CN107063741A - 一种原状土壤取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种原状土壤取样装置,包括外管,位于外管内部的取芯内管,以及位于取芯内管底部的活动环刀盘;所述活动环刀盘在外管内往复旋转从而控制活动环刀盘的开闭;当活动环刀盘打开时,取芯内管的底部处于敞口状态;当活动环刀盘关闭时,取芯内管的底部处于封闭状态。本装置可实现取芯内管下端完全封闭,从而最大限度保证取样完整度和原状性。
Description
技术领域
本发明涉及一种原状土壤取样装置,特别是一种双层结构,具有取芯内管的取样装置。
背景技术
在公知技术中,常见土壤及岩芯取样装置,按推进方式,可分为钻进式和直推式。钻进式顾名思义,以旋转的钻进方式,将土壤取样管钻入土层。直推式用静压力,将土壤取样管压入土层。此外,还有钻进和直推结合的方式,外层钻进,内层直推,但不是主流方式。上述所有类型的取样装置,岩心管构造特征均为两端开口的,下端带有刀口的空心圆管,材质多以高强度钢材为主。当到达所需采集的样品深度时,采样装置整体按原推进路径退出土层,通过岩心管与样品的内摩擦力将样品带回地面。这种技术方案,广泛应用于钻探、勘察、研究活动过程中的土壤取样作业。
各种土壤取样装置,对不同土壤介质的取样完整程度(取芯率%,即取芯长度与推进深度之比),取决于土壤介质类型本身具有的摩擦力。当土壤样品结构松散,或含水率较高,如软土、液化砂层,介质与内管摩擦力严重不足,样品无法取出或取出的样品损失较大,样品取芯率较低,此外样品原状结构被破坏。
仅见一种双层结构的煤田勘探取煤器,可以在采集摩擦力较大的煤层时,达到较高取芯率,其内管下端带有弹性抓簧,可以收缩岩心管底部,但收缩程度有限,且仅能阻挡岩心管底部外侧小部分,无法封闭。因此,在底部不完全封闭状态下,也无法保证完整取得低摩擦力土壤介质。
中国专利CN105823650A公开了一种环刀组合挡板封闭式取土器,取土口,内侧壁上设有多个呈三角形或扇形的挡板,取土过程中挡板上扬,打开取土口,土壤进入取土器,取土完毕后旋转取土器,挡板切断取土取样头内的土壤,然后上提取土器,在挡板上方土体重力和挡板弹性回复力的作用下,挡板回落,关闭取土口,确保土样不脱落;中国专利CN102749220A公开了一种湿地土壤取样器,内管的管腔通过隔板分为优弧部和劣弧部两部分,优弧部为空腔或实体,劣弧部为下部开口的空腔,使用时,取样器的外管先转至内管的优弧部一侧,不要遮蔽住劣弧部的管腔,将取样器旋转按压至土壤层内足够的深度,内管劣弧部采集到土样,转动外管,使外管底部的封板将内管劣弧腔底部完全封闭,切断管腔内土样与外部土壤的粘连,将土样取出。但采用类似的方法也不能起到完全封闭取芯管底部的作用,且还会增加钻土过程的阻力。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种原状土壤取样装置,通过可封闭底部的取芯内管,使取得的土壤岩芯样品最大限度保持完整和无扰动状态。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种原状土壤取样装置,包括外管,位于外管内部的取芯内管,以及位于取芯内管底部的活动环刀盘;所述活动环刀盘在外管内往复旋转从而控制活动环刀盘的开闭;当活动环刀盘打开时,取芯内管的底部处于敞口状态;当活动环刀盘关闭时,取芯内管的底部处于封闭状态。
其中,所述活动环刀盘内侧设有两片以上的刀片,刀片上设有旋转轴和曲臂刀片端连接轴,刀片通过曲臂刀片端连接轴连接有联动曲臂;所述刀片可围绕旋转轴旋转;所述联动曲臂可围绕曲臂刀片端连接轴旋转;通过联动曲臂的牵引力实现刀片彼此之间的分开与闭合,从而控制活动环刀盘的打开与关闭。
其中,所述旋转轴固定于环刀盘内环架上,所述环刀盘内环架与取芯内管固定封闭连接。
其中,所述联动曲臂外端通过曲臂外环连接轴固定在环刀盘外环架上,并可以围绕曲臂外环连接轴旋转。
其中,所述外管为钻进式或直推式,底端成坡面形成切口。
其中,所述外管内部设有台阶,台阶与活动环刀盘抵接,用于固定活动环刀盘,保证其与外管之间无相对运动;外管内部靠近台阶处设有螺纹,与环刀盘外环架外侧的螺纹匹配。
其中,所述环刀盘外环架外侧设有螺纹,与外管内侧螺纹匹配;当活动环刀盘***至螺纹处时,环刀盘外环架旋转,旋进方向使刀片彼此分开,使活动环刀盘打开,此时活动环刀盘与外管内部台阶接触,固定活动环刀盘;当活动环刀盘退出时,环刀盘外环架旋出方向使刀片彼此闭合,使活动环刀盘关闭。
其中,刀片为厚背两面弧度开刃的双刃刀片,从而保证刀片与土样的所有接触面都产生切割作用。
其中,取芯内管头部与外管之间以卡口、卡笋、螺口方式中的一种进行锁止,保证取芯内管与外管之间无相对运动。
有益效果:
本发明可以使采集土壤或岩芯的取芯内管底部完全封闭,最大限度保证所取样品的完整性和原状性。可适用于直推式、钻进式、或二者相结合的各种地层进入方式。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明的总体结构示意图;
