一种工程地质勘察土层快速取样装置及取样方法

1.本发明属于地质勘察技术领域，尤其涉及一种工程地质勘察土层快速取样装置及取样方法。


背景技术：

2.建筑工程测量部分主要包括测量仪器的构成与使用、普通测量、工业与民用建筑测量、其他测量；建筑工程勘察部分主要包括建筑工程勘察的基本知识、岩土测试、岩土工程分析评价，特殊性土与特殊地质条件、水文地质勘察。在岩土工程勘探中，通常采用取样钻具进行取样。
3.如在公开号为cn112240839a的专利文件中公开了一种岩土工程勘察用岩土取样装置及取样方法，包括安装架和测量装置，安装架的上表面固装有定位杆，定位杆上套设并滑动连接有驱动设备，驱动设备上对称状固装有扶手，定位杆一侧的安装架的上表面设置有测量装置，测量装置包括测量杆，测量杆与安装架的上表面固定连接，测量杆自上而下依次套设有定位块和测量块，定位块和测量块的内壁均与测量杆滑动连接。
4.又如公开号为cn108918179b的专利文件中公开了一种土壤取样装置，包括取样桶、传动腔、伸缩杆、取样管和挡料机构；所述传动腔固定安装在环形固定块上端，环形固定块的下端设置有四组伸缩杆，所述伸缩杆的活动端与环形固定快铰接，伸缩杆的固定端与固定板铰接；所述取样桶内侧滑动连接有取样管；所述取样管内侧设置有取样腔，取样腔内侧设置有挡料机构，挡料机构包括套筒、螺纹杆、扇形挡板、连接杆和旋转接头。
5.再如公开号为cn112504727a的专利文件中公开了一种土壤取样装置，包括机架、取样筒、上下驱动机构、旋转驱动机构以及配套的电控单元；取样筒安装在旋转驱动机构上，用于自转并进行土壤取样；上下驱动机构安装在机架上，用于沿着竖直方向驱动旋转驱动机构上下移动；旋转驱动机构安装在上下驱动机构上，用于驱动取样筒自转；电控单元，分别与上下驱动机构和旋转驱动机构电性连接。
6.上述方案中采用的土壤取样装置采用的是旋转的螺旋结构实现对土壤的向上输送以实现取样，该方式不易获取到指定深度的土壤样品，在后续获得的土壤的分拣中，无疑增加了劳动强度，无法快速获取到指定深度所处土壤层的土壤样本。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种工程地质勘察土层快速取样装置及取样方法，旨在解决现有技术的土壤取样装置无法快速获取到指定深度所处土壤层的土壤样本的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
9.第一方面，在本发明提供的一个实施例中，一种工程地质勘察土层快速取样装置，所述取样装置包括：取样头，所述取样头升降式设置在支架机构上，所述取样头包括固定安装在第二正反转伺服电机驱动轴上的取样筒，所述取样筒上同轴转动设置有从动轴，所述从动轴与
所述驱动轴之间还通过传动组件向联动；所述取样筒外壁上开设有取土窗口，所述取土窗口上通过铰接方式转动连接设置有刮土板，所述刮土板上还固定安装有传动支杆，所述传动支杆与所述取样筒内壁之间通过弹性件连接，且所述传动支杆与所述从动轴之间联动，在所述取样筒沿刮土板的取土方向旋转时，所述从动轴与所述取样筒同步旋转，且所述从动轴推动所述刮土板的开口变大，在所述取样筒继续沿刮土板的取土方向旋转时，刮土板将土壤样本从取土窗口导入并收集在储样腔内，以实现取土；在所述取样筒沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒与从动轴之间不联动，且所述弹性件使所述刮土板在取土窗口上闭合；升降机构，所述取样头在支架机构上所处的高度位置通过所述升降机构进行调整，所述升降机构安装在所述支架机构上。
10.在本发明提供的一个实施例中，所述弹性件为连接弹簧，连接弹簧的一端与取样筒内壁连接，连接弹簧的另一端与传动支杆连接。
11.在本发明提供的一个实施例中，所述传动组件设置在联动箱内，所述传动组件包括下传动盘和上传动盘，所述下传动盘固定安装在从动轴上，所述上传动盘固定安装在驱动轴上；所述上传动盘上安装有限位件，所述下传动盘上开设有与所述限位件相配合的多个限位槽，多个限位槽呈圆周阵列分布设置，且所述限位槽位于所述限位件绕驱动轴进行圆周运动的轨迹的正下方。
12.在本发明提供的一个实施例中，所述限位件包括固定安装在上传动盘上的限位筒，所述限位筒内轴向滑动设置有限位椭形滑块，可以理解的是，限位椭形滑块为非圆形结构，使得限位椭形滑块仅在限位筒内轴向移动而不发生旋转；所述限位椭形滑块通过限位弹簧支撑安装在限位筒内；所述限位椭形滑块上还固定安装有限位块，所述限位块的端部一侧具有倾斜面，在所述限位弹簧的弹性支撑作用下，使得限位块的端部伸入到对应的限位槽内。
13.在本发明提供的一个实施例中，所述从动轴上固定安装有导向支杆，所述导向支杆上固定安装有导向柱，所述传动支杆上开设有长条形的通孔，传动支杆通过所述通孔套设在所述导向柱上，因此，在从动轴旋转时，可使导向柱推动传动支杆运动，即推动刮土板相对于取土窗口进行闭合或者敞开。
14.在本发明提供的一个实施例中，所述取样筒底端固定设置有进给钻头，以便于所述取样头能够顺利插入到土壤层中。
15.在本发明提供的一个实施例中，所述取样筒上还开设有与所述储样腔相通的排土窗口，所述排土窗口上通过螺钉安装有密封盖，在需要将储样腔内的土壤样本取出时，把排土窗口上的密封盖去掉即可。
