一种安全的标准贯入试验锤击装置的制作方法

本实用新型涉及岩土勘探技术领域，具体的说是一种工程地质原位安全的标准贯入试验锤击装置。

背景技术：

标准贯入试验是工程地质勘察原位测试的重要手段，标准贯入试验是用质量为63.5kg的重锤按照规定的落距(76cm)自由下落，将标准规格的贯入器打入地层，根据贯入器在贯入一定深度得到的锤击数来判定土层的性质。

传统的标准贯入试验设备由标准贯入器、触探杆及穿心锤组成，在测试时，将标准贯入器连接在触探杆上放入钻孔中，用钻机卷扬将穿心锤吊起，穿心锤导杆与触探杆相连，通过手动操控转扬使穿心锤升高76cm沿导向杆自由下落对标准贯入器施加贯入力。由于钻孔孔径远大于触探杆直径，在试验中很难保持垂直状态，手动操控卷扬进行锤击安全风险高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单，适用于标准贯入试验与重型动力触试验的一种安全的标准贯入试验锤击装置，该装置可实现测试的快速化、自动化，大大降低安全风险，提高测试的可靠度。

本发明提供的技术方案：所述一种安全标准贯入试验锤击装置，其特征在于：包括机架、穿心锤、导向杆、打垫、标准贯入器和穿心锤升降系统，所述穿心锤和打垫均套设在导向杆上，并可沿着导向杆上下移动，打垫置于穿心锤下方，在机架的底部设有开设有钻杆连接槽的打垫托板，所述标准贯入器通过触探杆或钻杆与打垫连接，在导向杆上端设有穿心锤限位板；所述穿心锤升降系统是由液压马达、竖向设置在机架上的传动链条、分散设置在传动链条外表面的多个伸缩舌推板和设置在穿心锤侧面的伸缩舌组成，在穿心锤的侧面对应安装有伸缩舌安装槽，所述伸缩舌通过弹性构件安装在伸缩舌安装槽内，在伸缩舌上设有伸缩舌触控按钮，所述传动链条通过传动齿轮安装在机架上，在液压马达和传动齿轮的作用下传动链条沿着机架竖向传送，并在竖向传送中通过其传动链条上的伸缩舌推板推动伸出伸缩舌安装槽的伸缩舌带动穿心锤沿着导向杆向上移动，在穿心锤移动至伸缩舌触控按钮与导向杆上端的穿心锤限位板接触时，伸缩舌收缩至伸缩舌安装槽内，并与伸缩舌推板脱离，穿心锤停止上升，在重力作用下沿着导向杆向下移动；在穿心锤向下移动至伸缩舌触控按钮与导向杆上端的穿心锤限位板脱离时，伸缩舌伸出缩舌安装槽，且在穿心锤从导向杆最上端下降至打垫的过程中，未有伸缩舌推板传送至穿心锤移动的位置处。

本实用新型较优的技术方案：所述锤击装置还包括贯入深度与锤击数检测显示装置，该装置是由带有检测显示控制箱、设置在穿心锤限位板上的接近计数传感器、设置在机架上的拉线位移传感器、设置在检测显示控制箱内的检测储存电路、语音提示装置及移动电源组成，所述检测显示控制箱固定在机架的下部，拉线位移传感器固定在机架上部横粱中间，其拉线端接在导向杆顶端，接头处可相对旋转，所述接近计数传感器和拉线位移传感器均通过通信电缆连接到检测显示控制箱。

本实用新型较优的技术方案：在机架上竖向设有两根平行的穿心锤限位导轨，在穿心锤限位板和穿心锤上均设有与穿心锤限位导轨相匹配的安装滑槽，所述穿心锤限位板和穿心锤均通过安装滑槽与穿心锤限位导轨滑动连接，并可沿着穿心锤限位导轨上下移动；

本实用新型较优的技术方案：在机架上部和下部的上、下齿轮，所述传动链条为环形链条，上下部位分别套设在上、下齿轮上，所述液压马达固定在机架上端，传动链条在液压马达和传动齿轮的带动下沿着机架竖向传动，在传动链条上均匀分布有3-5个伸缩舌推板，两相邻伸缩舌推板之间的距离等于或大于穿心锤沿着导向杆向上运动距离与穿心锤沿着导向杆自重下落时间内传动链条传动的位移之和。

