一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置，屬于水利測(cè)量領(lǐng)域；該裝置包括設(shè)置有鋼纜卷?yè)P(yáng)機(jī)及其操作器的操作平臺(tái)、由鋼纜組成的懸掛起吊機(jī)構(gòu)、采樣器及其配重平臺(tái)；其中操作平臺(tái)固定在測(cè)量船上；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜一端與操作平臺(tái)的卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，鋼纜的另一端與采樣器固定連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)受操作平臺(tái)操作器的控制，對(duì)懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜進(jìn)行收放；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜的另一端與采樣器固定相連；配重平臺(tái)與采樣器固定連接，且均勻分布在其周?chē)Ｔ撗b置可以對(duì)水庫(kù)、下游河道、湖泊及海洋河口等水域進(jìn)行河床淤積物采樣，用于精確研究淤積物的物理化學(xué)特性，可以高保真及高精度地獲取河床淤積物樣品。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]床面淤積物的干容重(或者干密度)是重要的物理參數(shù)，它影響到淤積重量和體積的換算、細(xì)顆粒淤積物密實(shí)后體積的變化、淤積泥沙的起動(dòng)流速、水流挾沙能力變化，以及河工模型相似比尺的設(shè)計(jì)等，在目前，它仍然是研究水庫(kù)沖淤等問(wèn)題時(shí)需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵參數(shù)之一。獲取不同淤積成因條件下的淤積物真實(shí)完整樣品，對(duì)于分析淤積物的化學(xué)物理特性非常重要。
[0003]對(duì)于深水區(qū)域的淤積物采樣，當(dāng)前主要采用重力法采樣法，即靠外力(如加配重的重力、振動(dòng)、爆炸沖力等)將采樣筒扎入河床中進(jìn)行采樣。此類(lèi)方法因采樣筒高速砸入河床，沙樣與筒壁之間將產(chǎn)生很大的剪切力而使沙樣明顯變形，難以滿(mǎn)足沙樣保真的需求。此夕卜，采樣深度和采樣位置也難以控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為解決河床淤積物難以高保真及高精度采樣的問(wèn)題，提出了一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置，該裝置為采用鋼纜懸掛配重平臺(tái)和采樣器，采樣體懸掛在套筒內(nèi)的升降齒條上整體升降；鉆筒向下鉆進(jìn)，與鉆筒同心的采樣筒同步下降但不旋轉(zhuǎn)，沙樣垂直滑入采樣筒中。該裝置可以高保真及高精度地獲取河床淤積物樣品。
[0005]本發(fā)明提出的一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置，其特征在于，該裝置包括設(shè)置有鋼纜卷?yè)P(yáng)機(jī)及其操作器的操作平臺(tái)、由鋼纜組成的懸掛起吊機(jī)構(gòu)、采樣器及其配重平臺(tái)；其中操作平臺(tái)固定在測(cè)量船上；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜一端與操作平臺(tái)的卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，鋼纜的另一端與采樣器固定連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)受操作平臺(tái)操作器的控制，對(duì)懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜進(jìn)行收放；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜的另一端與采樣器固定相連；配重平臺(tái)與采樣器固定連接，且均勻分布在其周?chē)?br> [0006]本發(fā)明的技術(shù)效果是:
[0007]本發(fā)明裝置可以對(duì)水庫(kù)、下游河道、湖泊及海洋河口等水域進(jìn)行河床淤積物采樣，用于精確研究淤積物的物理化學(xué)特性，可以高保真及高精度地獲取河床淤積物樣品。同時(shí)具有以下特點(diǎn):
[0008]1.以鋼纜懸掛配重平臺(tái)和采樣體，采樣水深不受限制；
[0009]2.采樣體懸掛在套筒內(nèi)的升降齒條上整體升降；
