一种混凝土桩基用取样设备的制作方法

本发明涉及混凝土桩基检测的技术领域，尤其是涉及一种混凝土桩基用取样设备。

背景技术：

混凝土桩基检测的主要方法有静载试验、钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法等几种，其中钻芯法具有科学、直观、实用等特点，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。一次完整、成功的钻芯检测，可以得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性的情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。

目前的钻芯取样还是以人工操作为主，取样位置多，劳动强度大，取样时间长，尤其是取样过程中的取样钻头容易出现晃动，导致样块的结构强度发生改变，无法准确的反映混凝土桩基的实际参数。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种混凝土桩基用取样设备，该取样设备使用了自动化的取样方式，取样速度快，取样过程中取样器稳定工作，不会影响样块的内部结构。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种混凝土桩基用取样设备，包括：

底座；

环形轨道，设在底座上；

圆环，与环形轨道插接；

固定螺栓，设在圆环上，用于将圆环固定在环形轨道上；

回转支承，设在圆环上；

取样部分，设在回转支承上；

第一驱动装置，用于驱动回转支承转动；以及

控制系统，与取样部分和第一驱动装置进行信号交互。

通过采用上述技术方案，第一驱动装置驱动回转支承转动，回转支承转动时带动取样部分绕着穿过环形轨道的混凝土桩基转动，调整取样部分与混凝土桩基的相对位置，这样可以在任意位置对混凝土桩基进行取样，取样速度快，自动化程度高。取样部分安装在回转支承上，和传统的人工手持相比，整个取样过程中的晃动程度更小，也更加稳定，不会破坏样件的内部结构，可以使样件能够更加准确的反映混凝土桩基的实际情况。

本发明进一步设置为：所述环形轨道包括固定在底座上的第一半圆轨道和插接在第一半圆轨道上的第二半圆轨道。

通过采用上述技术方案，环形轨道由第一半圆轨道和第二半圆轨道两部分组成，第二半圆轨道可以从第一半圆轨道上拆下来，这样在放置混凝土桩基时，可以将第二半圆轨道从第一半圆轨道上取下来，将混凝土桩基放置在第一半圆轨道上后在将第二半圆轨道装回。和将混凝土桩基吊起后在插入到环形轨道内相比，这种方式的操作更加简单，还能够避免第一半圆轨道和第二半圆轨道被撞坏。

本发明进一步设置为：所述第一驱动装置包括伺服电机和设在伺服电机转轴上的第一齿轮；

所述第一齿轮与回转支承啮合；

所述伺服电机的控制端与控制系统连接。

通过采用上述技术方案，伺服电机转动时，通过第一齿轮驱动回转支承转动，伺服电机的转动精度高，可以驱动回转支承转动任意角度，从而使取样部分能够在混凝土桩基的任意位置上进行取样。

本发明进一步设置为：所述取样部分包括设在回转支承上的底座、与底座滑动连接的滑台、设在滑台上的取样电机、设在取样电机转轴上的取样器和设在底座上的电缸；

所述电缸的活塞杆铰接在滑台上，用于推动滑台在底座上滑动；

所述取样电机和电缸的控制端均与控制系统连接。

通过采用上述技术方案，电缸通过推动滑台在底座上滑动，带动取样器向靠近或者远离环形轨道中心处的方向移动，使取样器完成取样工作。电缸使用电作为动力源，不需要额外配备压缩空气源或者液压站，可以起到简化结构和降低制造成本的作用。

本发明进一步设置为：还包括水箱、与水箱连接的水泵、设在滑台上的喷嘴和将水泵与喷嘴连接起来的水管；

所述喷嘴朝向取样器。

通过采用上述技术方案，水箱中的水通过水泵、水管和喷嘴喷到取样器上，这样既能够降低取样器在工作过程中的温度，延长取样器的使用寿命，还可以抑制取样过程中产生的粉尘。

本发明进一步设置为：还辅助部分；

所述辅助部分包括辅助小车、设在辅助小车上的支架、设在支架上的固定套和设在固定套上的第一固定装置；

所述液压固定装置的活塞杆穿过固定套后伸入到固定套内部。

通过采用上述技术方案，辅助小车可以将混凝土桩基的另一端拖起来并拉动混凝土桩基移动，混凝土桩基在移动过程中其与取样器的相对位置也会发生改变，可以使取样器在沿混凝土桩基轴线方向上都可以进行取样，这样可以进一步提高取样器的覆盖范围和取样的自动化程度。