16.在本发明提供的一个实施例中，所述升降机构包括转动设于支撑顶架上的旋转螺套，所述支撑顶架上还安装有用于驱动旋转螺套旋转的第一正反转伺服电机，所述旋转螺套通过螺纹连接方式安装在升降丝杆上。
17.在本发明提供的一个实施例中，所述取样头安装在升降梁上，所述升降梁安装在升降丝杆底端；所述支架机构包括支撑立架，所述支撑顶架固定安装在所述支撑立架上，所述支撑立架底部还设置有支撑脚，以对该取样装置进行支撑，所述升降梁端部安装有升降滑套，
所述升降滑套上下滑动套设于所述支撑立架上；所述升降梁上固定安装有支架杆，所述取样筒转动设于支架杆上，所述第二正反转伺服电机固定安装在所述升降梁上。
18.第二方面，本发明还提供了一种工程地质勘察土层快速取样方法，所述取样方法包括以下步骤：利用升降机构调整取样头在竖直方向上的高度，使取样头插入土壤层至所需高度；利用第二正反转伺服电机驱动取样筒沿刮土板的取土方向旋转，在传动组件的联动作用下，带动从动轴随取样筒同步旋转，旋转的从动轴带动导向支杆以推动传动支杆移动，进而传动支杆带动刮土板绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，在取样筒的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口进入并收集在储样腔内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机驱动取样筒沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴与取样筒之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板在取土窗口上闭合，完成取土过程。
19.与现有技术相比，本发明提供的取样装置利用第二正反转伺服电机驱动取样筒沿刮土板的取土方向旋转，此时，在传动组件的联动作用下，带动从动轴随取样筒同步旋转，旋转的从动轴带动导向支杆以推动传动支杆移动，进而传动支杆带动刮土板绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，这样一来，在取样筒的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口进入并收集在储样腔内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机驱动取样筒沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴与取样筒之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板在取土窗口上闭合，完成取土过程，使用方便，能够对目标土壤层的土壤进行取样，取样的土壤能够技术的封存在储样腔内，使用效果好。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
21.图1为一种工程地质勘察土层快速取样装置的结构图；图2为本发明实施例提供的取样头的局部结构示意图；图3为图2中a处的局部放大结构示意图；图4为图2中a-a截面的剖视图；图5为本发明实施例取样装置中联动箱的内部结构示意图；图6为本发明实施例联动箱内部的限位件的立体示意图。
22.附图1-6中：100、支撑立架；101、支撑顶架；102、升降滑套；103、支撑脚；200、升降机构；201、升降丝杆；202、旋转螺套；203、第一正反转伺服电机；300、升降梁；301、支架杆；400、取样筒；401、取土窗口；402、储样腔；403、排土窗口；404、密封盖；500、联动箱；501、下传动盘；502、上传动盘；503、限位槽；504、限位件；5041、限位筒；5042、限位椭形滑块；5043、限位块；5044、倾斜面；5045、限位弹簧；600、第二正反转伺服电机；601、驱动轴；700、从动
轴；701、导向支杆；702、导向柱；800、刮土板；801、传动支杆；802、连接弹簧；900、进给钻头。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
24.实施例1如图1、图3和图4所示，在本发明提供的一个实施例中，一种工程地质勘察土层快速取样装置，所述的取样装置包括：取样头，所述取样头升降式设置在支架机构上，所述取样头包括固定安装在第二正反转伺服电机600驱动轴上的取样筒400，所述取样筒400上同轴转动设置有从动轴700，所述从动轴700与所述驱动轴601之间还通过传动组件向联动；所述取样筒400外壁上开设有取土窗口401，所述取土窗口401上通过铰接方式转动连接设置有刮土板800，所述刮土板800上还固定安装有传动支杆801，所述传动支杆801与所述取样筒400内壁之间通过弹性件连接，且所述传动支杆801与所述从动轴700之间联动，在所述取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转时，所述从动轴700与所述取样筒400同步旋转，且所述从动轴700推动所述刮土板800的开口变大，在所述取样筒400继续沿刮土板800的取土方向旋转时，刮土板800将土壤样本从取土窗口401导入并收集在储样腔402内，以实现取土；在所述取样筒400沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒400与从动轴700之间不联动，且所述弹性件使所述刮土板800在取土窗口401上闭合。
