一种电动取土器及方法与流程

本发明具体涉及一种电动取土器及方法。

背景技术：

在土木工程的勘察研究和建设的过程中，了解与掌握土体的物理力学性质具有重要的意义。进行土体的室内试验时首先要取样，因此取样的好坏决定了试验结果的准确度，也对整个工程的勘察研究建设产生重要的影响。而取样过程中尤为重要的是土样的扰动程度，以确保试验能够真实反映土层的性状。而取土器的结构和类型是影响取土质量的主要因素之一，对取土器的基本要求是尽可能使所取土样不受或少受扰动；能顺利地切入土层中并取出土样；结构简单，使用方便。

现在传统的取土装置主要有采用人力压入法、击入法进行取土，虽然仪器轻巧，便于搬运与携带，对于野外的勘探取样较为方便，但其主要是靠人力进行钻探取土的，十分耗费体力物力且效率十分低下，尤其针对硬塑性粉土、粘土、粉质粘土，采用传统方法不易钻进土体，即使能够强行钻进，得到的土样往往扰动过大，不能准确反映土体参数；而且采集土样所在土舱为全封闭的，不易取出土样，在取出土样的过程中稍有不慎就有可能会破坏土样。

目前，国内市场，在进行土体物理力学性质实验的试样获取时，尤其针对硬塑性粉土、粘土、粉质粘土、粉质沙土土样的获取，缺乏一种既轻便又高效的取土装置。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种电动取土器装置及方法，该装置操作简单、取土效果好，该装置利用快速旋进钻头，及时排土结构以及可拆卸土舱结构，可达到快速高效地获取土样并且保证原状土性状尽量不被破坏的目的，尤其对于土体较为坚硬的情况效果更加突出；同时，本发明钻头型号可根据试验所需的试样规格进行相应的加工拼装，大大减少了后期室内试验土样的繁琐加工工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电动取土器，包括一个底座、电机、土舱和钻头，在所述的底座上竖直设有一个导向滑杆，所述的电机能沿着导向滑杆上下滑动，电机的输出端连接所述的土舱，在所述土舱的外部设有螺旋式排土条，且所述的土舱包括两个半圆形壳体，且两个壳体之间沿轴向方向一端通过铰链相连，另一端通过螺栓活动连接，使得土舱在轴向方向可开启，在所述的土舱底部连接所述的钻头，所述钻头的底部沿圆周方向上设有多个V形沟槽。

进一步的，在所述的导向滑杆上安装有一个锯齿导轨，所述的电机通过一个卡槽与所述的锯齿导轨相连，且所述的电机侧面固定有一个与锯齿导轨配合的控制杆，通过控制杆驱动电机沿着所述的锯齿导轨上下移动，进而实现电机、土舱和钻头的上下移动。

进一步的，所述的控制杆包括一个横向杆和穿在横向杆端部且与横向杆垂直的纵向杆，在所述的横向杆上设有与锯齿导轨配合的螺纹；通过旋转纵向杆实现横向杆沿着锯齿导轨的移动。

进一步的，所述的横向杆两端固定在电机侧面，且在所述的横向杆上设有润滑油孔。

进一步的，所述的土舱和电机之间通过一个套筒连接，所述的套筒将土舱顶部封闭，使得土体从下面进入土舱。

进一步的，所述的多个V形沟槽均匀的分布在钻头圆周方向上。

一种利用上述装置的操作方法，包括以下步骤：

(1)选取相应规格的钻头、土舱并与套筒拼装完成安装在电机上，完成整套设备的安装，并接通电源，开启电机开关进行调试，检查钻头是否正常转动；

(2)关闭电源开关，寻找合适的取样点，并用铁锹完成取样点表面的初步平整，使取土器底座能够平稳放置并固定；

(3)用固定螺栓将取土器稳定在取样点地表，转动控制杆，是钻头的位置贴近地表，随后启动电机开关；

(4)在电机工作电动钻头、土舱旋转的过程中，顺时针转动控制杆使得土舱缓慢向下钻进，直至整个土舱进入地表以下；

(5)关闭电机开关，缓慢逆时针转动控制杆带动土舱上移，待土舱安全移出地表后拆卸土舱与电机分离，随后拆卸套筒与刀头，水平放置土舱与平稳干净处，将土舱从拼接缝绕合页打开，即可获取完整土样；