[0010]3.鉆筒向下鉆進(jìn)，采樣筒同步下降但不旋轉(zhuǎn)，沙樣垂直滑入采樣筒中；
[0011]4.采樣筒由卡瓦固定的兩個(gè)半圓組成，方便操作和樣品取樣。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的操作平臺(tái)示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明的采樣器實(shí)施例結(jié)構(gòu)縱剖面圖；
[0015]圖4為本發(fā)明的采樣器實(shí)施例的橫剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明提出的一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置結(jié)構(gòu)如圖1，包括設(shè)置有鋼纜卷?yè)P(yáng)機(jī)及其操作器的操作平臺(tái)1、由鋼纜組成的懸掛起吊機(jī)構(gòu)3、采樣器4及其配重平臺(tái)5 ;其中操作平臺(tái)I固定在測(cè)量船2上；懸掛起吊機(jī)構(gòu)3的鋼纜一端與操作平臺(tái)的卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，鋼纜的另一端與采樣器4固定連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)受操作平臺(tái)I操作器的控制，對(duì)懸掛起吊機(jī)構(gòu)3的鋼纜進(jìn)行收放；懸掛起吊機(jī)構(gòu)3的鋼纜的另一端與采樣器4固定相連；配重平臺(tái)與采樣器固定連接，且均勻分布在其周?chē)?，以完成河床淤積物采樣工作。
[0018]本發(fā)明的采樣裝置各部件的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分別說(shuō)明如下:
[0019]本裝置的懸掛起吊機(jī)構(gòu)實(shí)施例結(jié)構(gòu)由四根不銹鋼鋼纜組成，其相互位置如圖2。中間為主鋼纜31，主要控制采樣器4和配重平臺(tái)5的升降；另外三根副鋼纜32，均勻分布在主鋼纜31周?chē)?，相互夾角120度，主要是對(duì)落在河床6上的采樣器4和配重平臺(tái)5進(jìn)行微調(diào)，使其平穩(wěn)。
[0020]本發(fā)明的操作平臺(tái)I的實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括四臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)11和操作器12。四臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)分別控制四條鋼纜的升降，中間的卷?yè)P(yáng)機(jī)控制主鋼纜，周?chē)娜_(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)分別控制三條副鋼纜，其中周?chē)娜_(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)相互夾角為120度；操作器12控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)。其中本實(shí)施例的操作器12選用西門(mén)子公司的SM0C0DE pro 3UF7電機(jī)管理系統(tǒng)，安全控制四臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的啟動(dòng)(包括正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn))與關(guān)閉。
[0021]本實(shí)施例的配重平臺(tái)5為I噸量級(jí)的圓柱，采樣器4固定在配重平臺(tái)的中心孔中，為采樣器4提供下壓重力并保持平衡。
[0022]本實(shí)施例的采樣器4由外殼41、傳動(dòng)裝置42和內(nèi)筒43組成，如圖3所示。其中，傳動(dòng)裝置42懸掛在外殼41上；內(nèi)筒43與傳動(dòng)裝置固定連接。各部件的具體結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明如下:
[0023]本實(shí)施例的外殼41包括套筒41-1和兩根齒條41-2。其中，套筒41_1上端壁的中心與主鋼纜31連接，邊緣與副鋼纜32相連；兩根齒條41-2對(duì)稱(chēng)固定在外套筒側(cè)壁，為采樣器的傳動(dòng)裝置42和內(nèi)筒43提供支撐和定位。
