冰取样钻头及采用该钻头实现的冰取样方法与流程

本发明涉及冰取样钻头。特别涉及一种圆柱型原状三轴冰试样的取样钻头。属于冰取样钻头领域。

背景技术：

目前，国内外开展的冰力学研究，多以棱柱体试件的无侧限抗压试验为主，主要存在两个问题，一是试样成型率极低，棱柱体试件需要先通过切割锯在现场采集大块的冰样，然后在利用小型切割工具在试验室内对冰样进行精细加工，大量冰块都被丢弃，造成了人力、物力的浪费；二是无侧限抗压试验并不能真实反映试样在原型物体中的受力状态，试验结果的实用性不足，但开展冰三轴试验研究时，受现有工具的限制，试样的完好性得不到保障，使用通用钻头的便携式钻机在钻取圆柱原状冰样时，冰样外壁和钻头内壁牢牢的贴在一起，无法及时取出完整的冰样，如果借助外力或外部工具，冰样的外形和就会被破坏甚至造成冰样内部的力学损伤影响实验结果。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有的取冰样方式复杂、对冰样的外形造成了破坏，不能保证冰样的完整性的问题。现提供冰取样钻头及采用该钻头实现的冰取样方法。

根据本发明的一个方面，提供了冰取样钻头，它包括外开槽齿、内开槽齿、底齿、圆筒壁和标准内螺纹接口，

圆筒壁为顶端开口的圆筒形结构，

标准内螺纹接口的一端用于连接圆筒壁的底端面，标准内螺纹接口的另一端与钻机螺纹连接，

在圆筒壁顶端的开口端面上均匀设置有多个外开槽齿、多个内开槽齿和多个底齿，

外开槽齿为沿着圆筒壁向外伸出的齿刃，该外开槽齿，用于打磨圆筒壁外侧的冰，

内开槽齿为沿着圆筒壁向内伸出的齿刃，该内开槽齿，用于打磨圆筒壁内侧的冰。

底齿设置在圆筒壁的顶端的端面上。

优选地，内开槽齿的齿刃伸入圆筒壁内侧0.5mm，外开槽齿的齿刃伸出圆筒壁外侧3mm。

优选地，外开槽齿、内开槽齿和底齿的高度均相同。

根据本发明的另一个方面，提供了根据冰取样钻头实现的冰取样方法，它包括以下步骤：

步骤一、将钻机安装在标准内螺纹接口处，使圆筒壁处于与冰面垂直的方向，启动电机，在电机的驱动下，圆筒壁开始旋转，从而带动位于圆筒壁顶端端面上的底齿、外开槽齿和内开槽齿开始旋转，对冰面进行钻孔；

步骤二、当对冰面钻取一定深度后，停止电机并提起钻头，此时，冰样外壁留有空隙；

步骤三、采用取样探针沿着冰样外壁的空隙深入到冰样的底部，用钢锤锤击探针顶部，依此方法多次取点锤击，直至冰洋从根部断裂，完成对冰的取样。

优选地，取样探针的直径为5mm，取样探针为不锈钢材料。

本发明的有益效果为：

本发明按照标准内螺纹接口设计，可应用于各类型便携式钻机，方便提取钻头、提高取样效率和试样的成型率。

本发明通过便携式钻机提供钻进动力，带动圆筒形钻头高速旋转，利用高速旋转的钻头破开冰面，依靠外部施加进给力，钻头向冰层内部掘进，到达取样位置时，提取钻机，利用取样探针完成取样作业。

该装置有底齿和开槽齿，开槽齿分为外开槽齿和内开槽齿，外开槽齿和内开槽齿在高速旋转的圆筒壁的带动下形成的开槽线宽度大于圆筒壁的壁厚，保证圆筒壁脱离两侧冰体，减少了圆筒壁与冰体之间的摩擦力，既保证了圆筒形锯不会因摩擦力过大而造成夹锯，也保证了冰试样不会因为筒壁发热导致表面融化而影响冰样成型精度，本发明显著改善了传统冰三轴试样无专门取样工具、取样难、成型精度低的难题。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的冰取样钻头的整体结构图；

