá)到規(guī)定的鉆探力量和速度。本發(fā)明海底調(diào)查裝置中的電線和連接電線均通過(guò)接線盒8進(jìn)行保護(hù)。由于鉆桿10鉆探時(shí)產(chǎn)生的反作用力由本發(fā)明海底地質(zhì)調(diào)查裝置本身的自重進(jìn)行抵消，因此應(yīng)使海底地質(zhì)調(diào)查裝置的重心位于鉆桿10鉆探時(shí)的垂線上。為此，通過(guò)對(duì)海底地質(zhì)調(diào)查裝置結(jié)構(gòu)和各部件重量進(jìn)行分析后，在底座101上增加配重鐵3。本發(fā)明海底調(diào)查裝置在外部水上監(jiān)控設(shè)備的控制下，由液壓系統(tǒng)6驅(qū)動(dòng)鼓輪式貫入機(jī)構(gòu)2工作，將鉆桿10經(jīng)過(guò)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)4的校直后推動(dòng)探頭以預(yù)設(shè)壓力勻速的壓入海底土層，由鉆桿10上的探頭采集各種數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)將測(cè)量到的探頭錐尖阻力、摩擦力、孔隙水壓、鉆桿10的姿態(tài)等數(shù)據(jù)傳送到外部水上監(jiān)控設(shè)備，由外部水上監(jiān)控設(shè)備對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對(duì)海底底質(zhì)情況進(jìn)行判斷。
權(quán)利要求
1.一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，用于對(duì)海底底質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查、探測(cè)的海底地質(zhì)調(diào)查設(shè)備， 其特征在于它包括有帶減速器的液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)直徑1米的鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)，可將12米長(zhǎng)直徑12mm且頂端裝有組合探頭的特制金屬鉆桿連續(xù)貫入海底的土層中，在貫入的過(guò)程中連續(xù)采集各土層物理特性數(shù)據(jù)，經(jīng)由7芯臍帶電纜送至船上監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行記錄、分析和顯示，在貫入的過(guò)程中有7輪校直機(jī)構(gòu)對(duì)鉆桿進(jìn)行校直，使其可垂直貫入土層； 整個(gè)系統(tǒng)由液壓驅(qū)動(dòng)，水下電子艙和水上監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制、監(jiān)視和測(cè)量，完成系統(tǒng)所有規(guī)定功能。
2.一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于包括機(jī)架、鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、接地傳感器、液壓系統(tǒng)、電子艙、接線盒；上述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、接地傳感器、液壓系統(tǒng)、電子艙、接線盒均設(shè)置在機(jī)架的底座上，使整個(gè)海底地質(zhì)調(diào)查裝置的重心位于機(jī)架底座的中軸線上，由此保持整個(gè)裝置的平穩(wěn)；其中，所述鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)包括卷管機(jī)架、鉆桿卷輪、梯形螺母、轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板、固定蓋板、滑鍵軸、油馬達(dá)、減速機(jī)；卷管機(jī)架固定在機(jī)架的底座上，用來(lái)支撐整個(gè)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)；油馬達(dá)固定安裝在卷管機(jī)架上，滑鍵軸固定套接在減速機(jī)外殼上，減速機(jī)的軸與油馬達(dá)的輸出軸相連接，通過(guò)油馬達(dá)、減速機(jī)和滑鍵軸來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)，油馬達(dá)的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)減速機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆桿卷輪為由輪軸與圓盤組成的一體結(jié)構(gòu)，圓盤的中心處套接在輪軸外圈上，且圓盤的外側(cè)邊緣處具有寬度；鉆桿卷輪的輪軸套接在滑鍵軸外圓上，輪軸與滑鍵軸之間通過(guò)滑鍵連接，使鉆桿卷輪整體隨滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并在滑鍵軸上沿滑鍵軸的軸向滑動(dòng)；鉆桿卷輪的輪軸外側(cè)具有螺紋結(jié)構(gòu)，且螺紋套接有梯形螺母，梯形螺母固定