一种自主沉浮式海底静力触探器的制作方法

本发明属于海底砂土探测装备技术领域，特别涉及一种自主沉浮式海底静力触探器。

背景技术：

海洋蕴藏着极为丰富的资源，也是人们认识地球，调查环境地质和地质灾害、进行综合科学研究的重要领域，海底静力触探是进行上述资源调查和科学研究的重要技术手段之一。现有海洋海底土砂土液化测设仪器设备还停留在技术手段单一，设备简陋或是专业化不足等缺陷，多数探测仪器为陆路探测仪器，加上防水电缆或外壳，用作海洋探测，这样造成数据稳定性与准确性都很差，勘探结果也就无法提供具体准确的数据与结论。

中国专利文献中，公开号为cn105696541a、发明名称为“潜水式海洋静力触探机”的发明专利公开了一种装置包括海底架和固连于海底架上的由滑轮与钢丝索构成的起吊结构，海底架内穿设有其下端伸出至海底架下侧的探杆，探杆的下端设有静探探头，海底架上设有用于驱动探杆贯入或起拔的连续贯入液压系统，该连续贯入液压系统上设有在贯入或起拔时用于卡住探杆的卡杆器、海底架上还设有潜水液压控制单元和测斜与电控单元。上述技术虽然贯入力和起拔力大，保证贯入深度要求；但是未解决探杆自动更换、且探杆的稳定性不好、不能适用不同的海底情况。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自主沉浮式海底静力触探器，目的是实现自动换探杆、对软性砂土或硬质海底均可保证触探器和探杆的稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自主沉浮式海底静力触探器，包括探杆，用于进行海底探触工作；贯入起拔机构，用于控制探杆的贯入海底与拔出；浮沉机构，用于浮力调整满足触探器各个工作要求；反力锚机构，用于触探器的锚固；控制系统，用于控制触探器的工作状态；还包括自动换杆机构，实现探杆存储和更换。和现有技术相比，本方案基于触探器探杆自动更换的构思，设置了触探器，通过自动换杆机构的设置，实现探杆的暂时存储和探测贯入深入较深时探杆的自动更换。

基于上述方案，本发明还做出了如下改进：

所述自动换杆机构包括可转动的中心轴、设在中心轴上的圆柱形中心体、设在中心体上下端的机盖、及套在中心体外表面的机套，所述中心轴与中心体具有同心轴，所述中心体上均匀分布设有一圈用于存放探杆的圆柱孔，中心体上还设有用于压紧探杆且探杆能够抽拉的压紧装置。本改进技术是对自动换杆机构的具体设计，中心体上设有用于存于探杆的圆柱孔、通过压紧装置将圆柱孔内的探杆压紧，使探杆不至于脱落同时保证探杆在换杆机构内能够顺利抽拉。自主换杆过程为：动力机构驱动中心轴转动，将带有探杆的圆柱孔对准触探器壳体底部的孔，动力机构施加作用力将探杆贯入海底，在海底探测时，往往一根探杆不能达到深入需求，需要多根探杆，中心轴旋转，将探杆贯入相继贯入海底，圆柱孔的数量根据实际需求设置。

所述压紧装置包括在中心体上设置的凹形槽，凹形槽与圆柱孔相通、每个圆柱孔的一侧设有两个凹形槽，凹形槽内设有通过弹簧与中心体联接的滚珠，滚珠将圆柱孔内的探杆压紧，滚珠可转动。本改进方案是对自动换杆机构的压紧装置的设计，通过滚珠、弹簧的设计，滚珠用弹簧与中心体联接，既能保证压杆在弹簧弹力作用下通过滚珠将探杆压紧，同时滚珠的滚动保证探杆可顺利的进行抽拉。每个探杆都对应一对滚珠，滚珠设置在探杆的一侧上下分布，保证探杆受力均衡。

所述机盖上设有与圆柱孔相通的纵剖面为梯形的梯形孔、梯形孔大口朝向中心体外部。本改进方案通过梯形孔的设计，对探杆起到定心作用，消除探杆在贯入海底或存入换杆机构时的角度和位置误差。

所述反力锚机构为螺旋锚机构或吸附压差锚机构。本改进方案是对反力锚的设计，通过事先海底勘察或者工作深度的了解，根据海底地层性质选择锚，螺旋锚机构用于砂土海底地层，吸附压差锚机构用于淤泥层性质的海底。

所述吸附压差锚机构包括外壳、底板、连接外壳与底板的橡胶套，橡胶套一端固定于外壳上、另一端固定于底板上。本改进方案利用可以上下活动的底板通过底板上下海水压力差，实现海底吸附，橡胶套不仅保证底板的活动且保证了整个机构的气密性。

