一种海洋全自动球型触探装置

1.本发明涉及土木工程勘测设备技术领域，具体涉及一种海洋全自动球型触探装置。


背景技术：

2.在国家海洋强国的背景下，国家大力发展海洋经济、海洋科研，各类海洋工程的建设迫在眉睫，由于海洋地基环境的复杂性，海洋工程在设计和施工前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察工作，对海洋岩土进行分析，一般通过表层重力式取样、钻探取样、原位测试等手段，探测海底近表层沉积地层的结构特征，获取海底岩土的工程地质（包括物理、力学）性质，为海洋工程建设服务。
3.目前采用的触探装置，在勘测过程中一般为有线传输，且需要海面有工作船与其连接，由于海上状况复杂，导致勘探条件高，无法做到全天候勘探，且需有工作船与其搭配工作，导致探测的效率和广泛性低，勘探成本也相应提高，勘探完成后，需人工将勘探设备打捞至工作船，增加了工作量，因此在海洋工程勘测中急需一种新型装置，来实现高精度全方位自动化勘探，提高勘测的效率和广泛性，降低勘测的成本，从而推动海洋岩土工程的发展。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种海洋全自动球型触探装置，包括探杆箱、带动探杆箱上浮的上浮装置以及可拆卸连接在探杆箱底端的探头体，所述探杆箱内设有探杆、带动探杆上下移动的加压装置以及运送探杆装置，运送探杆装置包括运送机构和探杆安装机构，探杆安装机构滑动连接在运送机构上，探杆可拆卸设置在探杆安装机构上；所述加压装置设置在探杆箱内上方位置，加压装置与探头体位置相对应，所述运送机构带动探杆移动至探头体处，探杆位于探头体处时，探杆顶端与加压装置可拆卸连接，探杆底端通过探杆安装机构驱动与探头体可拆卸连接；所述探杆顶端可与另一个探杆底端可拆卸连接，多个探杆可通过加压装置和探杆安装机构驱动依次连接为长探杆；所述探杆有多个，每个探杆对应设置在一个探杆安装机构上，多个探杆通过探杆安装机构依次滑动连接在运送机构上。
5.优选的，所述加压装置包括受力平台、加压杆和加压齿轮，加压杆两侧沿长度方向设有链圈，加压齿轮有两个，两个加压齿轮分别位于加压杆的两侧，加压齿轮与链圈啮合，两个加压齿轮通过电机驱动；所述受力平台两端上各设有一个微型空气压缩机，微型空气压缩机输出端连接有半月板，两个微型空气压缩机带动两个半月板相对远离或靠近。
6.优选的，所述运转机构包括滑轨和移动轮，移动轮滑动连接在滑轨上，所述滑轨有
两根，两根滑轨平行设置，且每根滑轨上均设有多个移动轮，两根滑轨上的移动轮一一相对设置，相对设置的两个移动轮之间通过连接杆连接；所述探杆安装机构包括固定臂、夹环和液压杆，固定臂一端固定连接在连接杆上，固定臂另一端设有由第一电机驱动的第一齿轮，所述夹环为一段弧形结构，夹环外圈上沿周向设有齿条，第一齿轮与夹环外圈上的齿条啮合，夹环活动连接在固定臂上设有第一齿轮的一端，所述夹环两端各连接一个液压杆，两个液压杆输出端相对设置，两个液压杆输出端上各设有一个探杆夹；所述连接杆上设有第二电控箱，第二电控箱分别与第一电机、移动轮以及液压杆连接。
7.优选的，所述夹环上沿周向设有弧形滑轨，固定臂设置第一齿轮的一端设有u型槽，u型槽开口方向为远离连接杆的方向，第一齿轮设置在u型槽内靠近连接杆的一端，u型槽内远离连接杆的一端设有滑槽，滑槽与弧形滑轨的位置对应，滑槽滑动设置在弧形滑轨上。
8.优选的，所述移动轮卡在滑轨之上，滑轨表面设有橡胶涂层。