本实用新型较优的技术方案：所述伸缩舌的横截面为矩形，在伸缩舌上、下面分别设有直线轴承，并通过直线轴承与开设在穿心锤上的伸缩舌安装槽内槽面接触，在伸缩舌靠近穿心锤的一端开设有伸缩舌推槽，所述伸缩舌触控按钮是由下部的楔形插块和上部的弹性按钮组成，当伸缩舌触控按钮上升与穿心锤限位板接触时，在穿心锤限位板的压力下其下部的楔形插块对应插入伸缩舌推槽内，并推动伸缩舌伸入伸缩舌安装槽内；在伸缩舌触控按钮与穿心锤限位板脱离时，下部的楔形插块在上部弹性按钮的带动下自动复位脱离伸缩舌推槽，伸缩舌在弹性构件的作用下伸出伸缩舌安装槽。

本实用新型较优的技术方案：在穿心锤上设有保险栓，在穿心锤不工作时，通过保险栓与导向杆锁紧。

本实用新型较优的技术方案：所述穿心锤限位板为中间开设有圆孔的环形板，其圆孔的直径小于导向杆的外径，在导向杆上端对应开设有环形凹槽，穿心锤限位板通过其中间的圆孔套设在导向杆上端的环形凹槽内，并可沿着导向杆水平转动。

本实用新型较优的技术方案：所述穿心锤在导向杆上的位移距离为760-800mm。

本实用新型较优的技术方案：所述穿心锤限位导轨有两条，对称设置在机架的正面，每根穿心锤限位导轨的横向截面呈三角形，相对设置，在穿心锤和穿心锤限位板两侧对应开设有截面呈V形的安装滑槽。

本实用新型较优的技术方案：所述穿心锤重63.5kg，采用直径为220-230mm、高度为300-320mm的圆柱体结构，其中央位置开设有内径为45-53mm圆形通孔，在其上部和下部的两侧分别对称开设有深度20-30mm的V形安装滑槽，且每侧的上、下两个V形安装滑槽在同一直线上，高度均为50mm；所述穿心锤两侧上、下V形安装滑槽之间的部位对应切除，形成一个两侧内凹、纵向截面为工字型的圆柱体结构，在每个V形安装滑槽的两V形面上对称安装有滑动钢珠，并在穿心锤与穿心锤限位导轨滑动连接时，通过滑动钢珠与穿心锤限位导轨接触。

本实用新型的工作原理:本实用新型通过液压马达通过上齿轮与下齿轮带动链条正转，分布在链条上的挂钩通过伸缩舌带动穿心锤向上移动，当移动高度达到760mm时，触控钮使伸缩舌回缩，穿心锤沿滑轨自由下落击打打垫，通过打垫、钻杆对贯入器施加贯入力。穿心锤向上移动时，当计数传感器第一次检测到穿心锤到达最高点时系统清零，以计数通道作参比变量记录贯入量，通过编程使显示屏实时显示贯入0-150、150-250、250-350、350-450mm的击数或其它需要型式，当记录到的贯入总量≥450mm结束试验。

本实用新型结构简单，使用方便，自动贯入，自动记录，实时显示，实用性强，实现测试的快速化、自动化，大大降低安全风险，提高测试的可靠度。

附图说明

图1是本实用新型的进行锤击时的正面结构示意图；

图2是本实用新型的不进行锤击时的侧面结构示意图；

图3是本实用新型中穿心锤的伸缩舌结构示意图；

图4是本实用新型中穿心锤的结构示意图；

图5是图4的纵向剖视图；

图6是图1中A-A横截面图。

图中：1—穿心锤，1-1—安装滑槽，1-2—伸缩舌安装槽，1-3—滑动钢珠，1-4—保险栓，2—打垫，3—导向杆，4—导向环，5—接近传感器，6—拉线位移传感器，7—机架，7-1—托板，8—链条，9—挂钩，10—上齿轮，11—下齿轮，12—标准贯入器，13—探触杆或钻杆，14—触碰扭，14-1—楔形插块，14-2—弹性按钮，15—托板，16—伸缩舌，16-1—直线轴承，16-2—伸缩舌推槽，17—液压马达，18—检测显示控制箱，19—穿心锤限位导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1和图2所述的一种安全标准贯入试验装置，其特征在于：包括机架7、穿心锤1、导向杆3、打垫2、穿心锤升降系统和竖向设置在机架7的穿心锤限位导轨19。所述机架7的高度为1.8-2m，为横截面呈长方形的框架结构，长350-400mm，宽250-280mm，在机架7底部设有托板7-1，并在托板7-1上开设有钻杆槽。所述穿心锤限位导轨19有两条，对称设置在机架7的正面，每根穿心锤限位导轨19的横向截面呈三角形，在两侧及背面分别设置3-4度横梁增强机架的纲度。