[0024]本實(shí)施例的傳動(dòng)裝置42包括電動(dòng)機(jī)42-1、上下橫梁42_2、42_3、連接上下橫梁的齒輪軸42-6、驅(qū)動(dòng)直齒輪42-7和左右兩個(gè)升降螺桿42-8 ;升降螺桿42_8由斜齒輪42-81、直齒輪42-82、傘形齒輪42-83和齒輪軸42-84組成。其中:電動(dòng)機(jī)42_1選擇能承受500m水壓的深水電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)和沿齒條升降，電機(jī)42-1安裝在上橫梁42-2上，電動(dòng)機(jī)42-1與齒輪軸42-6固定連接；上橫梁42-2和下橫梁42_3之間通過(guò)齒輪軸42_6和滾動(dòng)軸承42-4、42-5連接，滾動(dòng)軸承42-4固定在上橫梁42_2內(nèi)，滾動(dòng)軸承42_5固定在下橫梁
42-3的上半部分；升降螺桿42-8通過(guò)上下兩個(gè)滾動(dòng)軸承42-9與上下橫梁相連，滾動(dòng)軸承
42-9固定在上下橫梁內(nèi)；驅(qū)動(dòng)直齒輪42-7與直齒輪42-82緊密咬合，形成水平傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；斜齒輪42-81與齒條41-2緊密咬合，形成垂直傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。上下橫梁限位叉42-21卡在升降齒條41-2的兩側(cè)，保證橫梁只升降、不旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。
[0025]本實(shí)施例的內(nèi)筒43主要包括鉆筒43-2，采樣筒43-3和連接直軸43-1。其中，內(nèi)筒43與傳動(dòng)裝置42通過(guò)直軸43-1固定連接；鉆筒43-2與直軸43_1通過(guò)滾動(dòng)軸承43-12相連，保證鉆筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，直軸不旋轉(zhuǎn)；鉆筒43-2的上部固定有傘形齒輪43-21，與升降螺桿42-8的傘形齒輪42-83齒輪咬合，用于驅(qū)動(dòng)鉆筒43_2轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆筒頭部固定有鉆進(jìn)齒
43-22，在齒輪驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向下緩慢鉆進(jìn)；采樣筒43-3為沿中心剖開(kāi)，卡瓦夾合的圓筒，通過(guò)直軸43-1固定在下橫梁42-3上，當(dāng)鉆筒43-2旋轉(zhuǎn)時(shí)保持采樣筒43_3不旋轉(zhuǎn)，沙樣滑入采樣筒。另外，鉆筒42-2與采樣筒42-3之間設(shè)有膠圈43-4，主要是用于防沙，同時(shí)保證鉆筒與采樣筒的軸線相對(duì)位置不變；鉆筒43-2與齒條41-2頭部的間隙處設(shè)有防沙圈
43-5，保證采樣器的密封性，避免沙粒進(jìn)入傳動(dòng)設(shè)備帶來(lái)的干擾；在直軸43-1內(nèi)開(kāi)設(shè)排水孔43-11，且通過(guò)膠管與套筒41-1外壁相連，用于排除采樣過(guò)程中采樣筒43-3內(nèi)的水；鉆進(jìn)齒43-22采用金剛石鉆頭，呈傘形，固定在鉆筒頭部，其內(nèi)平面與采樣筒處于同一平面且不接觸。
[0026]本實(shí)施例的具體工作方式如圖1和圖3:采樣船2定位于測(cè)量點(diǎn)，在船上利用操作平臺(tái)I控制懸掛起吊設(shè)備3將配重平臺(tái)6和采樣器6下沉到床面6上，通過(guò)副鋼纜32調(diào)整配重平臺(tái)6的水平，且套筒41-1與配重平臺(tái)的相對(duì)位置不變；電動(dòng)機(jī)42-1驅(qū)動(dòng)直齒輪42-7轉(zhuǎn)動(dòng)，直齒輪42-7驅(qū)動(dòng)升降螺桿42-8沿齒條41-2向下運(yùn)動(dòng)，使傳動(dòng)裝置42和內(nèi)筒43整體下降；同時(shí)通過(guò)傘形齒輪42-83與傘形齒輪43-21傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鉆筒43_2旋轉(zhuǎn)；采樣筒43_3和鉆筒43-2同步運(yùn)動(dòng)但不旋轉(zhuǎn)，沙樣滑入采樣器中；采樣結(jié)束后，電機(jī)42-1反向轉(zhuǎn)動(dòng)，提起采樣器；通過(guò)懸掛起吊設(shè)備3提出配重平臺(tái)5和采樣器4 ;取出采樣筒43-3，松開(kāi)卡瓦，移開(kāi)上半圓采樣筒，即可得到采取的沙樣。根據(jù)采得的沙洋準(zhǔn)確得出沙樣的干容重；分段采集沙樣進(jìn)行分析，得出顆粒級(jí)配、化學(xué)物質(zhì)成分等基本參數(shù)。
[0027]本發(fā)明的采樣裝置具有高保真及高精度的特點(diǎn)，且在河流、湖泊、海洋河口區(qū)域的采樣深度不受限制。
【權(quán)利要求】