9.优选的，所述上浮装置为容腔结构，容腔结构中间设有可开合隔板，容腔结构通过隔板分离为上部容腔和下部容腔，上部容腔内放置有na2co3粉末，下部容腔内放置有稀盐酸溶液，隔板连接有用于控制隔板开合的隔板开关，上部容腔顶端连接有气球，上部容腔顶端设有出气孔，气球进气口覆盖出气孔，上部容腔与气球连通。
10.优选的，所述探杆顶端设有内螺纹，探杆底端设有外螺纹，内螺纹与外螺纹相匹配；所述探头体底端为探头，探头体顶端为探杆连接处，探杆连接处设有第一内螺纹，第一内螺纹与外螺纹相匹配。
11.优选的，探头体上可拆卸连接有孔压传感器；探头体与探杆箱连接处设有用于密封的橡胶圈。
12.优选的，所述探杆箱底端两侧设有支撑机构，支撑机构包括支撑架和稳固装置，支撑架一端与探杆箱连接，支撑架另一端与稳固装置连接，所述稳固装置包括壳体和设置在壳体内的第二齿轮和加固杆，加固杆长度方向垂直于探杆箱底面，加固杆两侧沿长度方向设有与第二齿轮匹配的链齿，第二齿轮与加固杆两侧链齿相啮合，第二齿轮通过第二电机驱动；所述壳体顶端设有密封空腔，密封空腔内设有第三电控箱，第三电控箱与第二电机连接，壳体底端设有用于加固杆进出的开口。
13.优选的，所述探杆箱连接有第一电控箱，第一电控箱与上浮装置和加压装置连接。
14.本发明具有以下有益效果：1、 本发明能够实现水下自动探测，不受海况影响，可自动进行探杆的加长、探杆与探头体的贯入和收回，且探测完成后可自动上浮，进行装置回收并读取探测数据，减少了人工干预，提高了探测的效率、便捷性以及广泛性。
15.2、 本发明的探头体为可拆卸连接，可根据需要布设其它类型的探头，本发明的孔压传感器也为可拆卸连接，可以更换其它类型的检测装置，能够提高勘测的灵活性。
16.3、 本发明无需为触探装置单独配备工作船，降低了勘测的成本。
附图说明
17.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明内部结构示意图；图3为本发明运送探杆装置结构示意图；图4为本发明夹环与固定臂连接关系示意图；图5为本发明上浮装置结构示意图；图6为本发明探杆结构示意图；图7为本发明探头体结构示意图。
18.图中标号：1-加压装置、101-加压杆、102-链圈、103-加压齿轮、104-加压平台、105-微型空气压缩机、106-半月板、2-第一电控箱、3-上浮装置、301-隔板开关、302-气球、303-上部容腔、304-下部容腔、4-探杆箱、5-支撑架、6-运送探杆装置、6001-滑槽、601-固定臂、602-连接杆、603-夹环、6031-弧形滑轨、604-移动轮、605-直角杆、606-探杆夹、607-液压杆、608-第二电控箱、609-第一齿轮、7-探杆、701-内螺纹、702-外螺纹、8-滑轨、9-探头体、10-孔压传感器、11-第一内螺纹、12-夹爪、13-稳固装置、14-橡胶涂层、15-壳体、16-开口、17-底板、18-密封空腔、19-加固杆、20-第二齿轮。
具体实施方式
19.为了使本发明的技术方案、目的和优点更加清楚明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明做进一步的描述，应当理解，所提供的的实施例仅仅为实现技术方案的一种方式，并不代表全部实施例，以本实施例为基础，本领域中的普通技术人员对本发明做出的任何没有创造性的实施例，都在本发明的保护范围内。
20.在本文中，“左、右、上、下”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。