25.进一步的，在本发明实施例中，请继续参阅图1，所述的取样装置还包括：升降机构200，所述取样头在支架机构上所处的高度位置通过所述升降机构200进行调整，所述升降机构200安装在所述支架机构上。
26.在本发明实施例提供的取样装置的具体实现中，利用升降机构200调整取样头在竖直方向上的高度，使取样头插入土壤层至所需高度，然后利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转，此时，在传动组件的联动作用下，带动从动轴700随取样筒400同步旋转，旋转的从动轴700带动导向支杆701以推动传动支杆801移动，进而传动支杆801带动刮土板800绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，这样一来，在取样筒400的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板800对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口401进入并收集在储样腔402内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴700与取样筒400之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板800在取土窗口401上闭合，完成取土过程。
27.实施例2如图1、图3和图4所示，在本发明提供的一个实施例中，一种工程地质勘察土层快速取样装置，所述的取样装置包括：取样头，所述取样头升降式设置在支架机构上，所述取样头包括固定安装在第二正反转伺服电机600驱动轴上的取样筒400，所述取样筒400上同轴转动设置有从动轴700，所述从动轴700与所述驱动轴601之间还通过传动组件向联动；所述取样筒400外壁上开设有取土窗口401，所述取土窗口401上通过铰接方式转动连接设置有刮土板800，所述刮土板
800上还固定安装有传动支杆801，所述传动支杆801与所述取样筒400内壁之间通过弹性件连接，且所述传动支杆801与所述从动轴700之间联动，在所述取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转时，所述从动轴700与所述取样筒400同步旋转，且所述从动轴700推动所述刮土板800的开口变大，在所述取样筒400继续沿刮土板800的取土方向旋转时，刮土板800将土壤样本从取土窗口401导入并收集在储样腔402内，以实现取土；在所述取样筒400沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒400与从动轴700之间不联动，且所述弹性件使所述刮土板800在取土窗口401上闭合。
28.进一步的，在本发明实施例中，请继续参阅图1，所述的取样装置还包括：升降机构200，所述取样头在支架机构上所处的高度位置通过所述升降机构200进行调整，所述升降机构200安装在所述支架机构上。
29.在本发明实施例提供的取样装置的具体实现中，利用升降机构200调整取样头在竖直方向上的高度，使取样头插入土壤层至所需高度，然后利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转，此时，在传动组件的联动作用下，带动从动轴700随取样筒400同步旋转，旋转的从动轴700带动导向支杆701以推动传动支杆801移动，进而传动支杆801带动刮土板800绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，这样一来，在取样筒400的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板800对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口401进入并收集在储样腔402内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴700与取样筒400之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板800在取土窗口401上闭合，完成取土过程。
30.优选的，在本发明提供的一个实施例中，所述弹性件为连接弹簧802，连接弹簧802的一端与取样筒400内壁连接，连接弹簧802的另一端与传动支杆801连接。
