一种公路工程路用取土样装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及公路施工技术领域，尤其涉及一种公路工程路用取土样装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着公路交通的不断发展和进步，公路工程中基础土层的情况直接关系到公路的建设质量。因此，在公路工程施工的前期及施工过程中，需要按其技术要求对公路工程原始地面以下的路基土样进行取样分析，以确保公路的建设质量。授权公告号为cn205593778u的中国专利公开了一种公路工程路用取土样装置，包括旋转控制装置和固定圆盘，所述旋转控制装置固定安装在操作手柄的下方，所述旋转控制装置的下方安装有第一旋转轴，且第一旋转轴上设置有旋转弹簧，所述旋转弹簧的外侧安装有支撑连接杆，所述支撑连接杆的下方设置有下固定座，所述固定圆盘固定安装在下固定座的下方。本实用新型的有益效果是：该取样装置可在取土后的一瞬间将取得的土壤进行密封保存，左土样取样装置会在土壤取出时，进行闭合，在通过固定卡，左土样取样装置和右土样取样装置进行固定，不接触空气，有利于后期的分析。
3.现有的取样装置通常通过人力向下移动旋转钻头，导致操作较为费力，取样效率较低，且当遇到比较坚硬的土层时，仅靠人力难以使取样设备伸入到规定要求的距离，影响的取样的效果，此外，在对坚硬土层或岩层进行冲击钻取时，一味地向下冲击容易造成钻头卡死在坚硬土层或岩层中，甚至会损坏钻头，因此我们提出了一种公路工程路用取土样装置及其使用方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有的取样装置通常通过人力向下移动旋转钻头、导致操作较为费力、取样效率较低、且当遇到比较坚硬的土层时、仅靠人力难以使取样设备伸入到规定要求的距离、影响的取样的效果的缺点，而提出的一种公路工程路用取土样装置及其使用方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种公路工程路用取土样装置，包括底座、取样筒和钻头，所述底座底部四角均固定安装有万向轮，所述底座的顶部一侧固定安装有支撑板，所述取样筒底部为开口设置，所述取样筒一侧固定安装有套板，所述套板滑动套接在支撑板的外侧，所述取样筒一侧顶部设有出料孔，所述取样筒顶部固定安装有电机并开设有圆形孔，所述圆形孔内转动安装有圆柱，所述圆柱外侧固定套接有第一绞龙，所述圆柱顶端开设有方形孔，所述方形孔内滑动安装有方形杆，所述方形杆底端设有钻头，所述方形杆顶端固定安装有推板，所述电机输出轴上固定连接有竖轴，所述竖轴上固定安装有第一齿轮和第一锥齿轮，所述圆柱外侧固定套接有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，所述取样筒一侧顶部固定安装有固定板，所述固定板一侧开设有横向孔，所述横向孔内转动安装有横轴，所述横轴上固定安装有
凸轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，所述凸轮与推板顶部滚动连接，所述圆柱上设有扭矩传感器，所述底座上设有控制器，所述控制器含有信号接收模块、处理分析模块和控制模块，所述电机和扭矩传感器均与控制器连接；
7.所述钻头的顶部开设有竖向槽，所述方形杆的底端固定安装有连接板，所述连接板滑动安装在竖向槽内，所述竖向槽的两侧内壁上均开设有通孔，所述通孔内滑动安装有滑板，两个滑板相互远离的一侧均固定安装有粉碎锥杆，两个滑板相互靠近的一侧均固定安装有梯形板，所述连接板的底部固定安装有两个支架，所述支架内转动安装有滚轮，两个滚轮分别与对应的梯形板的顶部滚动连接，两个梯形板相互远离的一侧均固定连接有横向弹簧，所述竖向槽的两侧内壁上均开设有横向槽，两个横向弹簧相互远离分别与对应的横向槽的一侧内壁固定连接，且所述竖向槽的两侧内壁上均固定安装有均固定安装有侧板，所述侧板顶部固定安装有竖向弹簧，两个竖向弹簧的顶端均与连接板的底部固定连接。