本发明进一步设置为：所述辅助部分的数量为两个以上。

通过采用上述技术方案，多个辅助部分同时对混凝土桩基进行支撑，多点支撑的方式更加稳固，能够进一步提高混凝土桩基在取样和移动过程中的稳定性。

本发明进一步设置为：所述固定套压在支架上；

所述辅助小车上设有电动举升装器，所述电动举升装器的活塞杆连接在固定套上，用于推动固定套在竖直方向上移动；

电动举升装器的控制端与控制系统连接。

通过采用上述技术方案，电动举升器能够通过固定套将混凝土桩基举起来，这样混凝土桩基在移动时，不会与环形轨道发生接触，一方面能够降低移动过程中的阻力，另一方面也能够降低环形轨道的磨损，延长环形轨道的使用寿命。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.第一驱动装置驱动回转支承转动，回转支承转动时带动取样部分绕着穿过环形轨道的混凝土桩基转动，调整取样部分与混凝土桩基的相对位置，这样可以在任意位置对混凝土桩基进行取样，取样速度快，自动化程度高。取样部分安装在回转支承上，和传统的人工手持相比，整个取样过程中的晃动程度更小，也更加稳定，不会破坏样件的内部结构，可以使样件能够更加准确的反映混凝土桩基的实际情况。

2.环形轨道由第一半圆轨道和第二半圆轨道两部分组成，第二半圆轨道可以从第一半圆轨道上拆下来，这样在放置混凝土桩基时，可以将第二半圆轨道从第一半圆轨道上取下来，将混凝土桩基放置在第一半圆轨道上后在将第二半圆轨道装回。和将混凝土桩基吊起后在插入到环形轨道内相比，这种方式的操作更加简单，还能够避免第一半圆轨道和第二半圆轨道被撞坏。

3.电缸通过推动滑台在底座上滑动，带动取样器向靠近或者远离环形轨道中心处的方向移动，使取样器完成取样工作。电缸使用电作为动力源，不需要额外配备压缩空气源或者液压站，可以起到简化结构和降低制造成本的作用。

4.辅助小车可以将混凝土桩基的另一端拖起来并拉动混凝土桩基移动，混凝土桩基在移动过程中其与取样器的相对位置也会发生改变，可以使取样器在沿混凝土桩基轴线方向上都可以进行取样，这样可以进一步提高取样器的覆盖范围和取样的自动化程度。

5.电动举升器能够通过固定套将混凝土桩基举起来，这样混凝土桩基在移动时，不会与环形轨道发生接触，一方面能够降低移动过程中的阻力，另一方面也能够降低环形轨道的磨损，延长环形轨道的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种立体结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种底座、环形轨道、圆环和回转支承立体的结构示意图。

图3是基于图2的三维爆炸图。

图4是本发明实施例提供的一种取样部分的立体结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种辅助部分的立体结构示意图。

图6是基于图5的内部结构示意图。

图7是本发明实施例提供的一种控制原理示意图。

图中，11、底座，12、环形轨道，13、圆环，14、固定螺栓，15、回转支承，16、取样部分，17、第一驱动装置，18、控制系统，121、第一半圆轨道，122、第二半圆轨道，161、底座，162、滑台，163、取样电机，164、取样器，165、电缸，166、水箱，167、水泵，168、喷嘴，169、水管，171、伺服电机，172、第一齿轮，2、辅助部分，21、辅助小车，22、支架，23、固定套，24、第一固定装置，25、第二固定装置，31、电动举升装器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明实施例公开的一种混凝土桩基用取样设备，主要由底座11、环形轨道12、圆环13、回转支承15、取样部分16和控制系统18等几部分组成。

底座11放置在地面上，作为整个设备的主体。环形轨道12固定在底座11上，其轴线水平设置。

参照图1和图2，圆环13与环形轨道12插接，具体的连接方式为在环形轨道12的外侧面上均布有插槽或者插块，对应的在圆环13的内侧面上均布有与插槽相匹配的连接块或者与插块相匹配的连接槽。连接时，圆环13直接套在环形轨道12上。