31.进一步的，如图5所示，在本发明提供的一个实施例中，所述传动组件设置在联动箱500内，所述传动组件包括下传动盘501和上传动盘502，所述下传动盘501固定安装在从动轴700上，所述上传动盘502固定安装在驱动轴601上；所述上传动盘502上安装有限位件504，所述下传动盘501上开设有与所述限位件504相配合的多个限位槽503，多个限位槽503呈圆周阵列分布设置，且所述限位槽503位于所述限位件504绕驱动轴601进行圆周运动的轨迹的正下方。
32.具体的，如图5和图6所示，在本发明提供的优选实施方式中，所述限位件504包括固定安装在上传动盘502上的限位筒5041，所述限位筒5041内轴向滑动设置有限位椭形滑块5042，可以理解的是，限位椭形滑块5042为非圆形结构，使得限位椭形滑块5042仅在限位筒5041内轴向移动而不发生旋转；所述限位椭形滑块5042通过限位弹簧5045支撑安装在限位筒5041内；所述限位椭形滑块5042上还固定安装有限位块5043，所述限位块5043的端部一侧具有倾斜面5044，在所述限位弹簧5045的弹性支撑作用下，使得限位块5043的端部伸入到对应的限位槽503内。
33.可以理解的是，由于限位块5043的端部具有一个倾斜面5044，使得上传动盘502在相对于下传动盘501进行旋转时，在顺时针旋转时，上传动盘502可带动下传动盘501进行同步旋转，反之，由于具有的倾斜面5044，在上传动盘502进行逆时针旋转时，限位块5043会上移缩回限位筒5041内，不会带动下传动盘501进行移动。
34.因此，本发明的传动组件，可以实现在所述取样筒400沿刮土板800的取土方向旋
转时，所述从动轴700与所述取样筒400同步旋转；在所述取样筒400沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒400与从动轴700之间不联动。
35.进一步的，在本发明实施例中，如图1、图2和图4所示，在本发明实施例中，所述从动轴700上固定安装有导向支杆701，所述导向支杆701上固定安装有导向柱702，所述传动支杆801上开设有长条形的通孔，传动支杆801通过所述通孔套设在所述导向柱702上，因此，在从动轴700旋转时，可使导向柱702推动传动支杆801运动，即推动刮土板800相对于取土窗口401进行闭合或者敞开。
36.实施例3如图1、图3和图4所示，在本发明提供的一个实施例中，一种工程地质勘察土层快速取样装置，所述的取样装置包括：取样头，所述取样头升降式设置在支架机构上，所述取样头包括固定安装在第二正反转伺服电机600驱动轴上的取样筒400，所述取样筒400上同轴转动设置有从动轴700，所述从动轴700与所述驱动轴601之间还通过传动组件向联动；所述取样筒400外壁上开设有取土窗口401，所述取土窗口401上通过铰接方式转动连接设置有刮土板800，所述刮土板800上还固定安装有传动支杆801，所述传动支杆801与所述取样筒400内壁之间通过弹性件连接，且所述传动支杆801与所述从动轴700之间联动，在所述取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转时，所述从动轴700与所述取样筒400同步旋转，且所述从动轴700推动所述刮土板800的开口变大，在所述取样筒400继续沿刮土板800的取土方向旋转时，刮土板800将土壤样本从取土窗口401导入并收集在储样腔402内，以实现取土；在所述取样筒400沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒400与从动轴700之间不联动，且所述弹性件使所述刮土板800在取土窗口401上闭合。
37.进一步的，在本发明实施例中，请继续参阅图1，所述的取样装置还包括：升降机构200，所述取样头在支架机构上所处的高度位置通过所述升降机构200进行调整，所述升降机构200安装在所述支架机构上。
38.在本发明实施例提供的取样装置的具体实现中，利用升降机构200调整取样头在竖直方向上的高度，使取样头插入土壤层至所需高度，然后利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转，此时，在传动组件的联动作用下，带动从动轴700随取样筒400同步旋转，旋转的从动轴700带动导向支杆701以推动传动支杆801移动，进而传动支杆801带动刮土板800绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，这样一来，在取样筒400的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板800对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口401进入并收集在储样腔402内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴700与取样筒400之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板800在取土窗口401上闭合，完成取土过程。