安裝在卷管機(jī)架上；鉆桿卷輪隨滑鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，梯形螺母對(duì)鉆桿卷輪產(chǎn)生沿軸向向外的推力，鉆桿卷輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，梯形螺母將鉆桿卷輪向外推出一個(gè)與梯形螺母上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距等大小的位移；轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板套接在鉆桿卷輪中圓盤的外圈上，轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板的外圈上套接有固定蓋板，固定蓋板與卷管機(jī)架固定，使轉(zhuǎn)動(dòng)蓋板可隨鉆桿卷輪轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆桿卷輪中圓盤的外圈側(cè)面上設(shè)計(jì)有導(dǎo)向螺旋槽，導(dǎo)向螺旋槽上卷繞有鉆桿；在固定蓋板外圈周側(cè)下部開(kāi)有出桿通口，鉆桿通過(guò)固定蓋板上的出桿通口引入至校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)；鉆桿卷輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉆桿沿固定蓋板上的出桿通口進(jìn)出校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)；上述梯形螺母上螺紋結(jié)構(gòu)的螺距與導(dǎo)向螺旋槽的螺距大小相等，通過(guò)梯形螺母可對(duì)鉆桿的軸向位移進(jìn)行補(bǔ)償，從而使鉆桿進(jìn)入或離開(kāi)鉆桿卷輪的切點(diǎn)的軸向位置保持不變，始終對(duì)準(zhǔn)固定蓋板外圈周側(cè)下部的出桿通口；所述校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)包括固定導(dǎo)正輪、移動(dòng)導(dǎo)正輪、調(diào)節(jié)螺絲、左站板、右站板、外夾板、 內(nèi)夾板，用來(lái)將纏繞在鉆桿卷輪上的鉆桿進(jìn)行校直導(dǎo)正，使鉆桿由彎曲桿狀變?yōu)橹睏U狀，且保持鉆桿始終以固定的方向鉆進(jìn)；其中，外夾板與內(nèi)夾板相互平行，且豎直與機(jī)架的底座固連，兩側(cè)分別通過(guò)左站板、右站板與外夾板、內(nèi)夾板固連，形成豎直的筒狀結(jié)構(gòu)，且筒狀結(jié)構(gòu)上方的開(kāi)口位于固定蓋板外圈周側(cè)下部的出桿通口正下方；在內(nèi)夾板與外夾板間的左端或右端，由上至下依次設(shè)置有 η個(gè)固定導(dǎo)正輪，η > 1，η為正整數(shù)，固定導(dǎo)正輪通過(guò)連接軸與內(nèi)夾板、外夾板軸接；在內(nèi)夾板與外夾板間的右端或左端，由上至下依次設(shè)置m個(gè)移動(dòng)導(dǎo)正輪，1，m為正整數(shù)，且m< η;移動(dòng)導(dǎo)正輪通過(guò)導(dǎo)正輪支架軸向定位，導(dǎo)正輪支架與固定在移動(dòng)導(dǎo)正輪同側(cè)的左站板上的調(diào)節(jié)螺絲相連，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)導(dǎo)正輪在水平方向上的定位；所述各固定導(dǎo)正輪的軸心位于同一豎直直線上，各移動(dòng)導(dǎo)正輪的軸心位于同一豎直軸線上，且移動(dòng)導(dǎo)正輪與固定導(dǎo)正輪在豎直方向上交錯(cuò)設(shè)置，由此在移動(dòng)導(dǎo)正輪與固定導(dǎo)正輪間形成鉆桿的進(jìn)出通道；校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)中鉆桿進(jìn)出的通道正下方安裝有桿端護(hù)套，桿端護(hù)套用來(lái)使鉆桿由校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)出來(lái)后插入地下前不打彎，桿端護(hù)套垂直安裝在底座的中心處，經(jīng)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)進(jìn)行校正后的鉆桿，通過(guò)桿端護(hù)套后穿過(guò)底座；通過(guò)這種布局使鉆桿在收放時(shí)可自動(dòng)進(jìn)行校直且對(duì)準(zhǔn)底座中心，增加穩(wěn)定性；在鉆桿鉆入海底的一端安裝有探頭，探頭上安裝有阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器；其中，阻力傳感器用來(lái)測(cè)得探頭向下推進(jìn)時(shí)探頭錐尖處所受到的阻力大??