一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置的制作方法

本发明涉及水利测量领域，具体是一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置。

背景技术：

随着三峡水库的运行，其河床上存在大量的淤积物，对淤积物基本特性研究尤为重要。如淤积物干容重与水库淤积量的计算直接相关；依附于泥沙的氮、磷等污染物质的变化与长江中下游水生态关系密切；库区泥沙是否存在絮凝沉降是改变库区淤积物级配的重要因素；浮泥的流变特性将直接影响通航。对水库河床淤积物的高保真取样是研究其干容重等基本特性的前提。

目前，对于深水取样主要采用重力式取样器，其基本原理是取样器靠自身重力作用贯入河床，得到近似贯入深度的水底淤积物样品。重力式取样器由于高速贯入河床，取样筒和河床淤积物之间将产生很大的剪切力使淤积物样品变形，达不到保真的效果，而且其采样深度难以控制。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置,该采样装置能高精度、安全可靠的对河床淤积物进行取样，并使取得的淤积物样品能保持原状，同时具有拆卸简单的优点。

一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置，包括可升降操作平台、动力系统、传动杆和取样筒系统，可升降操作平台固定在测量船的侧面，动力系统安装在可升降操作平台上，传动杆上端通过方补心安装在动力系统的孔内且与动力系统驱动连接，下端与采样筒系统连接，动力系统通过传动杆给取样筒系统传输剪切力，并以传动杆和取样筒系统自重作为钻压钻进至采样位置，最后吊装整体取样筒系统到测量船上完成采样工作。

进一步的，可升降操作平台包括操作平台、带滑轨侧板、操作平台推杆、链轮、链条、液压推杆以及带导轨门架；其中，所述的带导轨门架固定在测量船侧面，链轮安装在带导轨门架上方，链条一端连接液压推杆，另一端绕过链轮后连接带滑轨侧板带滑轨侧板可沿带导轨门架的导轨上下滑动，操作平台一端铰连接于带滑轨侧板，下部用操作平台推杆支撑，操作平台推杆另一端铰连接于带滑轨侧板。

进一步的，动力系统包括带上下平台的框架、轴承、转盘、离合器和电机；其中，轴承嵌在上平台凹槽内，转盘固定在下平台上，电机输出轴连接皮带轮系统，皮带轮系统另一端通过离合器连接转盘的主动轴，主动轴通过斜齿轮传输动力至从动轴。

进一步的，传动杆由多根方钻杆连接而成，其上端用方补心安装在动力系统内，下端连接取样筒系统，用以传递剪切力。

进一步的，取样筒系统包括异径接头、内筒、外筒和钻头；其中，异径接头上端连接动杆系统，下端外部连接外套筒，中间用心轴连接内筒，外筒下部连接钻头，钻头内部有环形空腔作为液压油腔。

进一步的，异径接头上部设有方钻杆接头，通过扣型连接传动杆，下端通过螺纹连接外套筒，心轴通过一对滚子轴承、一对推力轴承和套定位安装在外套筒内，外套筒的两端分别安装有上端盖和下端盖；取样筒接头螺纹连接于外套筒，内筒通过内筒套和螺母固定连接在心轴上，内筒之间通过内筒接头连接，内筒为半合管形式；外筒螺纹连接在取样筒接头上，外筒之间通过外筒接头连接，钻头螺纹连接在外筒上。

进一步的，外筒内有道通孔作为液压油路，最上端一节外筒有液压油管接头通过油管接测量船上的液压泵，钻头内有环形油腔和镶在腔内的橡胶环，环形腔上有一环形开口，待钻进结束后开启液压泵向内注入液压油，橡胶环由于液压油的注入而向外渗出，从而夹住淤积物样品，最后提升取样筒系统完成采样。

进一步的，内筒由PVC管沿轴线劈开的两个半圆组成。

本发明的特点及效果：

(1)本发明采样装置的工作原理为借助取样筒系统的自重和转盘提供的低速旋转剪切力共同作用取样，即取样器在转动剪切样品的同时取样系统的重力克服取样器与样品的摩擦力向下运动，克服传统的“靠重力贯入式”和“冲击式”取样技术不足，研究“平稳式”进占工艺及其取样技术。因为依靠重力来取代钻压，无需额外设备来提供钻压，减少了钻机动力头的设计与安装，简化了取样过程。

