一种摆角分体箱式取样器及其取样方法与流程

本发明涉及一种深海取样装置，尤其是涉及一种摆角分体箱式取样器及其取样方法。

技术背景

箱式取样器广泛应用于海洋地质调查、海底矿产资源勘探、海底工程地质勘查以及海洋环境地质取样工作。目前所使用的箱式取样器，在海底工作时，受海底表面地形不平整的影响，导致箱式取样器经常发生侧翻现象，从而无法采集海底底质样品；同时，这些箱式取样器的结构为整体式结构，当需要将所采集的海底底质样品转移到实验室内，并对样品进行测试分析时，由于箱式取样器自身重量较重（负重箱上固定有多块铅块），使得整个箱式取样器的搬运极其不方便。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可自动调整箱式取样器插入海底角度，不会发生侧翻的摆角分体箱式取样器及其取样方法；摆角分体箱式取样器采用分体式结构，便于采集的样品的搬运和转移。

本发明采用的技术方案是：一种摆角分体箱式取样器，包括平衡支撑架、滑杆、十字变角架、分体箱式取样器；所述的滑杆套装在十字变角架内，十字变角架安装在平衡支撑架顶部的支架固定框内，滑杆的下端与分体箱式取样器连接；

所述的分体箱式取样器包括提杆组件、锁扣组件、负重箱、采样箱、连杆及两个抓斗；所述的采样箱顶部通过锁箱组件与负重箱的底部连接,负重箱通过锁扣组件与提杆组件连接；所述的采样箱底部开口，且采样箱侧板是底部呈弧形；所述的两个抓斗界面为弧形，抓斗的两端分别设有铰接臂，铰接臂中部与采样箱侧板铰接；所述的提杆组件的上端与滑杆的下端连接，提杆组件设有两个导向提杆，两个导向提杆穿过负重箱，导向提杆的下端分别与两连杆的上端铰接；两连杆的下端分别与两个抓斗的同一端的铰接臂的端部铰接，两个抓斗能够封住采样箱的底部开口。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的平衡支撑架包括一边开口的底管、四根支架管及支架固定框，四根支架管对称布置，支架管的两端分别与底管和支架固定框连接，支架管的腰部设有支架止荡环；支架固定框的侧壁上设有通孔；所述的十字变角架对应于支架固定框上的通孔设有转轴，并通过转轴与支架固定框连接。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的滑杆的底部设有缺口，缺口下端处固定有滑杆连接板，上端处滑杆的一组侧面上分别设有一个限位块；所述的滑杆的另一组侧面上设有两个水平设置的滑杆锁销孔，滑杆锁销孔内设有滑杆锁销，滑杆锁销与限位块使得滑杆相对于十字变角架定位。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的十字变角架包括变角架外框和变角架内框，所述的变角架内框通过销轴安装在变角架外框内，变角架内框能够绕销轴摆动。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的负重箱包括底板、支撑板、箱体横梁及两块侧板；所述的底板、支撑板及两块侧板围成上端和一侧面开口的箱体结构，底板上中部设有通孔；所述的箱体横梁的两端分别设有一个导向管，导向管与侧板连接；箱体横梁上设有箱体吊耳；

箱体结构内设有两立板，立板分别靠近两侧板设置，且平行于侧板，立板与靠近的侧板的顶部之间通过连接板连接；箱体结构的两侧分别设有两根铅块固定杆，铅块（5039）套装在铅块固定杆上，并通过螺栓紧固，其外侧设有铅块护板；