图2为图1的左视图，

图3为取样探针的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的冰取样钻头，它包括外开槽齿1、内开槽齿2、底齿3、圆筒壁4和标准内螺纹接口5，

圆筒壁4为顶端开口的圆筒形结构，

标准内螺纹接口5的一端用于连接圆筒壁4的底端面，标准内螺纹接口5的另一端与钻机螺纹连接，

在圆筒壁4顶端的开口端面上均匀设置有多个外开槽齿1、多个内开槽齿2和多个底齿3，

外开槽齿1为沿着圆筒壁4向外伸出的齿刃，该外开槽齿1，用于打磨圆筒壁4外侧的冰，

内开槽齿2为沿着圆筒壁4向内伸出的齿刃，该内开槽齿2，用于打磨圆筒壁4内侧的冰。

底齿设置在圆筒壁4的顶端的端面上。

本实施方式中，圆筒壁4的内径可根据不同的试验需求设计出不同的直径，当钻取常用三轴试样时，圆筒壁4内径为62.8mm。

外开槽齿1和内开槽齿2用于钻取冰面，且保证形成的冰样的外壁与钻头内壁之间留有空隙，方便钻头从空隙中取出，从而保证冰样的完整性，

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的冰取样钻头作进一步说明，本实施方式中，内开槽齿2的齿刃伸入圆筒壁4内侧0.5mm，外开槽齿1的齿刃伸出圆筒壁4外侧3mm。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的冰取样钻头作进一步说明，本实施方式中，外开槽齿1、内开槽齿2和底齿3的高度均相同。

本实施方式中，外开槽齿1、内开槽齿2和底齿3的高度要求相同，这样将钻头放置在冰面上时，外开槽齿1、内开槽齿2和底齿3能够同时接触到冰面，增加钻动力。底齿3设置在圆筒壁4的顶端的端面上，且底齿3设置在圆筒壁4的宽度与圆筒壁4的宽度相同，不沿着圆筒壁4向外伸出，也不沿着圆筒壁4向内伸出。

具体实施方式四：根据具体实施方式一至具体实施方式三中任一项所述的冰取样钻头实现的冰取样方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、将钻机安装在标准内螺纹接口5处，使圆筒壁4处于与冰面垂直的方向，启动电机，在电机的驱动下，圆筒壁4开始旋转，从而带动位于圆筒壁4顶端端面上的底齿3、外开槽齿1和内开槽齿2开始旋转，对冰面进行钻孔；

步骤二、当对冰面钻取一定深度后，停止电机并提起钻头，此时，冰样外壁留有空隙；

步骤三、采用取样探针6沿着冰样外壁的空隙深入到冰样的底部，用钢锤锤击探针顶部，依此方法多次取点锤击，直至冰洋从根部断裂，完成对冰的取样。

实施例：

本发明所述的根据冰取样钻头实现的冰取样方法，它包括五个步骤，分别为：

步骤1、将钻头安装到便携式钻机上；

步骤2、将取样位置的冰面清理干净，将便携式钻机树立好，保持圆形筒锯处于与冰面的垂直方向；

步骤3、启动电机，开始钻孔取样工作，取样过程中保持钻机处于垂直方向，当钻孔至要求深度后，停机并提起钻机；

步骤4、将取样探针深入到冰样底部，用钢锤锤击探针头，锤击3-5下，依此方法多次取点锤击，直至冰洋从根部断裂；

步骤5、取出冰样，套上保鲜膜，放入恒低温箱内，取样过程结束。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的冰取样钻头作进一步说明，本实施方式中，取样探针6的直径为5mm，取样探针6为不锈钢材料。

本实施方式中，取样探针为直径5mm的不锈钢材料，顶部带帽头便于锤击。