如图4和图5所示，所述穿心锤1套设在导向杆3上，并可沿着导向杆3上下移动，打垫2固定安装在导向杆3的下端，在打垫2的下部设有与连接有贯入器22的触探杆或钻杆23连接的螺纹口2-1，在导向杆3上端设有穿心锤限位板4。所述穿心锤1重63.5kg，采用直径为220-230mm、高度为300-320mm的圆柱体结构，其中央位置开设有内径为45-53mm圆形通孔，在其上部和下部的两侧分别对称开设有深度20-30mm的V形安装滑槽1-1，且每侧的上、下两个V形安装滑槽1-1在同一直线上，高度均为50mm；所述穿心锤1两侧上、下V形安装滑槽1-1之间的部位对应切除，形成一个两侧内凹、纵向截面为工字型的圆柱体结构。所述穿心锤1在导向杆3上的位移距离为760-800mm，在穿心锤1上设有保险栓1-4，在穿心锤不进行锤击时，可以避免穿心锤沿着导向杆3移动；所述打垫2的厚度为50-60mm；所述穿心锤限位板4为中间开设有圆孔的环形板，其圆孔的直径小于导向杆3的外径，在导向杆3上端对应开设有环形凹槽，穿心锤限位板4通过其中间的圆孔套设在导向杆3上端的环形凹槽内，并可沿着导向杆3水平转动，在穿心锤限位板4两侧也开设有截面呈V形的安装滑槽1-1。所述穿心锤限位板4和穿心锤1上的V形的安装滑槽1-1与机架7上的两根平行的穿心锤限位导轨19相匹配，所述穿心锤限位板4和穿心锤1均通过安装滑槽1-1与穿心锤限位导轨19滑动连接，并可沿着穿心锤限位导轨19上下移动；为了方便滑动，如图6所示，在穿心锤1的每个V形安装滑槽1-1的两V形面上对称安装有滑动钢珠1-3，使穿心锤1与穿心锤限位导轨19滑动连接时，通过滑动钢珠1-3与穿心锤限位导轨19接触。所述穿心锤1在不工作时，打垫2置于托板7-1上，并通过穿心锤上设置的保险栓1-4锁住；穿心锤1工作时，打垫2与托板7-1之间的间距大于试验行程，钻杆23穿过托板7-1上的钻杆连接槽与打垫2上的螺纹口连接。

如图1和图2所示，所述穿心锤升降系统是由液压马达17、竖向设置在机架7上的传动链条8、分散设置在传动链条8外表面的3-5个伸缩舌推板9和设置在穿心锤侧面的伸缩舌16，在机架7上部和下部的上、下齿轮10、11，所述上、下齿轮10、11分别固定在机架距上下端100-150mm处，传动链条8为环形链条，上下部位分别套设在上、下齿轮10、11上。如图3所示，在穿心锤1的侧面对应安装有伸缩舌安装槽1-2，所述伸缩舌16通过弹性构件15(一般采用弹簧)安装在伸缩舌安装槽1-2内，所述伸缩舌16的横截面为矩形，在伸缩舌16上、下面分别设有直线轴承16-1，并通过直线轴承16-1与开设在穿心锤1上的伸缩舌安装槽1-2内槽面接触，在伸缩舌16靠近穿心锤1的一端开设有伸缩舌推槽16-2，在伸缩舌16上设有伸缩舌触控按钮14，所述伸缩舌触控按钮14是由下部的楔形插块14-1和上部的弹性按钮14-2组成。所述液压马达17固定在机架7上端，传动链条8在液压马达17和传动齿轮的带动下沿着机架7竖向传动，并在竖向传送中通过其传动链条8上的伸缩舌推板9推动伸出伸缩舌安装槽1-2的伸缩舌16带动穿心锤1沿着导向杆3向上移动，在穿心锤1移动至伸缩舌触控按钮14与导向杆上端的穿心锤限位板4接触时，在穿心锤限位板4的压力下其下部的楔形插块14-1对应插入伸缩舌推槽16-2内，推动伸缩舌16伸入伸缩舌安装槽1-2内，并与伸缩舌推板9脱离，穿心锤停止上升，在重力作用下沿着导向杆3向下移动；在穿心锤1向下移动至伸缩舌触控按钮14与导向杆上端的穿心锤限位板4脱离时，下部的楔形插块14-1在上部弹性按钮14-2的带动下自动复位脱离伸缩舌推槽16-2，伸缩舌16在弹性构件15的作用下伸出伸缩舌安装槽1-2，且在穿心锤1从导向杆3最上端下降至打垫2的过程中，未有伸缩舌推板9传送至穿心锤1移动的位置处。