图2是本发明的取芯内管及活动环刀盘结构示意图;
图3是活动环刀盘内部结构示意图;
图4是刀片与联动曲臂连接结构示意图的正视图
图5是刀片与联动曲臂连接结构示意图的俯视图;
图6是活动环刀盘底部开启过程示意图。
具体实施方式
如图1至6所示,本实施例中,该底部可封闭的原状土壤取样装置包括:
外管1、取芯内管2、活动环刀盘3、刀片4、旋转轴5、曲臂刀片端连接轴6、环刀盘内环架7、联动曲臂8、环刀盘外环架9、曲臂外环连接轴10、台阶11。
其中,取芯内管2位于外管1内部,底部设有活动环刀盘3;活动环刀盘3内侧设有六片双刃刀片4;双刃刀片4上设有旋转轴5和曲臂刀片端连接轴6,双刃刀片4通过曲臂刀片端连接轴6连接有联动曲臂8;旋转轴5固定于环刀盘内环架7上;联动曲臂8外端通过曲臂外环连接轴10固定在环刀盘外环架9上;外管1内部设有台阶11,台阶11与活动环刀盘3抵接;外管1内部靠近台阶11处设有螺纹,与环刀盘外环架9外侧的螺纹匹配。
取芯内管2***外管1中,接近台阶11处,活动环刀盘3的环刀盘外环架9外侧的螺纹与外管1内侧螺纹咬合,直入式推进过程变为旋转推进,环刀盘外环架9开始转动,带动联动曲8运动,联动曲臂8带动刀片4围绕旋转轴5转动,刀片4组成的圆形,以类似相机光圈的原理逐渐打开,直至打开至最大,形成一个完整的空心圆,与取芯内管2同直径并重合。此时,活动环刀盘3恰好运动至外管1台阶11处,并与台阶11紧密结合形成封闭,取芯内管2头部可以卡口、卡笋、螺口等方式进行锁止,保证其与外管1之间无相对运动。
当取样装置推进至需要采集样品的深度时,外管1保持静止,取芯内管2沿之前进入方向的反向螺旋退出,至活动环刀盘3完全退出与外管1内壁咬合的螺纹,活动环刀盘3恰好完全关闭,切断土样,形成底部封闭的取芯内管2。此时,可将取芯内管2连同活动环刀盘3由外管1中直接抽出,更换其他空的取芯内管2继续实施推进或钻进作业,而不必将外管1或钻头全部取出。
本发明提供了一种底部可封闭的原状土壤取样装置的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种原状土壤取样装置,其特征在于,包括外管(1),位于外管(1)内部的取芯内管(2),以及位于取芯内管(2)底部的活动环刀盘(3);所述活动环刀盘(3)在外管(1)内往复旋转从而控制活动环刀盘(3)的开闭;
当活动环刀盘(3)打开时,取芯内管(2)的底部处于敞口状态;
当活动环刀盘(3)关闭时,取芯内管(2)的底部处于封闭状态。
2.根据权利要求1所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述活动环刀盘(3)内侧设有两片以上的刀片(4),刀片(4)上设有旋转轴(5)和曲臂刀片端连接轴(6),刀片(4)通过曲臂刀片端连接轴(6)连接有联动曲臂(8);所述刀片(4)可围绕旋转轴(5)旋转;所述联动曲臂(8)可围绕曲臂刀片端连接轴(6)旋转。
3.根据权利要求2所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述旋转轴(5)固定于环刀盘内环架(7)上,所述环刀盘内环架(7)与取芯内管(2)固定封闭连接。
4.根据权利要求3所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述联动曲臂(8)外端通过曲臂外环连接轴(10)固定在环刀盘外环架(9)上,并可以围绕曲臂外环连接轴(10)旋转。
5.根据权利要求4所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述外管(1)为钻进式或直推式,底端成坡面形成切口。
6.根据权利要求5所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述外管(1)内部设有台阶(11),台阶(11)与活动环刀盘(3)抵接;外管(1)内部靠近台阶(11)处设有螺纹,与环刀盘外环架(9)外侧的螺纹匹配。
7.根据权利要求6所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,所述环刀盘外环架(9)外侧设有螺纹,与外管(1)内侧螺纹匹配;
当活动环刀盘(3)***至螺纹处时,环刀盘外环架(9)旋转,旋进方向使刀片(4)彼此分开,使活动环刀盘(3)打开,此时活动环刀盘(3)与外管(1)内部台阶(11)接触;当活动环刀盘(3)退出时,环刀盘外环架(9)旋出方向使刀片(4)彼此闭合,使活动环刀盘(3)关闭。
8.根据权利要求7所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,刀片(4)为厚背两面弧度开刃的双刃刀片。
9.根据权利要求8所述的一种原状土壤取样装置,其特征在于,取芯内管(2)头部与外管(1)之间以卡口、卡笋、螺口方式中的一种进行锁止。
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