一种可视化硬底质箱式取样器的制作方法

本发明专利属于深海勘探取样设备领域，具体涉及一种可视化硬底质箱式取样器。

背景技术：

目前的海底沉积物可视化箱式取样器，都不具备二次取样的能力，即使电视抓斗取样器也必须借助液压力实现铲斗的开合，实现二次取样，而液压组件的加入不仅对设备的供电提出更高的要求，通常需要配置两组10kw的锂电耐高压电池。这样不仅极大的增加了设备的成本，也极大的增加了设备的故障率。多数液压系统在4000米的深海及出现了漏油、锂电池爆裂的现象，直接导致设备损毁，无法正常工作。随着目前海洋科考向更深的海域发展，6000米甚至11000米都需要大量提取沉积物样品。显然液压系统及耐高压电源都是整个设备的发展瓶颈。

二次取样对于深海科考的意义重大，深海中环境复杂，可视化设备只能提供小面积的视窗窗口，操作设备的人员无法保证一次着底即可获取满意的样品。而深海中收放一次设备的耗时极长，一般而言3000米左右的海域，收放一次设备大抵需要8小时的时间，而科考船的成本与耗时成正比。基本而言科考船一天的费用花费约几十万元。

现有箱式取样箱的箱盖的开合是靠水流的，也就是投放时由于下放速度快，水流产生的力量使箱盖打开，实际上，水流驱动箱盖使不可靠的，往往是取样开始阶段箱盖无法打开，造成样品液化，不能进入取样箱。工程中的做法是特意让箱盖不密封，这样的后果是回收是，样品泄漏明显。

对深海进行勘探时，若进行取样时遇到的海底底质较硬，传统的箱式取样器由于在插入底质的过程中，由于取样箱和铲斗产生的阻力，取样箱进入底质的深度较浅，致使很难取到理想的沉积物样品，所能提取的沉积物样品也较少。

技术实现要素：

本发明旨在解决背景技术中提到的问题，本发明提出了一种可视化硬底质箱式取样器，其采用的技术方案如下：

一种可视化硬底质箱式取样器，包括可视化支架、取样箱、取样上盖、箱盖牵引绳、箱盖开合摇臂、斜口套管、锁紧楔、锁紧楔压紧弹簧、铲斗牵引架、牵引杆制动压杆、牵引杆压紧弹簧、铲斗、铲斗连杆和主牵引绳，所述可视化支架外侧周向均布有六条支撑腿，中部分为两层安装板，其中顶层安装板上部布置有径向安装座、轴向安装孔和铰接座，中间安装板中央位置开有矩形通孔和两个径向安装座，每个安装座开有两个安装孔和一个安装槽，在可视化支架上安装视频监控设备，所述取样箱上部为梯形安装板，梯形安装板顶部开有四个安装孔，梯形安装板之间一侧的侧壁顶部布置有铰接座，梯形安装板下部开有安装孔，取样箱位于可视化支架的中间位置，上部连接斜口套管，下部安装铲斗，所述取样上盖一侧布置有铰接座，中部布置有把手，另一侧布置有拉环，取样上盖位于取样箱中上部内侧，通过销轴将自身的铰接座与取样箱的铰接座连接在一起，所述箱盖牵引绳一端连接固定取样上盖的上部拉环，另一端连接固定在箱盖开合摇臂外侧安装孔，所述斜口套管内侧平面安装在取样箱外侧，并通过螺钉固定，外侧面可与锁紧楔前端接触，所述锁紧楔前端为直角梯形结构，梯形结构的竖直面一侧两侧布置有导向光轴，中间开有安装槽，锁紧楔的导向光轴安装在可视化支架中间安装板的径向安装座的安装孔中，所述锁紧楔压紧弹簧安装在可视化支架中间安装板的径向安装座与锁紧楔之间，两端分别接触可视化支架中间安装板的径向安装座的安装槽和锁紧楔的安装槽，所述铲斗牵引架分为中部牵引板和两侧的牵引柱，中部牵引板上部开有缆绳连接孔，下部开有梯形缺口，牵引柱下部开有铰接孔，中部牵引板上的缆绳安装孔连接固定主牵引绳，牵引柱贯穿可视化支架顶层安装板的轴向安装孔和斜口套管的通孔，牵引柱下部铰接孔通过销轴连接铲斗连杆一端安装孔，所述牵引杆制动压杆一端为弧形压紧板，一端为导向柱，在弧形压紧板的内侧安装固定有一弧形摩擦板，牵引杆制动压杆的导向柱一端安装在可视化支架顶层安装板的径向安装座中，牵引杆制动压杆的弧形摩擦板与铲斗牵引架的牵引柱接触，所述牵引杆压紧弹簧安装在可视化支架顶层安装板的径向安装座中，两端分别接触牵引杆制动压杆的导向柱端面，所述铲斗分为两个的摇臂和弧形封口板，摇臂的中部和一侧开有安装孔，铲斗中部的安装孔通过销轴与取样箱的中下部安装孔连接，铲斗一侧的安装孔通过销轴与铲斗连杆一侧的安装孔连接；在使用本发明取样时，首先利用起重设备牵引主牵引绳升起，主牵引绳经铲斗牵引架和铲斗连杆带动两侧的铲斗合拢，当斜口套管外侧的水平面与锁紧楔下表面接触时，斜口套管通过锁紧楔将可视化支架整体提起，此刻即可将本发明整体提起，之后即可将本发明整体投入海中进行取样；当可视化支架接触海底后，取样箱、取样上盖、铲斗牵引架和铲斗由于惯性将继续下落，首先两个铲斗打开，之后取样箱继续下落，并插入海底的底质中，通过可视化支架上的视频监控设备观察到本发明停止下落后，即可上提主牵引绳，准备提取样品。