8.优选的，所述取样筒顶部固定安装有竖板，所述横轴一端固定安装有蜗杆，所述竖板前侧转动安装有第三齿轮，所述第三齿轮前侧固定安装有蜗轮，所述蜗轮与蜗杆相啮合，所述支撑板一侧开设有安装槽，所述安装槽内固定安装有齿条，所述齿条与第三齿轮相啮合。
9.优选的，所述横轴一端固定安装有第一带轮，所述取样筒的出料孔内部顶部连通有出料筒，所述出料筒内转动安装有连接轴，所述连接轴外侧固定安装有第二绞龙，所述连接轴一端固定安装有第二带轮，所述第一带轮与第二带轮上传动安装有同一皮带，所述出料筒底部一侧连通有出料管，所述横轴另一端通过电磁离合器与连接轴活动连接，所述电磁离合器与控制器连接。
10.优选的，所述推板底部固定连接有两个压簧，两个所述压簧的一端均与圆柱顶端固定连接。
11.优选的，所述取样筒一侧固定安装有托板，所述托板顶部开设有凹槽，所述凹槽内放置有收集框，所述收集框设置在出料管的正下方，且收集框顶部为开口设置，所述托板一侧开设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹安装有螺纹杆，所述螺纹杆一端与收集框一侧活动抵接。
12.优选的，所述取样筒顶部固定安装有定位板，所述定位板转动套接在横轴的外侧。
13.优选的，所述圆柱外侧固定套接有第一限位圈和第二限位圈，所述第一限位圈与取样筒顶部活动抵接，所述第二限位圈与取样筒顶部内壁活动抵接。
14.优选的，所述固定板一侧固定安装有横板，所述横板转动套接在竖轴的外侧。
15.本发明还提供了一种公路工程路用取土样装置的使用方法，包括以下步骤：
16.s1：通过底座底部的万向轮的滚动将设备移动到工作位置；
17.s2：通过控制器开启电机，电机输出轴带动竖轴转动，通过第一齿轮和第二齿轮的啮合传动带动圆柱转动，圆柱通过方形孔与方形杆的滑动配合带动方形杆转动，方形杆通过连接板带动钻头转动，同时竖轴通过第一锥齿轮和第二锥齿轮的啮合传动带动横轴转动，横轴通过蜗杆和涡轮的啮合传动及第三齿轮和齿条的啮合传动带动竖板和取样筒向下运动，从而使得钻头转动的同时向下运动对地面进行钻孔并使钻取的土壤进入取样筒，从而降低了人力控制取样筒向下造成的人力消耗；
18.s3：横轴转动的同时带动凸轮转动，凸轮通过与推板的抵接推动推板向下运动并
使压簧处于压缩状态，凸轮继续转动，推板在压簧的弹力作用下复位反向滑动，凸轮持续转动，从而带动推板和方形杆上下往复震动，方形杆通过连接板和竖向弹簧带动钻头进行上下震动，同时连接板上下震动的同时通过支架带动滚轮上下震动，滚轮通过对梯形板的挤压并在横向弹簧的作用下带动两个梯形板横向震动，两个梯形板分别通过对应的滑板带动两个粉碎锥杆进行横向震动，从而在遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过钻头的高速转动和上下震动以及粉碎锥杆的转动和横向震动对土层进行疏松，降低钻取的难度；
19.s4：通过扭矩传感器获取圆柱的扭矩，并通过信号接收模块将扭矩信号传送至控制器，处理分析模块对接收的扭矩信号进行处理并与设定阈值对比分析，当扭矩大于设定阈值时，此时土层或岩层硬度较大使得钻头难以破开土层或岩层，控制模块驱动电机反转，使钻头向上进行短距离移动，随后控制电机正转，使钻头再次向下钻动取样，反复驱动电机正反转，直至扭矩传感器获取的扭矩信号小于设定阈值，提高钻取效率的同时保护钻头，在控制电机正反转的同时，对应控制电磁离合器通电和断电，确保钻头在攻破坚硬土层或岩层时出料筒中的土样不会退回至取样筒中；
20.s5：取样完成后，通过控制电机输出轴反转，带动取样筒向上运动对取样筒进行复位，通过旋转螺纹杆带动螺纹杆向远离收集框的一侧运动，从而便于拿出收集框，以便于对其内部收集的土壤进行检测。
21.与现有技术相比，本发明中提供了一种公路工程路用取土样装置及其使用方法，具备以下有益效果：