参照图2和图3，固定螺栓14的数量为多个，与圆环13螺纹连接，圆环13与环形轨道12连接时，固定螺栓14的螺杆抵接在环形轨道12上或者拧入环形轨道12上的螺纹孔内，将圆环13固定在环形轨道12上。

回转支承15主要由内圈和外圈组成，外圈螺栓连接在圆环13上，内圈能够相对于外圈自由转动。

在回转支承15与环形轨道12之间增加圆环13的原因在于回转支承15需要较高的安装精度，而环形轨道12在与混凝土桩基发生接触的过程中会逐渐变形，并且可能出现碰撞和大幅度震动等情况，这些情况会使环形轨道12出现较为严重的变形，环形轨道12的精度无法得到保证。

增加圆环13后，可以对圆环13进行精加工，对环形轨道12进行粗加工，一方面可以降低加工成本，另一方面可以将单独对圆环13进行修复，同时圆环13也能够吸收一部分环形轨道12的变形，降低回转支承15受到的影响。

第一驱动装置17安装在底座11、环形轨道12或者圆环13上，用于驱动回转支承15的内圈转动，二者之间的传动方式可以是齿轮传动或者摩擦轮传动。

取样部分16安装在回转支承15的内圈上，能够随着内圈的转动而移动。

控制系统18是取样设备的中枢，用于与取样部分16和第一驱动装置17进行信号交互，使第一驱动装置17能够带动回转支承15的内圈转动并使取样部分16能够在混凝土桩基上完成取样。

取样过程中，首先将混凝土桩基的一头放置到环形轨道12内，然后在混凝土桩基与环形轨道12内壁的缝隙处塞入钢筋等，使二者相对静止。

接着控制系统18向第一驱动装置17发出信号，第一驱动装置17开始工作，驱动回转支承15转动。回转支承15转动时带动取样部分16移动，取样部分16移动到指定位置后停止。

取样部分16停止移动后开始对混凝土桩基进行钻孔取样，取样完成后，第一驱动装置17再次动作，通过回转支承15将取样部分16带到下一个取样位置，取样部分16继续进行钻孔取样。该过程重复进行，直至取样数量达到要求。

参照图2和图3，环形轨道12由第一半圆轨道121和第二半圆轨道122两部分组成，其中第一半圆轨道121固定在底座11上，第二半圆轨道122插接在第一半圆轨道121上，具体的插接方式为：第一半圆轨道121上设有盲孔，第二半圆轨道122设有与盲孔相匹配的销轴，插接时使销轴插入到对应的盲孔内，就可以将第一半圆轨道121和第二半圆轨道122连接在一起。这样在放置混凝土桩基的过程中，可以先将第二半圆轨道122取下来，将混凝土桩基从上方直接放入到第一半圆轨道121上，然后再将第二半圆轨道122装回。

这样能够避免混凝土桩基的水平移动，一方面混凝土桩基的放入难度更低，另一方面也能够避免混凝土桩基与第一半圆轨道121和第二半圆轨道122发生碰撞。

参照图2，第一驱动装置17由伺服电机171和键连接在伺服电机171转轴上的第一齿轮172两部分组成，第一齿轮172与回转支承15，用于驱动回转支承15转动。

进一步地，伺服电机171安装在底座11上。

参照图4，取样部分16由底座161、滑台162、取样电机163、取样部分164和电缸165等组成，其中底座161用螺栓固定在回转支承15上，能够随着回转支承15的转动而移动。滑台162与底座161滑动连接，其滑动方向垂直于回转支承15的轴线，具体的说，滑台162可以向靠近或者远离回转支承15中心处的方向移动。

取样电机163螺栓固定在滑台162上，能够随着滑台162的移动而移动。取样部分164固定安装在取样电机163的转轴上，能够随着转轴的转动而转动。

电缸165的主体部分固定在底座161上，其活塞杆铰接在滑台162上，能够推动滑台162在底座161上往复滑动。

工作过程中，取样电机163首先启动，带动取样部分164高速转动，接着电缸165动作，推动滑台162向靠近回转支承15中心处的方向移动。随着滑台162的移动，取样部分164开始与混凝土桩基接触。