开口侧面上开口的底部水平设有两根锁箱条及两块箱盖铰耳，两根锁箱条上分别开设有锁箱组件插销固定孔以及锁箱组件固定孔；两块箱盖铰耳分别固定在两块箱立板侧面，两块箱盖铰耳底部与两锁箱条中位于上方的锁箱条接触，所述的两块箱盖铰耳设有u型开口，u型开口朝上；底板上还设有箱框板，箱框板的两端分别固定在两块箱立板的内侧，且箱框板的底部与箱盖铰耳底部平行设置。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的提杆组件包括滑动提钩、提梁及两个导向提杆，两根导向提杆的上端分别与提梁的两端连接；滑动提钩固定在提梁中部，滑动提钩的提钩朝上，滑动提钩与滑杆的下端连接。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的锁扣组件包括锁扣吊杆、锁扣卡销、锁扣锤杆、加重环、锁扣转轴、挂环杆；所述的锁扣卡销和锁扣转轴分别固定在锁扣吊杆两端，锁扣卡销和锁扣转轴轴线平行；加重环通过锁扣锤杆与锁扣吊杆的侧面连接，锁扣吊杆的该侧面上固定安装有挂环杆，挂环杆靠近锁扣转轴设置；所述的锁扣吊杆与提杆组件的滑动提钩铰接；锁扣卡销与箱体吊耳铰接。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的箱盖包括箱盖板及箱盖挂环，箱盖板底部设有密封橡胶板，箱盖板上表面中部设有箱盖挂耳，箱盖挂环挂在箱盖挂耳上；箱盖板的一端设有连接轴，连接轴套装在分体箱式取样器的箱盖铰耳上，实现箱盖与负重箱铰接。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的锁箱组件包括卡紧块和手柄，手柄固定在卡紧块侧面上，卡紧块上设有旋转轴，旋转轴套装在锁箱条的锁箱组件固定孔内。

上述的摆角分体箱式取样器中，所述的分体箱式取样器的采样箱的两侧板的底部为半圆形，半圆形的圆心处设有抓斗转轴，采样箱上部侧板上开设有卡槽，锁箱组件的卡紧块能够穿过锁箱组件插销固定孔进入卡槽内，将采样箱与负重箱连接。

一种利用上述的摆角分体箱式取样器的取样方法，具体操作步骤如下：

（1）将分体箱式取样器的两个抓斗处于打开状态；

（2）利用科考船上的绞车系统通过钢丝绳将所述摆角分体箱式取样器吊放至海底；

（3）当所述摆角分体箱式取样器到底海底时，平衡支撑架将首先接触海底，并在分体箱式取样器自重的作用下沿滑杆向上移动；

（4）分体箱式取样器的采样箱将在负重箱重力的作用下插入海底底质，并在海底底质的阻力作用下，分体箱式取样器的采样箱插入海底底质的速度将逐渐减小直至停止；

（5）利用科考船上的绞车系统将所述的摆角分体箱式取样器向上回收，提杆组件将通过连杆带动两个抓斗相对运动，促使两个抓斗闭合，而实现采样箱的取样。

（6）当所述的摆角分体箱式取样器被回收至科考船甲板上后，固定滑杆，防止滑杆上下移动和摆动。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

本发明设有十字变角架，当海底表面地形不平整时，十字变角架将自动调整分体箱式取样器插入海底的角度，确保分体箱式取样器插入海底的角度与重力加速度方向同向，从而有效解决因海底表面地形不平整而导致分体箱式取样器发生侧翻的情况；同时，取样器采用分体式结构，更利于将所采集的样品转移至实验室内。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的平衡支撑架的结构示意图。

图3是本发明的滑杆的结构示意图。

图4是本发明的十字变角架的结构示意图。

图5是本发明的分体箱式取样器的结构示意图。

图6是本发明的负重箱的结构示意图。

图7是本发明的提杆组件的结构示意图。

图8是本发明的锁扣组件的结构示意图。

图9是本发明的采样箱的截面示意图。

图10是本发明的箱盖的结构示意图。

图11是本发明的锁箱组件的结构示意图。

图12是本发明的铅块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、5所示，本发明包括包括平衡支撑架1、滑杆锁销2、滑杆3、十字变角架4、分体箱式取样器5。所述的滑杆3套装在十字变角架4内，十字变角架4安装在平衡支撑架1顶部的支架固定框104内，滑杆3的下端与分体箱式取样器5连接；

如图2所示，所述的平衡支撑架1包括一边开口的底管101、四根支架管102及支架固定框104，四根支架管102对称布置，支架管102的两端分别与底管101和支架固定框104连接，支架管102的腰部设有支架止荡环103。支架固定框104的侧壁上设有通孔105；所述的十字变角架4对应于支架固定框104上的通孔105设有转轴106，并通过转轴106与支架固定框104连接。