22.(1)本发明通过设置的方形杆、钻头和蜗轮蜗杆及齿轮齿条传动副的配合，使得驱动钻头转动的同时向下运动对地面进行钻孔并使钻取的土壤进入取样筒，从而降低了人力控制取样筒向下造成的人力消耗；
23.(2)本发明通过设置的凸轮和滚轮、梯形板及粉碎锥杆的紧密配合，在钻头的高速转动的同时，凸轮通过推板推动方形杆和钻头上下往复震动，并通过滚轮的上下往复震动推动粉碎锥杆横向往复震动，从而使得装置在遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过钻头的高速转动和上下震动以及粉碎锥杆的横向震动对土层进行疏松，降低钻取的难度；
24.(3)本发明通过设置的扭矩传感器，可通过获取的扭矩信号判断土层或岩层的硬度，当遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过电机反复正反转来带动钻头上下短距离往复运动，从而提高对坚硬土层或岩层的钻取效率，同时可以保护钻头，避免钻头卡死或损坏。
附图说明
25.图1为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的结构示意图；
26.图2为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的剖视图；
27.图3为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的a部分的结构示意图；
28.图4为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的b部分的结构示意图；
29.图5为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的c部分的结构示意图；
30.图6为本发明提出的一种公路工程路用取土样装置的d部分的结构示意图；
31.图7为本发明提出的圆柱和方形杆的俯视图。
32.图中：1、底座；2、取样筒；3、支撑板；4、套板；5、竖板；6、电机；7、圆柱；8、方形孔；9、方形杆；10、钻头；11、第一绞龙；12、第二绞龙；13、推板；14、横轴；15、蜗杆；16、凸轮；17、压
簧；18、第一齿轮；19、第二齿轮；20、竖轴；21、第一锥齿轮；22、第二锥齿轮；23、出料筒；24、连接轴；25、第三齿轮；26、蜗轮；27、齿条；28、定位板；29、托板；30、收集框；31、第一带轮；32、第二带轮；33、皮带；34、固定板；35、横板；36、螺纹杆；37、第一限位圈；38、第二限位圈；39、出料管；40、竖向槽；41、连接板；42、滚轮；43、梯形板；44、滑板；45、粉碎锥杆；46、横向弹簧；47、竖向弹簧；48、连接轴；49、电磁离合器。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.参照图1
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7，一种公路工程路用取土样装置，包括底座1、取样筒2和钻头10，底座1底部四角均固定安装有万向轮，底座1的顶部一侧固定安装有支撑板3，取样筒2底部为开口设置，取样筒2一侧固定安装有套板4，套板4滑动套接在支撑板3的外侧，取样筒2一侧顶部设有出料孔，取样筒2顶部固定安装有电机6并开设有圆形孔，圆形孔内转动安装有圆柱7，圆柱7外侧固定套接有第一绞龙11，圆柱7顶端开设有方形孔8，方形孔8内滑动安装有方形杆9，方形杆9底端设有钻头10，方形杆9顶端固定安装有推板13，电机6输出轴上固定连接有竖轴20，竖轴20上固定安装有第一齿轮18和第一锥齿轮21，圆柱7外侧固定套接有第二齿轮19，第一齿轮18与第二齿轮19相啮合，取样筒2一侧顶部固定安装有固定板34，固定板34一侧开设有横向孔，横向孔内转动安装有横轴14，横轴14上固定安装有凸轮16和第二锥齿轮22，第一锥齿轮21与第二锥齿轮22相啮合，凸轮16与推板13顶部滚动连接，圆柱7上设有扭矩传感器，底座1上设有控制器，所述控制器含有信号接收模块、处理分析模块和控制模块，电机6和扭矩传感器均与控制器连接；通过钻头10的高速转动及凸轮16对钻头10的上下震动对土层进行冲击疏松，降低钻取坚硬土层的难度，并通过扭矩传感器获取圆柱7的扭矩来判断土层或岩层的硬度，当土层或岩层的硬度较大时，则控制电机6反复正反转来带动钻头10上下短距离往复运动，从而提高对坚硬土层或岩层的钻取效率，同时保护钻头10，避免钻头10卡死或损坏。
