一种橡皮囊液压激振直推式钻进探测装置的制作方法

1.本发明属于土地钻进探测设备技术领域，具体涉及一种橡皮囊液压激振直推式钻进探测装置。


背景技术：

2.挥发性有机物是一种典型的土壤污染物，随着工业、农药生产的快速发展，大量挥发性有机物被排放到土壤中，其扩散深度深，现有探测方法难以对其精准探测。
3.现有的土壤污染物探测方法主要分为两种，一种是采用土壤钻机取样装置，其工作原理将取样器的钻头钻入土中，然后通过钻头收集不同深度的土壤，再送去实验室检测；另一种是采用传统钻进系统钻进土壤，然后将土壤探测装置放入钻好的孔中进行探测。第一种方法由于地下周向采样不均匀，导致检测数据不准确；第二种探测方法的传统土壤钻机的钻进系统由于采用麻花钻回转钻进，对周围土壤扰动较大，也可能造成数据不准确的现象。而且现有土壤钻机体积庞大，钻进的液压系统复杂，如果出现故障无法诊断，零部件更换繁琐，难以适应复杂地形的野外作业。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术方案的缺点，本发明的目的在于提供一种橡皮囊液压激振直推式钻进探测装置，可实现不同深度的土壤污染物原位检测，具有钻进机构简单可靠、控制灵敏、密封性好等优点。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种橡皮囊液压激振直推式钻进探测装置，包括履带底盘8，履带底盘8上连接有车架6，车架6上方固定有车厢2，车厢2的前端顶部固定安装螺旋升降机1，螺旋升降机1的下端通过钻进组件连接部分3、橡皮囊液压激振装置5、连接钻杆7和钻头10连接；车架6前方安装由配重机构9，通过添加重物用于调节整个装置的重心。
7.所述的螺旋升降机1包括伺服电机104，伺服电机104固定在车厢2的前端顶部，伺服电机104通过蜗轮蜗杆减速器105和丝杠103连接，丝杠103的外部设有外壳101，丝杠103底端连接有底部连接盘106。
8.所述的丝杠103上安装的导向柱102的顶端与外壳101上的导向槽接触，保证丝杠103在钻进过程中不打滑，沿着轴向钻进。
9.所述的钻进组件连接部分3包括隔振单元302，隔振单元302上端与螺旋升降机1的底部连接盘106连接，隔振单元302中间开有螺纹，隔振单元302与上连接盘303上方的螺纹柱连接；上连接盘303与下连接盘307通过拉压接头305连接，下连接盘307与激振模块504的上端盖504-1顶端的圆环面接触，拉板306穿过下连接盘307中间孔通过螺纹与上端盖504-1连接。
10.所述的橡皮囊液压激振装置5包括车厢2内前端设有的液压站505，液压站505通过控制单元501和电液伺服阀502连接，电液伺服阀502通过液压软管503和激振模块504连接。
11.所述的激振模块504包括主壳504-11，主壳504-11下端与钻杆母接头11连接，并用锁嵌块504-12锁止；主壳504-11上端连接经橡皮囊504-8、密封盖板504-6与上端盖504-1连接；上端盖504-1下方设有和经橡皮囊504-8连接的第一活接头504-4和第二活接头504-5，第一活接头504-4接电液伺服阀502出油管路的液压软管503，第二活接头504-5接电液伺服阀502回油管路的液压软管503；第一活接头504-4、第二活接头504-5与密封盖板504-6通过螺纹形成刚性密封连接；激振顶针504-9上端铸在橡皮囊504-8内部，下端露出，并与钻杆母接头11上端留有一定空隙，激振顶针504-9外侧的弹簧504-10置于橡皮囊504-8与钻杆母接头11中间，安装时处于自然伸直状态。
12.所述的橡皮囊504-8上端面有密封圈504-7，二者为模压成型一体结构，材料为橡胶，与密封盖板504-6形成密封。
13.所述的上连接盘303、下连接盘307之间留有一定间隙，使主壳504-11与下连接盘307发生相对旋转，用于调节主壳504-11与钻杆母接头11的连接槽的相对位置。
14.所述的钻杆7内侧下部吸附有磁铁13，磁铁13上端面吸附有加速度传感器12，橡皮囊液压激振装置5产生激振力，钻杆7上的加速度传感器12将振动信号传给控制单元501，控制单元501通过控制电液伺服阀502的开闭调整激振频率，从而使钻杆7产生理想的振型，减小与土壤之间的阻力，辅助钻进。
15.所述的履带底盘8中间装有电池箱16，并连接在车架6下方，限位块15连接在电池箱16底板上，动力电池14通过限位块15固定在电池箱16底部，呈对称布置，动力电池14给履带底盘8和螺旋升降机1提供电力。
16.所述的配重机构9包括连接架902，连接架902连接在车架6前方，连接架902上放置有两块挂板903，两块挂板903之间的距离能够调节；挂板903和配重板906通过合页铰链905连接；连接架902上连接有两个挂钩901，在配重板906不工作时，将其旋转收起，用挂钩901固定。