优选的，所述取样箱下部箱体部分加长，同时两个安装孔的位置上移，所述铲斗的中部安装孔与弧形封口版之间距离加长；使用本发明时，当可视化支架接触海底后，取样箱、取样上盖、铲斗牵引架和铲斗由于惯性将继续下落，由于取样箱下部箱体部分较长，并且铲斗首先完全打开，之后取样箱继续下落，并插入海底的底质中，在取样箱插入海底底质的过程中只是箱体四壁受到底质的阻力，而铲斗的封口板未接触底质，不会回受到底质的阻力，从而使得取样箱插入底质的深度大大增加，进而增加样品的采集量。

优选的，所述箱盖开合摇臂中部和一侧开有安装孔，通过销轴将自身中部的安装孔和可视化支架顶部的铰接座连接在一起，外侧安装孔连接箱盖牵引绳一端，另一侧杆体部分可与铲斗牵引架中部下侧的缺口接触；使用本发明时，当可视化支架接触海底后，取样箱、取样上盖、铲斗牵引架和铲斗由于惯性将继续下落，当铲斗牵引架在下落到末端时，将接触箱盖开合摇臂一端，进而经过箱盖牵引绳带动取样上盖打开，此种状态便于样品进入取样箱内部，而不至于造成样品液化，当完成样品采集后，铲斗牵引架在上提的过程中，将逐渐与箱盖开合摇臂脱离接触，在箱盖开合摇臂和取样上盖的重力作用下，取样上盖下翻，最终将封闭取样箱的上端口，从而避免在后续的提升过程中，海水对内部样品的冲刷。

优选的，所述斜口套管内侧平面开有螺纹孔，另一侧从上外下依次为上斜面、下斜面、水平面和竖直面，中间开有从上到下的通孔，所述锁紧楔前端与斜口套管外侧面接触，所述牵引杆制动压杆的弧形摩擦板与铲斗牵引架的牵引柱接触；在使用本发明时，当可视化支架接触海底后，取样箱、取样上盖、铲斗牵引架和铲斗由于惯性将继续下落，由于牵引杆制动压杆在牵引杆压紧弹簧弹力的作用下，对铲斗牵引架的下落产生阻力，同时锁紧楔前部与斜口套管的上斜面接触时，会对取样箱产生竖直向下的分力，致使取样箱和取样上盖的下落速度大于铲斗牵引架和铲斗的下落速度，从而造成两个铲斗快速打开，进而便于取样箱继续下落，插入海底底质进行取样，也便于在缓慢下放本发明状态装置时，释放内部已采集的样品，准备进而二次采样。