36.钻头10的顶部开设有竖向槽40，方形杆9的底端固定安装有连接板41，连接板41滑动安装在竖向槽40内，竖向槽40的两侧内壁上均开设有通孔，通孔内滑动安装有滑板44，两个滑板44相互远离的一侧均固定安装有粉碎锥杆45，两个滑板44相互靠近的一侧均固定安装有梯形板43，连接板41的底部固定安装有两个支架，支架内转动安装有滚轮42，两个滚轮42分别与对应的梯形板43的顶部滚动连接，两个梯形板43相互远离的一侧均固定连接有横向弹簧46，竖向槽40的两侧内壁上均开设有横向槽，两个横向弹簧46相互远离分别与对应的横向槽的一侧内壁固定连接，且竖向槽40的两侧内壁上均固定安装有均固定安装有侧板，侧板顶部固定安装有竖向弹簧47，两个竖向弹簧47的顶端均与连接板41的底部固定连接，连接板41上下震动的同时通过支架带动滚轮42上下震动，滚轮42通过对梯形板43的挤压并在横向弹簧46的作用下带动两个梯形板43横向震动，两个梯形板43分别通过对应的滑
板44带动两个粉碎锥杆45进行横向震动，从而在遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过钻头10的高速转动和上下震动以及粉碎锥杆45的转动的横向震动对土层进行疏松，降低钻取的难度。
37.进一步的，取样筒2顶部固定安装有竖板5，横轴14一端固定安装有蜗杆15，竖板5前侧转动安装有第三齿轮25，第三齿轮25前侧固定安装有蜗轮26，蜗轮26与蜗杆15相啮合，支撑板3一侧开设有安装槽，安装槽内固定安装有齿条27，齿条27与第三齿轮25相啮合。
38.进一步的，横轴14的一端固定安装有第一带轮31，取样筒2的出料孔内部顶部连通有出料筒23，出料筒23内转动安装有连接轴24，连接轴24外侧固定安装有第二绞龙12，连接轴24一端固定安装有第二带轮32，第一带轮31与第二带轮32上传动安装有同一皮带33，出料筒23底部一侧连通有出料管39，横轴14另一端通过电磁离合器49与连接轴48活动连接，电磁离合器49与控制器连接，通过两个绞龙的转动将钻取的土壤运输进入收集框30，从而实现土壤的自动取样，提升的取样工作的效率。
39.进一步的，推板13底部固定连接有两个压簧17，两个压簧17的一端均与圆柱7顶端固定连接，对推板13进行辅助支撑和复位。
40.进一步的，取样筒2一侧固定安装有托板29，托板29顶部开设有凹槽，凹槽内放置有收集框30，收集框30设置在出料管39的正下方，且收集框30顶部为开口设置，便于对取样的土壤进行收集存放，托板29一侧开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹安装有螺纹杆36，螺纹杆36一端与收集框30一侧活动抵接，便于对收集框30进行固定。
41.进一步的，取样筒2顶部固定安装有定位板28，定位板28转动套接在横轴14的外侧，对横轴14进行转动定位。
42.进一步的，圆柱7外侧固定套接有第一限位圈37和第二限位圈38，第一限位圈37与取样筒2顶部活动抵接，第二限位圈38与取样筒2顶部内壁活动抵接，对圆柱7进行竖向运动限位。
43.进一步的，固定板34一侧固定安装有横板35，横板35转动套接在竖轴20的外侧，对竖轴20进行转动定位。
44.本实施例还提供了一种公路工程路用取土样装置的使用方法，包括以下步骤：
45.s1：通过底座1底部的万向轮的滚动将设备移动到工作位置；