；摩擦力傳感器用來(lái)測(cè)得探頭向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，探頭側(cè)壁土壤對(duì)探頭的摩擦力；水壓傳感器用來(lái)測(cè)得不同土壤深度中向探頭滲透的水的壓力；姿態(tài)傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)得探頭向下鉆探時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，從而確定探頭的運(yùn)動(dòng)路徑；所述接地傳感器安裝在機(jī)架底座的底面上，用來(lái)檢測(cè)本發(fā)明裝置在向海底吊放和回收時(shí)裝置與海底的接觸情況；所述液壓系統(tǒng)通過(guò)水密電纜與電子艙連接；其中，電子艙用來(lái)對(duì)整個(gè)海底調(diào)查裝置進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)采集探頭上的阻力傳感器、摩擦力傳感器、水壓傳感器與姿態(tài)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D變換、數(shù)字濾波、抗干擾處理后，通過(guò)臍帶電纜傳輸給外部水上監(jiān)控系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓輪式貫入機(jī)構(gòu)中的油馬達(dá)，并通過(guò)電子艙控制調(diào)節(jié)油馬達(dá)轉(zhuǎn)速，使鉆桿達(dá)到規(guī)定的鉆探力量和速度；所述接線盒用來(lái)對(duì)海底調(diào)查裝置中的電線和連接電線進(jìn)行保護(hù)。
3.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述機(jī)架由底座、彎梁、系纜底座和橫向撐桿組成，底座為正方形，彎梁為弧形，每根彎梁的一端與底座的夾角處固連，另一端位于底座的中軸線處，并均通過(guò)系纜底座固定，由此使機(jī)架的重心位于底座中心處；所述機(jī)架中相鄰的兩個(gè)彎梁間，固連有至少一根橫向撐桿。
4.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述固定導(dǎo)正輪η為4個(gè)， 移動(dòng)導(dǎo)正輪m為3個(gè)。
5.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述移動(dòng)導(dǎo)正輪與固定導(dǎo)正輪的周向上均有半弧形凹槽。
6.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述探頭為錐形探頭，阻力傳感器安裝在探頭的錐尖處；摩擦力傳感器安裝在探頭側(cè)壁上；水壓傳感器與姿態(tài)傳感器均安裝在探頭內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述液壓系統(tǒng)包括潛水電機(jī)與可調(diào)排量的液壓泵，通過(guò)潛水電機(jī)帶動(dòng)液壓泵工作。
8.如權(quán)利要求2所述一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，其特征在于所述機(jī)架底座上安裝有配重鐵，用來(lái)使海底地質(zhì)調(diào)查裝置的重心位于鉆桿鉆探時(shí)的垂線上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種海底地質(zhì)調(diào)查裝置，屬于海底底質(zhì)地質(zhì)勘察設(shè)備領(lǐng)域，包括機(jī)架、鼓輪式連續(xù)貫入機(jī)構(gòu)、配重鐵、校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、接地傳感器、液壓系統(tǒng)、電子艙、接線盒。在外部水上監(jiān)控設(shè)備的控制下，由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鼓輪式貫入機(jī)構(gòu)工作，將鉆桿經(jīng)過(guò)校直導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的校直后推動(dòng)探頭以預(yù)設(shè)壓力壓入海底土層，由探頭上的傳感器采集各種數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)將這些數(shù)據(jù)傳送到外部水上監(jiān)控設(shè)備，由外部水上監(jiān)控設(shè)備對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對(duì)海底底質(zhì)情況進(jìn)行判斷。本發(fā)明可以連續(xù)貫入的方式將鉆桿均速、垂直壓入海底土壤中，人工工作強(qiáng)度小，采集數(shù)據(jù)連續(xù)、準(zhǔn)確；且本發(fā)明海底調(diào)查裝置測(cè)量深度深，且本發(fā)明數(shù)據(jù)回放的功能更加有利于研究人員事后對(duì)數(shù)據(jù)的分析。
文檔編號(hào)G01V9/00GK102298164SQ20111013016
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者宋世軍, 潘圣, 董向華, 蔣暉, 謝春童, 趙晶, 鄧小濤, 靳煜 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍通信應(yīng)用研究所