所述螺旋锚机构包括螺旋锚、带动螺旋锚转动的液压马达、通过卡紧器与液压马达相连的立轴、立轴定位设有定位环。本改进方案中通过螺旋锚的设置，在动力装置的带动下将螺旋锚拧入海底，立轴将液压马达的力传导给螺旋锚，定位环将螺旋锚卡定在正确的位置。

所述沉浮机构包括外壳、外壳内部设有橡胶气囊、外壳顶部设有吊环；所述浮沉机构为三个，均匀分布在触探器壳体上。本改进方案设置了使触探器可在海水中实现自由游动的沉浮机构，通过对气囊不同的充气量实现触探器的沉浮，为了保证整个触探器的平稳性，浮沉机构设置成三足鼎立形。

还包括自主调平机构，用于对触探器水平度偏差进行调平。本改进技术是为了保证触探器在海底保持水平状态，本申请中调平机构采用电机实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明的自动换杆机构剖面示意图；

图3为本发明的自动换杆机构俯视示意图；

图4为本发明的吸附压差锚机构结构示意图；

图5为本发明的螺旋锚机构结构示意图；

图6为本发明的沉浮机构结构示意图。

图中，1、触探器主体；2、自动换杆机构；3、沉浮机构；4、反力锚机构；5、贯入起拔机构；6、探杆；7、三向航行器；8、自主调平机构；21、中心轴；22、中心体；23、机套；24、机盖；25、圆柱孔；26、滚珠；27、弹簧；28、梯形孔；29、凹形槽；31、吊环；32、浮筒外壳；33、橡胶气囊；41、外壳；42、橡胶套；43、底板；44、定位环；45、立轴；46、卡紧器；47、液压马达；48、螺旋锚。

具体实施方式

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。

如图1所示，一种自主沉浮式海底静力触探器，包括触探器主体1；自动换杆机构2，位于触探器主体内部并连接在主体上；探杆6，位于自动换杆机2的下方；贯入起拔机构5，位于触探器主体的内部，下方与自动换杆机构2相连，并与动力装置相连接；沉浮机构3，通过法兰与触探体主体连接；三向航行器7，位于触探器的最上方，为触探器的海下航行提供动力，控制触探器的运动方向；反力锚机构4，位于沉浮机构下方的主体内部。自主调平机构8，下方与反力锚机构相连接，位于触探器主体的内部，与动力装置相连接.

如图2、3所示，自动换杆机构2包括可转动的中心轴21、设在中心轴21上的圆柱形中心体22、设在中心体22上下端的机盖24、及套在中心体外表面的机套23，所述中心轴21与中心体22具有同心轴，所述中心体22上均匀分布设有一圈用于存放探杆的圆柱孔25，中心体22上还设有用于压紧探杆且探杆能够抽拉的压紧装置。压紧装置包括在中心体22上设置的凹形槽29，凹形槽29与圆柱孔25相通、每个圆柱孔25的一侧设有两个凹形槽29，凹形槽29内设有通过弹簧27与中心体联接的滚珠26，通过弹簧27的弹力作用滚珠26将圆柱孔内的探杆压紧，滚珠26可转动。机盖24上设有与圆柱孔25相通的纵剖面为梯形的梯形孔28、梯形孔28大口朝向中心体外部。

如图4、5所示，反力锚机4构为螺旋锚机构或吸附压差锚机构。吸附压差锚机构包括外壳41、底板43、连接外壳41与底板43的橡胶套42，橡胶套42一端固定于外壳41上、另一端固定于底板43上。螺旋锚机构包括螺旋锚48、带动螺旋锚48转动的液压马达47、通过卡紧器46与液压马达相连的立轴45、立轴定位设有定位环44。

如图6所示，沉浮机构包括浮筒外壳32、浮筒外壳内部设有橡胶气囊33、外壳顶部设有吊环31；浮沉机构为三个，均匀分布在触探器壳体上。浮筒外壳32采用耐高压的均质无缝钢体制作，这样可以保证橡胶气囊不会损坏，同时可以为触探器的起吊提供着力点。

触探器的工作过程为：

由船体将触探器放入水中，触探器沉入海中；可视系统将海底的情况反映到船上部分；三向航行器和沉浮机构工作，使得触探器在海中自由的游动；停在最佳位置上，反力锚开始工作，根据海底情况选择使用不同的锚；自主调平机构开始工作，使得触探器保持水平状态，为触探提供稳定的环境；进入触探过程，探杆开始工作，同时将工作状态反应在控制系统上；探杆完成工作后触探器由沉浮机构托出海底，完成海底工作全过程。