为了确保在穿心锤1从导向杆3最上端下降至打垫2的过程中，没有伸缩舌推板9传送至穿心锤1移动的位置处，两相邻伸缩舌推板9之间的距离等于穿心锤1沿着导向杆3向上移动的距离与穿心锤1在自重条件下沿着导向杆3最上端下降至打垫2的时间内液压马达以测试允许的最大转速带动链条8移动的距离之和。为了方便安装和拆卸，所述伸缩舌推板9可以采用T形挂钩，T形挂钩的横向挂杆宽度比传动链条8宽10-15mm，左侧中间开与链条8等宽槽，所述伸缩舌推板9竖向安装在传动链条8上，开槽一侧的横向挂杆挂设在传动链条8的连接栓上，其竖向杆贴覆在传动链条8的表面，另一端的横向挂杆伸出传动链条8，并在伸缩舌16伸出伸缩舌安装槽1-2时，置于伸缩舌16下方推动穿心锤1沿着导向杆3向上移动。

如图1和图2所示，所述安全标准贯入试验装置还包括贯入深度与锤击数检测显示装置，该装置是由带有检测显示控制箱18、设置在穿心锤限位板4上的接近计数传感器5、设置在机架7上的拉线位移传感器6、设置在检测显示控制箱18内的检测储存电路、语音提示装置及移动电源组成，所述检测显示控制箱18固定在机架7的下部，拉线位移传感器6固定在机架7上部横梁中间，其拉线端接在导向杆3顶端，接头处可相对旋转，所述接近计数传感器5和拉线位移传感器6均通过通信电缆连接到检测显示控制箱18。所述贯入深度与锤击数检测显示装置主要是用于检测和显示贯入深度和锤击计数，由接近计数传感器5、拉线位移传感器6、检测储存电路及移动电源组成，检测显示控制箱18可以固定在机架左侧下部。所述接近计数传感器5主要用于检测锤击数，通过程序设定计数传感器5第一次检测到穿心锤到达最高点时系统清零，以计数通道作参比变量记录贯入量，之后穿心锤1每次上升至最高位与接近计数传感器5靠近时，接近计数传感器5将计数信号传递给检测显示控制箱18，进行计数；拉线位移传感器6主要用来检测贯入深度。

本实用新型的工作过程：本实用新型使用之前先在室内进行加载运行调试，确保各部件运行正常，反复调整限位穿心锤限位板4与触控钮14的相对位置，确保穿心锤1的落距为760±20mm；反复调整计数传感器5位置，保证既能正常计数又有安全间隙；分别测定传统方法与本方法在打垫上的能量，当二者能量差不大于1％时无需调整；当二者能量差大于1％时，微增落距或锤重，使二者打击的能量差不大于1％。具体使用时，当钻机钻进到某一预定标准贯入试验深度时，停止钻进，将钻机的钻杆及钻头提出钻孔，并将标准贯入器12连接到钻杆13上，用钻卷扬机将其吊入到钻孔内，边放边接钻杆，当到预定标准贯入试验深度时，钻杆13高出孔口地面0.5-1m；并将本装置的液压马达17通过油管与液压源连接，开启检测显示控制箱18的电源后，按压一次复位健，启动液压马达17并调节油压，液压马达17通过上、下齿轮10、11带动链条8传动，分布在链条上的伸缩舌推板9向上推伸缩舌16，带动穿心锤1向上移动，当移动高度达到760mm时，触控钮14使伸缩舌16回缩，穿心锤1沿导向杆3自由下落击打打垫2，并通过打垫2和钻杆23对贯入器22施加贯入力，完成穿心锤1击打标准贯入器的工作；在击打过程中，通过接近计数传感器5和拉线位移传感器6将锤击次数以及贯入位移检测后传到检测显示控制箱18内，通过控制箱内的检测储存电路自动实时记录并显示实锤击数N与贯入量H(cm)，当贯入深度H首次达到或超过15cm时，检测显示控制箱内置扬声器发出语音提示”预打完成”，同时N、H值归零重新开始记数显示，当记录的H值达到或超过30cm时，结束试验，数据自动存储，同时语音提示本次试验结束；显示窗除显示实时数据外，可通过按键设置显示常用的形式；如:预打0-15cm的击数，0-10cm击数、10-20cm击数、20-30cm击数等；试验结束后，关闭液压马达17，卸掉连接钻杆13后，使液压马达17慢速反转，让穿心锤1下落到托板7-1上，并用卷扬机将钻孔内钻杆13吊出，卸下标准贯入器12洗干净备用，并用塑料袋留扰动样。

采用本试验装置的优点是：模块设计，结构简单，使用方便，安全性能高，自动贯入，自动记录，实时显示，实用性强。