(2)传动杆采用数根方钻杆连接而成，采样深度范围广，可根据不同水深选择合适规格和数量的方钻杆连接组成。

(3)取样筒系统向下钻进时，内筒随外筒一起向下运动但是不旋转，淤积物样品直接进入内筒，保证淤积物样品在钻进过程中不受外力的影响。

(4)内筒由PVC管沿轴线劈开的两个半圆组成，方便取样完成后取出样品，保证了样品不受人工扰动的影响从而得到原样样品。

附图说明

图1为本发明一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置剖面工作示意图；

图2为图1中可升降操作平台结构示意图；

图3为图1中动力系统的俯视图；

图4为图1中动力系统的剖面示意图；

图5为图1中取样筒系统的剖面示意图。

图中：1—可升降操作平台，1-1—带导轨门架，1-21—链轮，1-22—链条，1-23—液压推杆，1-3—带滑轨侧板，1-41—操作平台，1-42—操作平台推杆；2—动力系统，2-1—上平台，2-11—上平台凹槽，2-12—轴承，2-13—上平台方补心，2-2—下平台，2-21—电机，2-22—转盘，2-221—主动轴，2-222—离合器，2-223—箱体，2-224—从动轴，2-225—下平台方补心，2-23—皮带轮系统，2-3—爬梯，2-4—方钻杆；3—传动杆；4—取样筒系统，4-1—异径接头，4-11—方钻杆接头，4-12—上端盖，4-13—外套筒，4-14—心轴，4-15—下端盖，4-16—取样筒接头，4-17—滚子轴承，4-18—套，4-19—推力轴承，4-21—内筒套，4-22—螺母，4-23—内筒，4-24—内筒接头，4-3—外筒，4-31—外筒接头，4-4钻头；5—测量船；6—淤积物。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明提供的一种自重作用下旋转进占式河床淤积物采样装置，包括可升降操作平台1、动力系统2、传动杆3和取样筒系统4；可升降操作平台1安装在测量船5上，传动杆3上端通过方补心安装在动力系统2的孔内，下端与采样筒系统3连接，依靠取样筒系统4自重和电机带动转盘所提供的剪切力共同作用下钻进取样。

如图2所示，可升降操作平台1固定在测量船5的侧面并用外设支杆连接框架使其稳定，可升降操作平台1包括带导轨门架1-1、带滑轨侧板1-3，带导轨门架1-1上部安装链轮1-21，链条1-22的一端连接固定在测量船5上的液压推杆1-23，另一端绕过链轮1-21后连接带滑轨侧板1-3，操作平台1-41一端铰连接在带滑轨侧板1-3上，下部用操作平台推杆1-42支撑，操作平台推杆1-42另一端则铰连接在带滑轨侧板1-3上。可升降操作平台1可通过测量船5上液压油泵控制液压推杆1-23的运动，并通过链条1-22带动带滑轨侧板1-3的上升与下降，从而实现操作平台1-41的升降。此外，可控制操作平台推杆1-42的运动保证操作平台1-41保持水平位置。

如图3和图5所示，动力系统2为框架式结构，整体吊装到操作平台1-41上，并用地脚螺钉固定。动力系统2包括上平台2-1、下平台2-2，上平台2-1上设有上平台凹槽2-11，其内装有轴承2-12。下平台2-2上固定有电机2-21，电机2-21输出轴连接皮带轮系统2-23，皮带轮系统2-3另一端通过离合器2-222连接转盘2-22的主动轴2-221，主动轴2-221通过斜齿轮传输动力至从动轴2-224，最后安装箱体2-223。

吊装方钻杆2-4至上平台2-1和下平台2-2的孔内直至钻杆系统底部触及河床，调整测量船5的位置重新锚定，使方钻杆2-4处于竖直位置，装入上平台方补心2-13和下平台方补心2-225，启动电机2-21，闭合离合器2-222开始钻进取样。爬梯2-3可供操作人员爬至上平台进行操作。方钻杆2-4可根据取样水深不同选择不同的规格型号。动力系统2采用上平台2-1和下平台2-2可以使钻进过程钻杆不偏离竖直方向，保证取样质量，使用离合器2-222可随时控制钻进的启闭。

如图5所示，取样筒系统4包括异径接头4-1、多个内筒4-23、多个外筒4-3和钻头4-4。异径接头4-1上部的方钻杆接头4-11通过扣型连接传动杆2，下端通过螺纹连接外套筒4-13，心轴4-14通过一对滚子轴承4-17、一对推力轴承4-19和套4-18定位安装在外套筒4-13内，外套筒4-13的两端分别安装有上端盖4-12和下端盖4-15，取样筒接头4-16螺纹连接于外套筒4-13，整个异径接头4-1起到单动双管的作用，也能防止泥沙进入破坏轴承。内筒4-23通过内筒套4-21和螺母4-22固定连接在心轴4-14上，内筒4-23内筒4-23可由PVC管沿轴线劈开的两个半圆组成。内筒4-23之间通过内筒接头4-34连接，内筒为半合管形式，即将圆管沿轴线切开成两半。外筒4-3螺纹连接在取样筒接头4-16上，外筒4-3之间通过外筒接头4-31连接，钻头4-4螺纹连接在外筒4-3上，外筒4-3内有4道通孔作为液压油路，最上端一节外筒有液压油管接头通过油管接测量船5上液压泵，钻头4-4内有环形油腔和镶在腔内的橡胶环，环形腔上有一环形开口，待钻进结束后开启液压泵向内注入液压油，橡胶环由于液压油的注入而向外渗出，从而夹住淤积物样品，最后提升取样系统完成采样。该取样筒系统4采用单动双管结构，外筒4-3和钻头4-4钻进淤积河床，内筒4-23不转动用于保护淤积物样品，保证样品不受扰动

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。