(6)获取其他规格的土样只需跟换相应规格的土舱、钻头，重复上述步骤即可。

本发明的土舱为土样的存储装置，土舱外侧设置有螺旋式排土条，与钻头处的V形沟槽进行配合达到将碎落土体排出的目的。本发明的重要创新点在于土舱沿轴向可开启，沿土舱轴向设置两个两折式铰链(俗称合页)，在完成取样工作后，卸下钻头和连接土舱与电机的套筒即可打开土舱，方便取出土样。土舱和电机的组合体通过导向滑杆和底座连接成一个整体。

导向滑杆上方设置有锯齿导轨，可以在控制杆的控制下能够使电机和土舱沿竖直方向往复运动，以此进行取土作业。

电机为该取土器的动力装置，通过扭矩的输出在钻头处进行土体的开削。电动机型号为Y90S-2，额定功率为1.5kW。

控制杆和锯齿导轨相结合，配合电动机的转动在竖直方向上调整钻头位置，完成土样的采集工作。

底座为该取土器的基础部分，起到固定装置的作用，取样时通过底座四角的螺栓将装置固定在要取土样的上部临空面上。

钻头为带V形沟槽钻头，在开削土体的同时将碎落土体排出，方便钻头的深入以完成土样采集工作。

土舱为土样的存储装置，土舱外侧设置有螺旋式排土条，与钻头处的V形沟槽进行配合达到将碎落土体排出的目的。本发明的重要创新点在于土舱沿轴向可开启，沿土舱轴向设置两个两折式铰链(俗称合页)，在完成取样工作后，卸下钻头和连接土舱与电机的套筒即可打开土舱，方便取出土样。

本发明的工作原理为：

本发明利用电机输出的扭矩作为主要的取土作业动力，在钻头的开削下周边破碎土体随着钻头处的沟槽和土舱外侧的螺旋排土条及时排出，再转动转轴将钻头和土舱进入到土体深处完成取土操作，本发明的土舱是可开启式，取土作业时，利用钻头和套筒将土舱扣在一起形成一个上部封闭，下部开口的结构，使得土体从舱体的下部进入到舱体内，取土作业完成后，利用土样与筒仓壁之间的粘结力以及刀头附近土样切削产生的应力集中，因土样不抗拉，向上提升土舱即可将切削完成的土样提升至地表，将钻头和套筒卸下打开土舱，即可轻松得到已经取出的土样。

本发明的有益效果为：

1、电动机为该取土器的主要动力装置提供取样所需扭矩，现场人员只需操作控制杆将取钻头与土舱部分上下移动即可完成土样的采集工作，相比传统取土装置操作更为轻便。

2、本发明所用土舱为可开启式土舱，在取土操作完成之后即可打开土舱直接取出土样，相比传统装置更为简单，也更能保留原状土的性状。

3、针对土质较硬的状况，本发明相比传统取土器优势明显。

4、本发明可以根据选取钻头和土舱尺寸的不同，采集不同规格的试件方便开展更多的土工试验。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的底座示意图；

图3为本发明的导向滑杆示意图；

图4为本发明的电机示意图；

图5为本发明的套头示意图；

图6为本发明的土舱主体示意图；

图7为本发明的合页示意图；

图8为本发明的钻头示意图；

其中，1-1、底座，1-2、导向滑杆，1-3、电机，1-4、纵向杆，1-5、套头，1-6、土舱,1-7、合页，1-8钻头；2-1、固定螺栓，2-2、导向滑杆卡槽，2-3、底板；3-1、锯齿导轨，3-2、固定螺母；4-1、卡槽，4-2、横向杆，4-3、纵向杆穿孔，4-4润滑油孔，4-5电机主体，4-6电机转轴；5-1、套头接头孔，5-2、套头接头，5-3、套头外壁；6-1、螺旋排土条，6-2、合页窗，6-3、螺栓孔，6-4、拼装缝；7-1、合页螺栓孔，7-2、合页转轴，7-3、页片；8-1、刀头齿，8-2、V型凹槽，8-3、固定螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，该装置为一种电动取土装置，包括底座1-1、导向滑杆1-2、电机1-3、土舱1-6等主体部分。

在底座1-1上竖直设有一个导向滑杆1-2，所述的电机1-3能沿着导向滑杆上下滑动，电机1-3的输出端连接所述的土舱1-6，在所述土舱的外部设有螺旋式排土条，且所述的土舱包括两个半圆形壳体，且两个壳体之间沿轴向方向一端通过合页1-7铰链相连，另一端通过螺栓活动连接，两者之间的拼装缝6-4如图所示；使得土舱1-6在轴向方向可开启，在所述的土舱1-6底部连接所述的钻头，所述钻头1-8的底部沿圆周方向上设有多个V形沟槽。