21.结合附图1-7，一种海洋全自动球型触探装置，包括探杆箱4、带动探杆箱4上浮的上浮装置3以及可拆卸连接在探杆箱4底端的探头体9，所述探杆箱4内设有探杆7、带动探杆7上下移动的加压装置1以及运送探杆装置6，运送探杆装置6包括运送机构和探杆安装机构，探杆安装机构滑动连接在运送机构上，探杆7可拆卸设置在探杆安装机构上；所述加压装置1设置在探杆箱4内上方位置，加压装置1与探头体9位置相对应，所述运送机构带动探杆7移动至探头体9处，探杆7位于探头体9处时，探杆7顶端与加压装置1可拆卸连接，探杆7底端通过探杆安装机构驱动与探头体9可拆卸连接；所述探杆7顶端可与另一个探杆7底端可拆卸连接，多个探杆7可通过加压装置1和探杆安装机构驱动依次连接为长探杆；所述探杆7有多个，每个探杆7对应设置在一个探杆安装机构上，多个探杆7通过探杆安装机构依次滑动连接在运送机构上。
22.具体的，所述探杆箱4连接有第一电控箱2，第一电控箱2与上浮装置3和加压装置1连接，第一电控箱2包括电源和信号收发装置，为上浮装置3和加压装置1提供电源。
23.再具体的，探杆箱4底端设有底板17，底板17为容腔结构，探头体9与探杆7连接端贯穿底板17延伸至探杆箱4内，底板17内靠近探头体9处设有电动夹具，电动夹具夹爪12夹
持位于底板17内的探头体9的外壁，实现对探头体9与探杆箱4的可拆卸连接，电动夹具与第一电控箱2连接，探头体9的可拆卸连接方式不限于上述结构。
24.具体的，所述加压装置1包括受力平台104、加压杆101和加压齿轮103，加压杆101两侧沿长度方向设有链圈102，加压齿轮103有两个，两个加压齿轮103分别位于加压杆101的两侧，加压齿轮103与链圈102啮合，两个加压齿轮103通过电机驱动；所述受力平台104两端上各设有一个微型空气压缩机105，微型空气压缩机105输出端连接有半月板106，两个微型空气压缩机105带动两个半月板106相对远离或靠近，实现对探杆7顶端的夹紧或松开，两个半月板106夹紧或松开探杆7即加压装置1与探杆7顶端的可拆卸连接，电机驱动加压齿轮103转动，通过加压齿轮103与链圈102的啮合驱动加压杆101上下移动，当两个半月板106夹住探杆7时，加压装置1可带动探杆7上下移动，实现探杆7的贯入和收回，再具体的，电机和微型空气压缩机105均与第一电控箱2连接，由第一电控箱2供电。
25.具体的，所述运转机构包括滑轨8和移动轮604，移动轮604滑动连接在滑轨8上，所述滑轨8有两根，两根滑轨8平行设置，且每根滑轨8上均设有多个移动轮604，两根滑轨8上的移动轮604一一相对设置，相对设置的两个移动轮604之间通过连接杆602连接；所述探杆安装机构包括固定臂601、夹环603和液压杆607，固定臂601一端固定连接在连接杆602上，固定臂601另一端设有由第一电机驱动的第一齿轮609，所述夹环603为一段弧形结构，夹环603外圈上沿周向设有齿条，第一齿轮6001与夹环603外圈上的齿条啮合，夹环603活动连接在固定臂601上设有第一齿轮609的一端，所述夹环603两端各连接一个液压杆607，两个液压杆607输出端相对设置，两个液压杆607输出端上各设有一个探杆夹606；再具体的，夹环603可通过直角杆605与液压杆607连接，用以保持两个探杆夹606之间的间距能够放入探杆7，移动轮604为能够沿轨道移动的电动轮即可，为防止移动轮604脱离滑轨8，可设置能够同时容纳滑轨8和移动轮604的壳体，移动轮604位于壳体内，滑轨8贯穿壳体；所述连接杆608上设有第二电控箱608，第二电控箱608分别与第一电机、移动轮604以及液压杆607连接，第二电控箱608包括电源和信号收发装置，可为第一电机、移动轮604以及液压杆607提供电源，移动轮604通电启动后沿滑轨8移动，从而带动探杆安装机构移动，两个液压杆607通电后驱动两个探杆夹606相互远离或靠近，以夹紧或松开探杆7，从而实现探杆7与探杆安装机构的可拆卸连接。