17.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
18.(1)本发明橡皮囊液压激振装置5结构简单紧凑，可实现稳定的低频激振；液压系统简单可靠、方便检修与维护。
19.(2)本发明橡皮囊液压激振装置5采用橡皮囊液压激振来减小钻进过程中的阻力，可以大幅减小钻进机构的尺寸，减小整体尺寸。
20.(3)本发明橡皮囊液压激振装置5将橡皮囊504-8与密封圈504-7制成一体，具有易安装、密封性好等优点。
21.(4)本发明采用可折叠的配重机构9，在底盘行走时可以将配重板906折叠，保证整车通过性；在工作时将配重板906放平，通过在配重板906上放置配重物来实现整个装置的重心调节，可以使整车在复杂地面钻进时不被顶起。
22.(5)本发明采用螺旋升降机1和钻进组件连接部分3实现电驱动的直推式钻进，采用的机械结构简单可靠，且钻进过程对周围土壤扰动小，保证了检测结果的精确性。
附图说明
23.图1为本发明的整体结构示意图。
24.图2为本发明螺旋升降机1的结构示意图。
25.图3为本发明钻进组件连接部分3的剖面结构示意图。
26.图4为本发明拆卸侧门4后橡皮囊液压激振装置5总体结构的示意图。
27.图5为本发明橡皮囊液压激振装置5的激振模块504的剖面结构示意图。
28.图6为本发明加速度传感器11的安装示意图。
29.图7为本发明的激振控制原理图。
30.图8为本发明动力电池14安装在电池箱16上的位置示意图。
31.图9为本发明配重机构9的结构示意图。
32.图10为本发明配重机构9折叠配重板906之后的示意图。
具体实施方式
33.下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
34.如图1、4所示，一种橡皮囊液压激振直推式钻进探测装置，包括履带底盘8，履带底盘8上连接有车架6，车架6上方通过螺栓固定有车厢2，车厢2的前端顶部通过螺栓固定安装螺旋升降机1，螺旋升降机1的下端通过钻进组件连接部分3和橡皮囊液压激振装置5的激振模块504的上端连接，激振模块504的下端通过连接钻杆7和钻头10连接；通过控制螺旋升降机1的伺服电机104，从而控制钻杆7的升降；车架6前方安装由配重机构9，通过在配重板上添加重物用于调节整个装置的重心。
35.如图2、图3所示，所述的螺旋升降机1包括伺服电机104、蜗轮蜗杆减速器105、外壳101、导向柱102、丝杠103；伺服电机104固定在车厢2的前端顶部，伺服电机104通过蜗轮蜗杆减速器105和丝杠103连接，丝杠103的外部设有外壳101，丝杠103上安装的导向柱102的顶端与外壳101上的导向槽接触，保证丝杠103在钻进过程中不打滑，沿着轴向钻进；丝杠103底端连接有底部连接盘106。
36.如图3、图5所示，所述的钻进组件连接部分3包括隔振单元302、上连接盘303、拉压接头305、拉板306、下连接盘307；隔振单元302上端与螺旋升降机1的底部连接盘106通过8个螺钉301连接，隔振单元302中间开有螺纹，隔振单元302与上连接盘303上方的螺纹柱连接，隔振单元302用于隔断激振模块504的激振，避免车厢2及车架6产生共振；上连接盘303与下连接盘307通过4个拉压接头305连接，拉压接头305是中间为粗圆柱、两端为螺纹的双头螺杆，依靠中间圆柱与螺纹处的阶梯轴结构传递压力；下连接盘307与激振模块504的上端盖504-1顶端的圆环面接触，以此传递向下钻进过程中的直推力；拉板306穿过下连接盘307中间孔通过螺纹与上端盖504-1连接；在钻杆7向上提的过程中，下连接盘307与拉板306之间轴向滑动，直至下连接盘307上端面与拉板306下端面接触，依靠这两个面的接触传递拉力。
37.如图4、图5所示，所述的橡皮囊液压激振装置5包括车厢2内前端设有的液压站505，以保证整个装置重心靠前，方便配重；液压站505通过控制单元501和电液伺服阀502连接，液压站505、控制单元501外侧的车厢2连接有侧门4，电液伺服阀502通过液压软管503和激振模块504连接。
38.所述的激振模块504包括主壳504-11，主壳504-11下端与钻杆母接头11连接，并用锁嵌块504-12锁止；主壳504-11上端连接经橡皮囊504-8、密封盖板504-6与上端盖504-1通过6个螺栓504-3连接；上端盖504-1下方设有和经橡皮囊504-8连接的第一活接头504-4和