具体的：底座1-1四角为固定螺栓2-1，底座底板2-3与土面紧密贴合后，通过固定螺栓2-1将装置与土面固定，防止在取土过程中装置不稳定造成取土失败，卡槽2-2用来连接底座1-1与导向滑杆1-2，使其成为一个整体。

导向滑杆1-2上设置有锯齿导轨3-1，可以控制电机1-3与土舱1-6沿导轨3-1做竖直往复运动，导向滑杆下有三个固定螺母3-2，通过其与底座1-1的卡槽2-2连接。

电机上接有卡槽4-1，电机1-3通过卡槽4-1与导向滑杆1-2相连接，并且通过卡槽4-1沿导向滑杆1-2做竖直往复运动。卡槽4-1上设有横向杆4-2与纵向杆穿孔4-3，可通过润滑油孔4-4添加润滑油减少往复运动时的摩擦阻力。

控制杆1-4包括一个横向杆4-2和穿在横向杆端部且与横向杆垂直的纵向杆1-4，在所述的横向杆4-2上设有与锯齿导轨配合的螺纹；通过旋转纵向杆实现横向杆沿着锯齿导轨的移动。纵向杆1-4直径小于纵向杆穿孔4-3可自由运动，其两端为两个直径略大的圆球，防止纵向杆1-4脱落。

电机使用电动机4-4型号为Y90S-2，额定功率为1.5kW。

土舱1-6为半开合土舱，由套头1-5、土舱主体1-6和钻头1-8三部分组成，套头1-5、土舱主体1-6和钻头1-8通过土舱主体上预留的螺栓孔6-3进行连接紧固，而土舱轴向设有合页1-7以方便其开合取土。套头1-5、土舱主体1-6与钻头1-8具有不同的尺寸样式，可以根据实际试验时待取土样的规格大小进行选择。

套头1-5上部5-1部分与套头卡槽4-5相连，卡槽4-5内部与电机1-3相连，带动整个土舱1-6进行取土作业。

土舱主体外部有带螺旋排土条6-1，取土过程中产生的破碎土体可以通过螺旋排土条6-1排出，以防止土体堆积妨碍取土工作的进行，同时也可防止破碎土体对土舱内的土样的挤压。

土舱主体外部有螺栓孔6-3，以连接套头1-5与钻头5-3，同时对土舱主体1-6进行闭合。土舱轴向设置两个合页窗6-2，用于安装合页1-7，土舱沿轴向可开启，便于取出土样。

合页1-7为普通型两折式合页，由合页安装孔7-1、合页转轴7-2和页片7-3组成，并通过合页安装孔7-1与土舱主体相连接，使土舱1-6能够顺利半开合取出土样。

钻头1-8上有一圈斜刀片8-1，同时有V型凹槽8-2。钻头1-8通过固定螺栓孔8-3、螺栓孔6-3以及螺栓与舱体相连，斜刀片8-1在削切土体时省时省力，大大提高取土效率，而V型凹槽8-2配合土舱主体1-6外的螺旋排土条6-1及时将削切土体中产生的破碎土体排出。

实施例

假定待取土样的规格为底面直径50mm高为100mm的圆柱体，根据待取土样的规格要求取用的内径为50mm的套头1-5土舱主体1-6和钻头1-8进行取土。

将根据规格要求选用的套头1-5的5-2部分与土舱主体1-6和钻头1-8通过预留螺栓孔6-3安装紧固，将三者组成一个整体，再将套头卡槽4-5与套头1-5的5-1部分相连，这样电机1-3与整个土舱1-6就成了一个整体，土舱钻头1-8将在电机带动下削切土体。

将待取土样处的土面整理平整，使底座1-1的底板2-3与土面紧密贴合，之后由四角的固定螺栓2-1将装置固定在待取土样的土面上。

随后开始钻进取土，接通电机电源，启动电动机1-3，钻头1-8在电动机1-3的带动下进行钻进取土，在电机1-3带动钻进的同时转动控制杆1-4使电机1-3与土舱1-6沿锯齿轨3-1进入到土体深处以完成取土操作。

在钻进的过程中，钻头1-8的斜刀片8-1不断削切土体，使土舱1-6得以顺利下沉，而产生渣土则会沿钻头1-8上的V型凹槽8-2进入土舱壁上的螺旋排土条6-1，并沿螺旋上升的螺旋排土条6-1排出。

在得到所需规格的土样后，关闭电动机1-3，转动控制杆1-4将电机1-3与土舱1-6从土体深处分离。随后将土舱1-6与电机1-3分离，将套头1-5与钻头1-8拆下，打开土舱主体1-6，即可轻松得到土样。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。