26.具体的，所述探杆7顶端设有内螺纹701，探杆7底端设有外螺纹702，内螺纹701与外螺纹702相匹配，探杆7顶端可与另一个探杆7底端通过螺纹配合可拆卸连接；所述探头体9底端为探头，探头体9顶端为探杆连接处，探杆连接处设有第一内螺纹11，第一内螺纹11与外螺纹702相匹配，探杆7底端通过螺纹配合与探头体9可拆卸连接。
27.再具体的，探杆安装机构要进行探杆7的安装或拆卸时，探杆夹606夹紧探杆7，探杆安装机构中第一电机通电，驱动第一齿轮609旋转，第一齿轮609带动与其啮合的夹环603转动，第一电机可正转和反转，可使夹环603往复转动，从而带动探杆7转动，将探杆7从探头体9或与其连接的另一探杆7上螺纹拧紧安装或拧松拆卸。
28.具体的，所述夹环603上沿周向设有弧形滑轨6031，固定臂601设置第一齿轮609的
一端设有u型槽，u型槽开口方向为远离连接杆602的方向，第一齿轮609设置在u型槽内靠近连接杆602的一端，u型槽内远离连接杆602的一端设有滑槽6001，滑槽6001与弧形滑轨6031的位置对应，滑槽6001滑动设置在弧形滑轨6031上。
29.具体的，所述移动轮604卡在滑轨8之上，滑轨8表面设有橡胶涂层，增大移动轮604与滑轨8之间的摩擦力，防止移动轮604脱离滑轨8。
30.具体的，所述上浮装置3为容腔结构，容腔结构中间设有可开合隔板，容腔结构通过隔板分离为上部容腔303和下部容腔304，上部容腔303内放置有na2co3粉末，下部容腔304内放置有稀盐酸溶液，隔板连接有用于控制隔板开合的隔板开关301，上部容腔304顶端连接有气球302，上部容腔304顶端设有出气孔，气球302进气口覆盖出气孔，上部容腔304与气球302连通，当需要上浮装置3工作时，启动隔板开关301，打开隔板使上部容腔303和下部容腔304连通，此时上部容腔303内na2co3与下部容腔304的稀盐酸溶液接触后反应，生成气体，气球302体积膨胀，从而带动装置上浮，实现本发明装置的自动回收，再具体的，隔板开关301与第一电控箱2连接，由第一电控箱2提供电源，隔板结构可为转动开合，隔板中间通过转轴与容腔结构内壁连接，转轴一端与隔板开关301连接，隔板开关301为小电机，常规状态下隔板平行放置将容腔结构分为上、下两个容腔，隔板开关301通电后驱动转轴旋转，进而带动隔板转动一定的角度，隔板倾斜，从而使上部容腔303和下部容腔304连通，隔板和隔板开关301的结构和工作方式不限于上述技术方案，能够实现隔板的开合即可。
31.具体的，探头体9上可拆卸连接有孔压传感器10，可根据需要将孔压传感器10更换为其它检测装置；探头体9与探杆箱4连接处设有用于密封的橡胶圈，再具体的，探头体9与底板17底端的衔接处设有橡胶圈，防止海水进入探杆箱4内。
32.具体的，所述探杆箱4底端两侧设有支撑机构，支撑机构可固定支撑本发明装置，保证本发明装置的平稳性，便于探头体9与探杆7贯入土体进行检测，支撑机构包括支撑架5和稳固装置13，支撑架5一端与探杆箱4连接，支撑架5另一端与稳固装置13连接，所述稳固装置13包括壳体15和设置在壳体15内的第二齿轮20和加固杆19，加固杆19长度方向垂直于探杆箱4底面，加固杆19两侧沿长度方向设有与第二齿轮20匹配的链齿，第二齿轮20与加固杆19两侧链齿相啮合，第二齿轮20通过第二电机驱动；所述壳体15顶端设有密封空腔18，密封空腔18内设有第三电控箱，第三电控箱与第二电机连接，壳体15底端设有用于加固杆19进出的开口16。