39.优选的，在本发明提供的一个实施例中，所述弹性件为连接弹簧802，连接弹簧802的一端与取样筒400内壁连接，连接弹簧802的另一端与传动支杆801连接。
40.进一步的，如图5所示，在本发明提供的一个实施例中，所述传动组件设置在联动箱500内，所述传动组件包括下传动盘501和上传动盘502，所述下传动盘501固定安装在从动轴700上，所述上传动盘502固定安装在驱动轴601上；所述上传动盘502上安装有限位件504，所述下传动盘501上开设有与所述限位件504相配合的多个限位槽503，多个限位槽503
呈圆周阵列分布设置，且所述限位槽503位于所述限位件504绕驱动轴601进行圆周运动的轨迹的正下方。
41.具体的，如图5和图6所示，在本发明提供的优选实施方式中，所述限位件504包括固定安装在上传动盘502上的限位筒5041，所述限位筒5041内轴向滑动设置有限位椭形滑块5042，可以理解的是，限位椭形滑块5042为非圆形结构，使得限位椭形滑块5042仅在限位筒5041内轴向移动而不发生旋转；所述限位椭形滑块5042通过限位弹簧5045支撑安装在限位筒5041内；所述限位椭形滑块5042上还固定安装有限位块5043，所述限位块5043的端部一侧具有倾斜面5044，在所述限位弹簧5045的弹性支撑作用下，使得限位块5043的端部伸入到对应的限位槽503内。
42.可以理解的是，由于限位块5043的端部具有一个倾斜面5044，使得上传动盘502在相对于下传动盘501进行旋转时，在顺时针旋转时，上传动盘502可带动下传动盘501进行同步旋转，反之，由于具有的倾斜面5044，在上传动盘502进行逆时针旋转时，限位块5043会上移缩回限位筒5041内，不会带动下传动盘501进行移动。
43.因此，本发明的传动组件，可以实现在所述取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转时，所述从动轴700与所述取样筒400同步旋转；在所述取样筒400沿所述取土方向的反向旋转时，所述取样筒400与从动轴700之间不联动。
44.进一步的，在本发明实施例中，如图1、图2和图4所示，在本发明实施例中，所述从动轴700上固定安装有导向支杆701，所述导向支杆701上固定安装有导向柱702，所述传动支杆801上开设有长条形的通孔，传动支杆801通过所述通孔套设在所述导向柱702上，因此，在从动轴700旋转时，可使导向柱702推动传动支杆801运动，即推动刮土板800相对于取土窗口401进行闭合或者敞开。
45.请继续参阅图1-2，在本发明实施例中，所述取样筒400底端固定设置有进给钻头900，以便于所述取样头能够顺利插入到土壤层中。
46.进一步的，所述取样筒400上还开设有与所述储样腔402相通的排土窗口403，所述排土窗口403上通过螺钉安装有密封盖404，在需要将储样腔402内的土壤样本取出时，把排土窗口403上的密封盖404去掉即可。
47.请继续参阅图1，在本发明实施例中，所述升降机构200包括转动设于支撑顶架101上的旋转螺套202，所述支撑顶架101上还安装有用于驱动旋转螺套202旋转的第一正反转伺服电机203，所述旋转螺套202通过螺纹连接方式安装在升降丝杆201上。
48.在本发明实施例中，所述取样头安装在升降梁300上，所述升降梁300安装在升降丝杆201底端。
49.进一步的，在本发明实施例中，所述支架机构包括支撑立架100，所述支撑顶架101固定安装在所述支撑立架100上，所述支撑立架100底部还设置有支撑脚103，以对该取样装置进行支撑。
50.进一步的，所述升降梁300端部安装有升降滑套102，所述升降滑套102上下滑动套设于所述支撑立架100上。
51.进一步的，本发明实施例中，所述升降梁300上固定安装有支架杆301，所述取样筒400转动设于支架杆301上，所述第二正反转伺服电机600固定安装在所述升降梁300上。
52.实施例4
在本发明实施例中，提供了一种工程地质勘察土层快速取样方法，所述取样方法通过上述实施例1、实施例2或实施例3所提供的取样装置进行实现。
53.具体的，在本发明实施例中，所述的取样方法包括以下步骤：利用升降机构200调整取样头在竖直方向上的高度，使取样头插入土壤层至所需高度；利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿刮土板800的取土方向旋转，在传动组件的联动作用下，带动从动轴700随取样筒400同步旋转，旋转的从动轴700带动导向支杆701以推动传动支杆801移动，进而传动支杆801带动刮土板800绕其铰接点旋转至取土开口逐渐变大，在取样筒400的继续旋转过程中，开口逐渐变大的刮土板800对土壤进行刮取且使得土壤通过取土窗口401进入并收集在储样腔402内；取土完成后，利用第二正反转伺服电机600驱动取样筒400沿取土方向的反向进行旋转，此时，从动轴700与取样筒400之间不联动，在弹性件的弹性回复力作用下，使所述刮土板800在取土窗口401上闭合，完成取土过程。
54.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。