本发明具有如下优点：机械结构相对简单，操作简便；利用纯机械机构实现深海二次采样，大大降低成本和故障率，提高采样效率；箱盖开合机构的改进，便于采样时样品的获取，提取时避免样品的流失，提高样品质量；取样箱和铲斗的加长设计以及铰接点的提高改进，大大减小取样箱插入底质的阻力，便于对较硬的海底底质进行采样，保证采样量。

附图说明

图1：本发明一种可视化硬底质箱式取样器整体结构图，

图2：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中上部结构图，

图3：本发明一种可视化硬底质箱式取样器顶部结构图，

图4：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中部结构图，

图5：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中上部内部结构图，

图6：本发明一种可视化硬底质箱式取样器取样状态图，

图7：本发明一种可视化硬底质箱式取样器取样完毕封口状态图，

图8：本发明一种可视化硬底质箱式取样器整体提升状态图，

图9：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中取样箱提升状态内部结构图，

图10：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中取样箱下放状态内部结构图i，

图11：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中取样箱下放状态内部结构图ii，

图12：本发明一种可视化硬底质箱式取样器中取样箱下放状态内部结构图iii。

1.可视化支架，2.取样箱，3.取样上盖，4.箱盖牵引绳，5.箱盖开合摇臂，6.斜口套管，7.锁紧楔，8.锁紧楔压紧弹簧，9.铲斗牵引架，10.牵引杆制动压杆，11.牵引杆压紧弹簧，12.铲斗，13.铲斗连杆，14.主牵引绳。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-图12所示，本发明一种可视化硬底质箱式取样器，包括可视化支架1、取样箱2、取样上盖3、箱盖牵引绳4、箱盖开合摇臂5、斜口套管6、锁紧楔7、锁紧楔压紧弹簧8、铲斗牵引架9、牵引杆制动压杆10、牵引杆压紧弹簧11、铲斗12、铲斗连杆13和主牵引绳14，所述可视化支架1外侧周向均布有六条支撑腿，中部分为两层安装板，其中顶层安装板上部布置有径向安装座、轴向安装孔和铰接座，中间安装板中央位置开有矩形通孔和两个径向安装座，每个安装座开有两个安装孔和一个安装槽，在可视化支架1上安装视频监控设备，所述取样箱2上部为梯形安装板，梯形安装板顶部开有四个安装孔，梯形安装板之间一侧的侧壁顶部布置有铰接座，梯形安装板下部开有安装孔，取样箱2位于可视化支架1的中间位置，上部连接斜口套管6，下部安装铲斗12，所述取样上盖3一侧布置有铰接座，中部布置有把手，另一侧布置有拉环，取样上盖3位于取样箱2中上部内侧，通过销轴将自身的铰接座与取样箱2的铰接座连接在一起，所述箱盖牵引绳4一端连接固定取样上盖3的上部拉环，另一端连接固定在箱盖开合摇臂5外侧安装孔，所述箱盖开合摇臂5中部和一侧开有安装孔，通过销轴将自身中部的安装孔和可视化支架1顶部的铰接座连接在一起，外侧安装孔连接箱盖牵引绳4一端，另一侧杆体2部分可与铲斗牵引架9中部下侧的缺口接触，所述斜口套管6内侧平面开有螺纹孔，另一侧从上外下依次为上斜面、下斜面、水平面和竖直面，中间开有从上到下的通孔，斜口套管6内侧平面安装在取样箱2外侧，并通过螺钉固定，外侧面可与锁紧楔7前端接触，所述锁紧楔7前端为直角梯形结构，梯形结构的竖直面一侧两侧布置有导向光轴，中间开有安装槽，锁紧楔7的导向光轴安装在可视化支架1中间安装板的径向安装座的安装孔中，所述锁紧楔压紧弹簧8安装在可视化支架1中间安装板的径向安装座与锁紧楔7之间，两端分别接触可视化支架1中间安装板的径向安装座的安装槽和锁紧楔7的安装槽，所述铲斗牵引架9分为中部牵引板和两侧的牵引柱，中部牵引板上部开有缆绳连接孔，下部开有梯形缺口，牵引柱下部开有铰接孔，中部牵引板上的缆绳安装孔连接固定主牵引绳14，牵引柱贯穿可视化支架1顶层安装板的轴向安装孔和斜口套管6的通孔，牵引柱下部铰接孔通过销轴连接铲斗连杆13一端安装孔，所述牵引杆制动压杆10一端为弧形压紧板，一端为导向柱，在弧形压紧板的内侧安装固定有一弧形摩擦板，牵引杆制动压杆10的导向柱一端安装在可视化支架1顶层安装板的径向安装座中，牵引杆制动压杆10的弧形摩擦板与铲斗牵引架9的牵引柱接触，所述牵引杆压紧弹簧11安装在可视化支架1顶层安装板的径向安装座中，两端分别接触牵引杆制动压杆10的导向柱端面，所述铲斗12分为两个的摇臂和弧形封口板，摇臂的中部和一侧开有安装孔，铲斗12中部的安装孔通过销轴与取样箱2的中下部安装孔连接，铲斗12一侧的安装孔通过销轴与铲斗连杆13一侧的安装孔连接。