如图3所示，所述的滑杆3的底部设有缺口，缺口下端处固定有滑杆连接板301，上端处滑杆3的一组侧面上分别设有一个限位块302。所述的滑杆3的另一组侧面上设有两个水平设置的两个滑杆锁销孔303，滑杆锁销孔303内设有滑杆锁销2，滑杆锁销2与限位块302使得滑杆3相对于十字变角架4轴向定位，当滑杆锁销2抽出时，滑杆3能够在十字变角架4内滑动。

如图4所示，所述的十字变角架4包括变角架外框401和变角架内框402，所述的变角架内框402通过销轴403安装在变角架外框401内，变角架内框402能够绕销轴403摆动，从而实现滑杆3的摆动。

如图5所示，所述的分体箱式取样器5包括提杆组件501、锁扣组件502、负重箱503、提杆销504、采样箱505、连杆506、两个抓斗507、抓斗转轴509、箱盖510及锁箱组件511。

如图7所示，所述的提杆组件501包括滑动提钩5012、提梁5013及两个导向提杆5011，两根导向提杆5011的上端分别与提梁5013的两端连接；滑动提钩5012固定在提梁5013中部，滑动提钩5012的提钩朝上，与滑杆3下端连接。

如图6所示，负重箱503包括底板5031、支撑板5033、箱体横梁5035及两块侧板5037；所述的底板5031、支撑板5033及两块侧板5037围成上端和一侧面开口的箱体结构，底板5031上中部设有通孔；所述的箱体横梁5035的两端分别设有一个导向管5034，导向管5034与侧板5037连接；箱体横梁5035上设有箱体吊耳5036，箱体吊耳5036通过锁扣组件502与滑动提钩5012连接。如图8所示，所述的锁扣组件502包括锁扣吊杆5021、锁扣卡销5022、锁扣锤杆5023、加重环5024、锁扣转轴5025、挂环杆5026；所述的锁扣卡销5022和锁扣转轴5025分别固定在锁扣吊杆5021两端，锁扣卡销5022和锁扣转轴5025轴线平行。加重环5024通过锁扣锤杆5023与锁扣吊杆5021的侧面连接，锁扣吊杆5021的该侧面上固定安装有挂环杆5026，挂环杆5026靠近锁扣转轴5025设置；所述的锁扣吊杆5021与提杆组件501的滑动提钩5012铰接；锁扣卡销5022与箱体吊耳5036铰接。

箱体结构内设有两立板5032，立板5032分别靠近两侧板5037设置，且平行于侧板5037，立板5032与靠近的侧板5037的顶部之间通过连接板5038连接。箱体结构的两侧分别设有两根铅块固定杆50310，铅块5039套装在铅块固定杆50310上，并通过螺栓50311紧固，其外侧设有铅块护板50312。

开口侧面上开口的底部水平设有两根锁箱条50315及两块箱盖铰耳50314，两根锁箱条50315上分别开设有锁箱组件插销固定孔503151以及锁箱组件固定孔503152；两块箱盖铰耳50314分别固定在两块箱立板5032侧面，两块箱盖铰耳50314底部与两锁箱条中位于上方的锁箱条50315接触，所述的两块箱盖铰耳50314设有u型开口，u型开口朝上。底板上还设有箱框板50313，箱框板50313的两端分别固定在两块箱立板5032的内侧，且箱框板50313的底部与箱盖铰耳50314底部平行设置，箱盖铰耳50314与箱盖（510）铰接。

如图10所示，所在述的箱盖510包括箱盖板5102及箱盖挂环5103，箱盖板5102底部设有密封橡胶板5105，箱盖板5102上表面中部设有箱盖挂耳5104，箱盖挂环5103挂在箱盖挂耳5104上；箱盖板5102的一端设有连接轴5101，连接轴5101套装在分体箱式取样器5的箱盖铰耳50314上，实现箱盖510与负重箱503铰接。