1.一種鉆進(jìn)式河床淤積物采樣裝置，其特征在于，該裝置包括設(shè)置有鋼纜卷?yè)P(yáng)機(jī)及其操作器的操作平臺(tái)、由鋼纜組成的懸掛起吊機(jī)構(gòu)、采樣器及其配重平臺(tái)；其中操作平臺(tái)固定在測(cè)量船上；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜一端與操作平臺(tái)的卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，鋼纜的另一端與采樣器固定連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)受操作平臺(tái)操作器的控制，對(duì)懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜進(jìn)行收放；懸掛起吊機(jī)構(gòu)的鋼纜的另一端與采樣器固定相連；配重平臺(tái)與采樣器固定連接，且均勻分布在其周?chē)?br> 2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述采樣器由外殼、傳動(dòng)裝置和內(nèi)筒組成，其中，傳動(dòng)裝置懸掛在外殼上；內(nèi)筒與傳動(dòng)裝置固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述外殼包括套筒和兩根齒條；其中，套筒上端壁與鋼纜相連；兩根齒條對(duì)稱(chēng)固定在外套筒側(cè)壁，為采樣器的傳動(dòng)裝置和內(nèi)筒提供支撐和定位。
4.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、上下橫梁、連接上下橫梁的齒輪軸、驅(qū)動(dòng)直齒輪和左右兩個(gè)升降螺桿；升降螺桿由斜齒輪、直齒輪、傘形齒輪和齒輪軸組成；其中:電動(dòng)機(jī)安裝在上橫梁上，電動(dòng)機(jī)與齒輪軸固定連接；上橫梁和下橫梁之間通過(guò)齒輪軸和滾動(dòng)軸承連接，滾動(dòng)軸承固定在上橫梁內(nèi)，滾動(dòng)軸承固定在下橫梁的上半部分；升降螺桿通過(guò)上下兩個(gè)滾動(dòng)軸承與上下橫梁相連，滾動(dòng)軸承固定在上下橫梁內(nèi)；驅(qū)動(dòng)直齒輪與直齒輪緊密咬合，形成水平傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；斜齒輪與齒條緊密咬合，形成垂直傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。上下橫梁限位叉卡在升降齒條的兩側(cè)，保證橫梁只升降、不旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于，所述內(nèi)筒主要包括鉆筒，采樣筒和連接直軸；其中，內(nèi)筒與傳動(dòng)裝置通過(guò)直軸固定連接；鉆筒與直軸通過(guò)滾動(dòng)軸承相連，保證鉆筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，直軸不旋轉(zhuǎn)；鉆筒的上部固定有傘形齒輪，與升降螺桿的傘形齒輪齒輪咬合，用于驅(qū)動(dòng)鉆筒轉(zhuǎn)動(dòng)；鉆筒頭部固定有鉆進(jìn)齒，在齒輪驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，同時(shí)向下緩慢鉆進(jìn)；采樣筒為沿中心剖開(kāi)，卡瓦夾合的圓筒，通過(guò)直軸固定在下橫梁上，旋轉(zhuǎn)時(shí)保持采樣筒不旋轉(zhuǎn)，沙樣滑入采樣筒。
6.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述鉆筒與采樣筒之間設(shè)有膠圈，用于防沙，同時(shí)保證鉆筒與采樣筒的軸線相對(duì)位置不變；鉆筒與齒條頭部的間隙處設(shè)有防沙圈，保證采樣器的密封性，避免沙粒進(jìn)入傳動(dòng)設(shè)備帶來(lái)的干擾；在直軸內(nèi)開(kāi)設(shè)排水孔，且通過(guò)膠管與套筒外壁相連，用于排除采樣過(guò)程中采樣筒內(nèi)的水。
7.如權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述鉆進(jìn)齒采用金剛石鉆頭，呈傘形，固定在鉆筒頭部，其內(nèi)平面與采樣筒處于同一平面且不接觸。
【文檔編號(hào)】G01N1/08GK104236952SQ201410446659
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王興奎, 曹列凱, 楊文俊, 李丹勛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)