第二活接头504-5，第一活接头504-4接电液伺服阀502出油管路的液压软管503，第二活接头504-5接电液伺服阀502回油管路的液压软管503；密封盖板504-6中心开有2个螺纹孔，第一活接头504-4、第二活接头504-5与密封盖板504-6通过螺纹形成刚性密封连接；激振顶针504-9上端铸在橡皮囊504-8内部，下端露出，并与钻杆母接头11上端留有一定空隙，激振顶针504-9外侧的弹簧504-10置于橡皮囊504-8与钻杆母接头11中间，安装时处于自然伸直状态；橡皮囊504-8上端面有密封圈504-7，二者为模压成型一体结构，材料为橡胶，与密封盖板504-6形成密封，以保证液压油不泄露。
39.上连接盘303、下连接盘307之间留有一定间隙，使主壳504-11可以与下连接盘307发生相对旋转，用于调节主壳504-11与钻杆母接头11的连接槽的相对位置。
40.橡皮囊液压激振装置5的工作原理：首先控制单元501发出信号给电液伺服阀502，此时出油阀导通，回油阀闭合，液压油从液压站505经电液伺服阀502及液压软管503由第一活接头504-4进入橡皮囊504-8，橡皮囊504-8受压膨胀，压缩其下端的弹簧504-10，直至激振顶针504-9撞击钻杆母接头11上端面，此时控制单元501再次发出信号给电液伺服阀502，此时出油阀闭合，回油阀导通，液压油经第二活接头504-5流出，橡皮囊504-8收缩，激振顶针504-9回复原位，完成一次激振工作；通过对1～20m钻杆7进行模态分析，发现钻杆在0.5～3hz的固有频率时候的振型可以减小土壤粘附力，通过控制电液伺服阀502的开闭使橡皮囊液压激振装置5产生这个频率范围的低频激振。
41.如图6所示，距离钻杆7内侧底部10cm的位置吸附有磁铁13，磁铁13上端面吸附有加速度传感器12，加速度传感器12用于测量钻杆7的加速度信号。
42.如图7所示，橡皮囊液压激振装置5产生激振力，钻杆7上的加速度传感器12将振动信号传给控制单元501，控制单元501通过控制电液伺服阀502的开闭调整激振频率，从而使钻杆7产生理想的振型，减小与土壤之间的阻力，辅助钻进。
43.如图8所示，所述的履带底盘8中间装有电池箱16，电池箱16里面放置有动力电池14、限位块15；电池箱16位于履带底盘8中间靠前的位置，并焊接在车架6下方，电池箱16底部距离地面30～35cm，以保证整车通过性；限位块15焊接在电池箱16底板上，动力电池14通过限位块15固定在电池箱16底部，呈对称布置，动力电池14中心距离钻杆7水平距离为40～50cm，使整个装置的重心位于中前部，且尽可能低，以满足爬坡性能要求，并防止钻进过程中设备被顶起；动力电池14给履带底盘8和螺旋升降机1提供电力。
44.如图9、图10所示，所述的配重机构9包括挂钩901、连接架902、挂板903、螺栓904、合页铰链905、配重板906、螺母907；连接架902焊接在车架6前方，连接架902上放置有两块挂板903，两块挂板903之间的距离能够调节；挂板903和配重板906通过合页铰链905及螺栓904连接，配重板906可旋转，当配重板906放平时，配重板906左端面和上端面分别与连接架902、挂板903的端面接触，用以承受重物的重力产生扭矩；连接架902上连接有两个挂钩901，挂钩901一端有螺纹，穿过连接架902的通孔与螺母907连接，通过旋转螺母907可调节挂钩901与连接架902接触面之间的松紧，从而实现挂钩901的旋转与固定；在配重板906不工作时，将其旋转收起，用挂钩901固定，可以保证履带底盘8行走时的通过性。
45.本发明的工作原理为：
46.钻进前，旋转挂钩901将配重机构9的配重板906放置水平，在上面施加重物，以调整整个装置的重心，调整好之后开始钻进探测；
47.在钻进过程中，螺旋升降机1工作使丝杠103向下运动，此时有扭矩和力的传递，将扭矩和力施加在隔振单元302上，进而传递到上连接盘303上，然后通过拉压接头305的阶梯面传递给下连接盘307，进而传递到上端盖504-1的上端面，由于上端盖504-1的上端面与下连接盘307可做相对旋转，到此处只传递向下的压力，从而实现直推式钻进；依靠主壳504-11与锁嵌块504-12将力传递到钻杆母接头11，从而实现钻杆7垂直方向上的正常工作；同时，橡皮囊液压激振装置5会在钻进过程中给钻杆7施加激振力，使钻杆7产设定频率的共振，从而减小其与周围土壤的粘附力；每节钻杆7长度为1m，当一节钻杆7钻进土壤后，再将下一节钻杆7对接，从而实现继续钻进，后面的步骤类似，这样就实现了钻杆7分段钻进；当钻进到目标深度，钻头10内部的探测单元开始工作，从而实现污染场地土层剖面精确钻进探测。
48.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。