如图11所示，所述的锁箱组件511包括卡紧块5112和手柄5111，手柄5111固定在卡紧块5112侧面上，卡紧块5112上设有旋转轴5113，旋转轴5113套装在锁箱条50315的锁箱组件固定孔503152内。如图9所示，所述的采样箱505的两侧板底部呈半圆形，侧板的外表面上设有抓斗转轴509，抓斗转轴509位于侧板底部半圆形的圆心处，采样箱505上部侧板上开设有卡槽5051，锁箱组件5113的卡紧块5112能够进入卡槽5051内，将采样箱505将锁紧。

如图9所示，所述的采样箱505的两侧板的底部为半圆形，半圆形的圆心处设有抓斗转轴509，采样箱505上部侧板上开设有卡槽5051，锁箱组件511的卡紧块5112能够穿过锁箱组件插销固定孔进入卡槽5051内，将采样箱505与负重箱503连接。所述的采样箱505底部开口；所述的两个抓斗507截面为弧形，抓斗507的两端分别设有铰接臂，铰接臂中部与采样箱505侧板上的抓斗转轴509铰接；所述的提杆组件501的两个导向提杆5011分别穿过负重箱503的箱体横梁5035两端的导向管5034，导向提杆5011的下端通过提杆销504分别与两连杆506的上端铰接；两连杆506的下端分别通过螺栓508与两个抓斗507的同一端的铰接臂的端部铰接，两个抓斗507能够封住采样箱505的底部开口。

利用上述的摆角分体箱式取样器进行海底底质样品采集的取样方法，具体操作步骤如下：

（1）摆角分体箱式取样器下水前，先将所述分体箱式取样器5的锁扣组件502的锁扣卡销5022挂到分体箱式取样器5的提杆组件501的滑动提钩5012上，此时，分体箱式取样器5的两个抓斗507处于打开状态。

（2）将箱盖挂环5103挂到锁扣组件502的挂环杆5026上，此时箱盖510处于打开状态。

（3）将滑杆锁销2从滑杆3的滑杆锁销孔303中拔出，利用科考船上的绞车系统通过钢丝绳将所述摆角分体箱式取样器吊放至海底。

（4）当所述摆角分体箱式取样器到底海底时，平衡支撑架1将首先接触海底，并在分体箱式取样器5自重的作用下沿滑杆3向上移动。当海底表面地形不平整时，摆角分体箱式取样器上的十字变角架4将自动调整分体箱式取样器5插入海底的角度，确保分体箱式取样器5插入海底的角度与重力加速度方向同向，从而有效避免因海底表面地形不平整而导致分体箱式取样器发生侧翻的情况。

（5）分体箱式取样器5的采样箱505将在负重箱503重力的作用下插入海底底质(沉积物、软泥等)，并在海底底质的阻力作用下，分体箱式取样器5的采样箱505插入海底底质的速度将逐渐减小直至停止。

（6）提杆组件501在自身重力的作用下将继续向下运动，从而引起锁扣组件502的锁扣卡销5022与提杆组件501的滑动提钩5012脱离，完成解锁，锁扣组件502在加重环5024的重力作用下将绕锁扣转轴5025旋转，进而使箱盖挂环5103脱离挂环杆5026，箱盖510底部的密封橡胶板5045将盖住负重箱503的箱框板50313从而实现采样箱505上部密封。

（7）利用科考船上的绞车系统将所述的摆角分体箱式取样器向上回收，提杆组件501将通过连杆506带动两个抓斗507相对运动，使两个抓斗507闭合，从而实现采样箱505的取样。

（8）当所述的摆角分体箱式取样器被回收至科考船甲板上后，将滑杆锁销2插入到滑杆3的滑杆锁销孔303中，从而固定滑杆3，防止滑杆3上下移动和摆动。

（9）拔出锁箱组件插销512，然后打开锁箱组件511，此时，卡紧块5112将解除对采样箱505的卡紧固定，最后将卸下提杆销504，此时可将采样箱505从负重箱503底部分离出来，并将采样箱505转移到科考船实验室内对样品进行测试分析。