46.s2：通过控制器开启电机6，电机6输出轴带动竖轴20转动，通过第一齿轮18和第二齿轮19的啮合传动带动圆柱7转动，圆柱7通过方形孔8与方形杆9的滑动配合带动方形杆9转动，方形杆9通过连接板41带动钻头10转动，同时竖轴20通过第一锥齿轮21和第二锥齿轮22的啮合传动带动横轴14转动，横轴14通过蜗杆15和涡轮26的啮合传动及第三齿轮25和齿条27的啮合传动带动竖板5和取样筒2向下运动，从而使得钻头10转动的同时向下运动对地面进行钻孔并使钻取的土壤进入取样筒2，从而降低了人力控制取样筒2向下造成的人力消耗；
47.s3：横轴14转动的同时带动凸轮16转动，凸轮16通过与推板13的抵接推动推板13向下运动并使压簧17处于压缩状态，凸轮16继续转动，推板13在压簧17的弹力作用下复位反向滑动，凸轮16持续转动，从而带动推板13和方形杆9上下往复震动，方形杆9通过连接板41和竖向弹簧47带动钻头10进行上下震动，同时连接板41上下震动的同时通过支架带动滚轮42上下震动，滚轮42通过对梯形板43的挤压并在横向弹簧46的作用下带动两个梯形板43
横向震动，两个梯形板43分别通过对应的滑板44带动两个粉碎锥杆45进行横向震动，从而在遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过钻头10的高速转动和上下震动以及粉碎锥杆45的转动的横向震动对土层进行疏松，降低钻取的难度；
48.s4：通过扭矩传感器获取圆柱7的扭矩，并通过信号接收模块将扭矩信号传送至控制器，处理分析模块对接收的扭矩信号进行处理并与设定阈值对比分析，当扭矩大于设定阈值时，此时土层或岩层硬度较大使得钻头10难以破开土层或岩层，控制模块驱动电机6反转，使钻头10向上进行短距离移动，随后控制电机6正转，使钻头10再次向下钻动取样，反复驱动电机6正反转，直至扭矩传感器获取的扭矩信号小于设定阈值，提高钻取效率的同时保护钻头10，在控制电机6正反转的同时，对应控制电磁离合器49通电和断电，确保钻头10在攻破坚硬土层或岩层时出料筒23中的土样不会退回至取样筒2中；
49.s5：取样完成后，通过控制电机6输出轴反转，带动取样筒2向上运动对取样筒2进行复位，通过旋转螺纹杆36带动螺纹杆36向远离收集框30的一侧运动，从而便于拿出收集框30，以便于对其内部收集的土壤进行检测。
50.本发明的工作原理为：通过电机6依次带动竖轴20、第一齿轮18、第二齿轮19、圆柱7、方形杆9和钻头10转动，同时电机6通过第一锥齿轮21和第二锥齿轮22的啮合传动带动横轴14转动，横轴14通过蜗杆15和涡轮26的啮合传动及第三齿轮25和齿条27的啮合传动带动竖板5和取样筒2向下运动，从而使得钻头10转动的同时向下运动对地面进行钻孔并使钻取的土壤进入取样筒2，从而降低了人力控制取样筒2向下造成的人力消耗；横轴14转动的同时带动凸轮16转动，通过凸轮16与推板13的抵接及压簧17的紧密配合，使得凸轮16带动推板13和方形杆9上下往复震动，方形杆9通过连接板41和竖向弹簧47带动钻头10上下震动，同时通过支架带动滚轮42上下震动，滚轮42通过对梯形板43的挤压并在横向弹簧46的作用下带动两个梯形板43及粉碎锥杆45横向震动，从而在遇到较为坚硬的土层或岩层时，通过钻头10的高速转动和上下震动以及粉碎锥杆45的横向震动对土层进行疏松，降低钻取的难度；然后，
51.通过扭矩传感器获取圆柱7的扭矩来判断土层或岩层的硬度，当扭矩大于设定阈值时，即土层或岩层的硬度较大时，控制电机6反复正反转来带动钻头10上下短距离往复运动直至扭矩传感器获取的扭矩信号小于设定阈值，从而提高对坚硬土层或岩层的钻取效率，同时保护钻头10，避免钻头10卡死或损坏；取样完成后，控制电机6反转，带动取样筒2向上运动对取样筒2进行复位，从托板29上取下收集框30，以便于对其内部收集的土壤进行检测。
52.本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。