33.再具体的，第三电控箱包括电源和信号收发装置，第二电机与第三电控箱连接，第三电控箱为第二电机提供电源，支撑机构工作时第二电机启动，正转带动第二齿轮20转动，第二齿轮20带动与其啮合的加固杆19向下移动，使加固杆19从开口16处伸出贯入土体中，实现支撑作用，勘测结束后第二电机反转，带动加固杆19收回。
34.需要了解的是，工作程序可预先编写，录入地面工作区域的计算机中，第一电控箱2、第二电控箱608和第三电控箱内的信号收发装置可无线接收计算机发出的程序指令，并将指令发送至与其各自连接的设备中，一些设备的工作参数可预设，如驱动第一齿轮609的第一电机，通过预设第一电机工作参数来控制夹环603的转动角度，使夹环603的转动角度满足探杆7进行螺纹旋转安装或拆卸即可，上述内容均为常规技术，不做过多描述。
35.工作流程：将自动触探装置放入海中待测区域，在到达预定海床位置后，人工远程
开启触探装置，第三电控箱接收工作程序信号使第二电机启动，第二电机带动小齿轮20转动，从而带动加固杆19钻入土体稳定触探装置，固定完成后第二电机暂停工作，此时第二电控箱608接收工作程序信号，为移动轮604提供电源，移动轮604沿滑轨8移动，带动探杆7移动，探杆7到达探头体9处后，移动轮604停止转动，第二电控箱608接收工作程序信号使液压杆607启动，液压杆607带动探杆夹606夹紧探杆7后，第二电控箱608接收工作程序信号使第一电机启动，第一电机驱动第一齿轮609转动，带动夹环603转动，第一电机正转时探杆夹606夹住探杆7，第一电机反转时探杆夹606松开探杆7，如此反复，实现将探杆7螺纹连接到探头体9上，拧紧探杆7后探杆夹606松开探杆7，此时探头体9与探杆7连接为一体，第一电控箱2接收工作程序信号，使加压装置1和电动夹具启动，电动夹具松开探头体9，加压装置1中微型空气压缩机105驱动半月板106夹持探杆7，夹持后电机正转驱动加压齿轮103转动，加压齿轮103带动加压杆101向下移动加压杆101带动探杆7下移，从而推动探头体9进行触探，此段探杆7贯入完成；当此段探杆7长度不够，需要继续贯入时，电动夹具启动夹持探杆7，此时两个半月板106松开探杆7，电机反转带动加压齿轮103反向转动，带动加压杆101向上移动，加压杆101到达初始位置后，运送第一段探杆7的探杆安装机构在移动轮604带动下移动到探杆箱4右部，此时运送第二段探杆7的移动轮604启动，带动第二段探杆7移动到第一段探杆7上方，第二段探杆7运送及安装方式与第一段探杆7工作方式相同，如此循环增加探杆7至需要数量；当完成探测收回探杆7和探头体时，相关结构与安装贯入探杆7时反之工作即可，当探杆7和探头体9全部回收完成，要收回触探装置时，第一电控箱2接收工作程序信号使上浮装置3启动，隔板开关301开启，带动隔板打开，上部容腔303和下部容腔304连通，此时上部容腔303内na2co3与下部容腔304内的稀盐酸溶液接触后反应，生成气体，气体从出气孔进入气球302使其膨胀，带动装置上浮，上浮完成后工作人员回收装置，提取勘测数据进行分析。
36.以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。