在使用本发明取样时，首先利用起重设备牵引主牵引绳14升起，主牵引绳14经铲斗牵引架9和铲斗连杆13带动两侧的铲斗12合拢，当两个的铲斗12完全合拢后，通过铲斗12中部安装孔的销轴带动取样箱2和斜口套管6共同上升，斜口套管6上升过程中，首先其外侧的上斜面先接触锁紧楔7前部，从而带动锁紧楔7向外侧滑移，同时压缩锁紧楔压紧弹簧8，当锁紧楔7前部脱离斜口套管6的上斜面后，锁紧楔7前部在锁紧楔压紧弹簧8弹力的作用下，马上斜口套管6的外侧下斜面接触，并向内侧滑移，当斜口套管6外侧的水平面与锁紧楔7下表面接触时，斜口套管6通过锁紧楔7将可视化支架1整体提起，此刻即可将本发明整体提起，之后即可将本发明整体投入海中进行取样；当可视化支架1接触海底后，取样箱2、取样上盖3、铲斗牵引架9和铲斗12由于惯性将继续下落，由于牵引杆制动压杆10在牵引杆压紧弹簧11弹力的作用下，对铲斗牵引架9的下落产生阻力，同时锁紧楔7前部与斜口套管6的上斜面接触时，会对取样箱2产生竖直向下的分力，致使取样箱2和取样上盖3的下落速度大于铲斗牵引架9和铲斗12的下落速度，从而造成两个铲斗12打开，之后取样箱2继续下落，并插入海底的底质中，铲斗牵引架9在下落到末端时，将接触箱盖开合摇臂5一端，进而经过箱盖牵引绳4带动取样上盖3打开，铲斗牵引架9停止下落时1，两个铲斗12张开到最大角度，取样箱2插到最深处，通过可视化支架1上的视频监控设备观察到本发明停止下落后，即可上提主牵引绳14，准备提取样品；上提主牵引绳14，主牵引绳14经铲斗牵引架9和铲斗连杆13带动两侧的铲斗12合拢，当两个的铲斗12完全合拢时，即完成了取样箱2下端口的封闭，铲斗牵引架9在上提的过程中，将逐渐与箱盖开合摇臂5脱离接触，在箱盖开合摇臂5和取样上盖3的重力作用下，取样上盖3下翻，最终将封闭取样箱2的上端口，之后主牵引绳14将带动本发明整体上升至水面，本发明脱离水面放置到船舶甲板上后，下放主牵引绳14和铲斗牵引架9即可打开两侧的铲斗12，释放取样箱2内的样品；在完成单次采样工作上提本发明和样品时，若通过可视化支架1上的视频监控设备观察到采集的样品不满足要求时，即可放松主牵引绳14，使得本发明整体缓慢下落，由于铲斗牵引架9受到牵引杆制动压杆10的阻力作用，使得取样箱2和取样上盖3的下落速度大于铲斗牵引架9和铲斗12的下落速度，从而造成两个铲斗12打开，取样箱2内的样品即可在自身重力的作用下从取样箱2中脱离，当通过可视化支架1上的视频监控设备观察到之前采集的样品基本全部释放时，即可将上提主牵引绳14，将本发明转移至新的采样点准备进行二次采样。