取样部分164与混凝土桩基接触的过程中，通过切割在混凝土桩基上形成钻孔，随着电缸165的推动，钻孔的深度不断增加，钻孔深度增加到满足要求后停止。此时钻孔内的部分与混凝土桩基主体之间出现缝隙，钻孔内的部分就是最终的样件，将其取下后写上编号，就可以送往实验室进行检测。

参照图2，取样过程中，取样部分164与混凝土桩基高速摩擦，会产生大量的粉尘，取样部分164的温度也会升高。为了解决该问题，增加了水箱166、水泵167、喷嘴168和水管169等，水箱166和水泵167均放置在地面上，喷嘴168固定在滑台162上，开口朝向取样部分164。

水泵167与喷嘴168通过水管169连接，水泵167还与水箱166连接。工作过程中，水泵167启动，将水箱166内的水通过水管169送入喷嘴168，喷嘴168内的水喷到取样部分164与混凝土桩基的结合处。水能够将取样部分164与混凝土桩基摩擦过程中产生的热量带走，还能够抑制摩擦过程中产生的扬尘。

参照图1和图5，为了进一步提高取样的自动化程度，使用辅助部分2来带动混凝土桩基移动。辅助部分2主要由辅助小车21、螺栓固定或者焊接在辅助小车21上的支架22、设在支架22上的固定套23和设在固定套23上的第一固定装置24等组成，固定套23可以直接压在支架22上或者在支架22上放置几根立柱，然后将固定套23直接插在立柱上。

第一固定装置24可以是螺栓、丝杠或者电动伸缩杆中的任意一种，数量为多个，均布在固定套23的外壁上。螺栓或者丝杠的一端穿过固定套23的外壁，电动伸缩杆的活塞杆穿过固定套23的外壁。

第一固定装置24的作用是将混凝土桩基固定在固定套23上，使其能够随着辅助小车21的移动而移动。

取样过程中，混凝土桩基的一端插入到固定套23内，第一固定装置24将混凝土桩基固定在固定套23上，此时辅助小车21移动，就能够拉动混凝土桩基随着一起移动。混凝土桩基在移动的过程中，取样器64与混凝土桩基的相对位置发生改变，可以使取样器64在混凝土桩基的任意位置上进行取样。

使用辅助部分2后，取样器64可以在混凝土桩基的周向和轴向上进行取样，取样范围更广。

进一步地，辅助部分2的数量为两个以上。因为混凝土桩基的长度较长，使用多个辅助部分2能够对混凝土桩基进行多点支撑，可以提高混凝土桩基在移动和取样过程中的稳定性。

参照图6，同时为了避免混凝土桩基与环形轨道12发生摩擦，在辅助小车21上加装了电动举升装器31，电动举升装器31的主体部分固定安装在辅助小车21上，其活塞杆铰接在固定套23上。

电动举升装器31工作时，可以推动固定套23在竖直方向上移动，进而带动放置在固定套23内的混凝土桩基在竖直方向上移动。这样可以在混凝土桩基移动的过程中先将其举起，避免与环形轨道12发生摩擦。

其中，电动举升装器31可以是电缸、电动液压缸和丝杠升降机中的任意一种。

参照图7，取样电机163、电缸165、水泵167、伺服电机171和电动举升装器31等均与控制系统18连接，控制系统18的核心部分为可编程控制器，具体的说是plc或者dcs，plc或者dcs内存储有程序，用于驱动电机163、电缸165、水泵167、伺服电机171和驱动电机31等动作。

取样电机163和水泵167的动力端与接触器连接，接触器的控制端与继电器连接，继电器的控制端与可编程控制器连接。可编程控制器通过继电器控制接触器的闭合与断开，从而实现取样电机163和水泵167的启停。

电缸165和电动举升装器31的控制电路与取样电机163的控制电路类似，区别在于电缸165和驱动电机31的控制电路上增加了换向器，换向器的作用是改变电流方向，从而实现电缸165和电动举升装器31的伸缩。

伺服电机171的控制需要使用伺服放大器，伺服放大器与可编程控制器连接，将可编程控制器发出的数字信号转换为电信号后发送给伺服电机171，使伺服电机171做出相应的动作。

图中的电源是一个广义上的电源，为可编程控制器、取样电机163、电缸165、水泵167、伺服电机171和电动举升装器31等提供电力，在实际的生产过程中，还需要根据各部分的电压配备变压器等元器件。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。