一种深海箱式取样器及其取样方法与流程

本发明涉及一种深海取样装置，具体涉及一种深海箱式取样器及其取样方法。

背景技术：

海底取样是利用采样器采集海底沉积物和岩石样品的工作，是进行海洋研究工作的一种手段。用于采样的工具有拖网、抓斗、柱状取样器和海底浅钻等。取样后，在船上及时对样品的物质成分、结构、构造及颜色进行初步观测和描述，进行湿度、可塑性、抗压强度等的简易试验，进行孔隙水抽取，并保留部分样品编号封存，根据船上初步观察，可绘制海洋底质草图，供室内研究参考。

箱式取样器是采样管或采样筒呈方形或长方箱式取样器形的沉积物采样装置。由管架、采样盒、重锤、闭合铲等组成。当取样器到达海底时，靠重锤的重力使采样筒插入海底沉积物中，闭合铲转动切取底部沉积物入采样筒内。由于采样筒断面较大，取样时沉积物扰动较小或者基本不扰动，适于采取原状样品。

单臂铲斗的好处是会减小扰动，密封性也更好，在取样结束的回程中稳定性也更好。一般的触发结构易误触发。箱体和铲斗可拆卸，便于箱体和铲斗的安装更换和维护，也便于取样箱中的海底样品的检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、取样效果好的深海箱式取样器。

本发明的目的还在于提供一种深海箱式取样器的取样方法。

为达上述目的，本发明的主要技术解决手段是提供一种深海箱式取样器，包括平衡支撑架、分体式取样箱、提杆、十字边角架、单臂铲斗和触发结构，所述提杆套装在十字边角架内，所述十字边角架安装在平衡支撑架顶部的支架固定框内；所述分体式取样箱包括负重箱和取样箱，所述负重箱与取样箱可拆卸式连接，所述负重箱上设有用于减小海水阻力的箱盖，所述箱盖与负重箱通过铰链铰接；所述提杆的下端与负重箱的上端连接；所述触发结构安装在提杆上；

所述单臂铲斗与分体式取样箱通过铲斗转轴连接；单臂铲斗能以铲斗转轴为圆心自由转动，单臂铲斗能够封住取样箱的底部；

所述提杆的上端部设有竖置对称的一号安装板和二号安装板，所述一号安装板与二号安装板之间设有水平设置的限位槽；

所述触发结构包括连杆、与牵引绳连接的提钩、用于定位提钩的定位块、一号定滑轮、弹性绳、限位套、用于连接弹性绳的连接环、以及旋转销；所述一号安装板与二号安装板上对称设有提钩插口，所述限位槽上设有与提钩插口相对应、用于插入提钩的缺口，所述提钩可自由插在一号安装板与二号安装板的提钩插口处；所述提钩上设有提钩通孔；所述定位块设置在限位槽中，并可沿着限位槽自由滑动，当提钩位于提钩插口内时，提钩通孔和定位块的轴心线重合，定位块可贯穿提钩通孔；所述限位槽设有用于连杆插入的连杆通孔；

所述连杆通过至少两个限位套限位在提杆的一侧面，连杆竖直设置，在限位套中可以自由活动；所述连杆的底端与旋转销的一端铰接，连杆的轴心线与连杆通孔的轴心线重合；旋转销的中间部通过旋转销转轴安装在提杆的壁面上，旋转销可通过旋转销转轴沿着提杆壁面转动；一号定滑轮与连接环均设置在提杆上；通过弹性绳将定位块、一号定滑轮和连接环连接起来，定位块在弹性绳的拉力下沿着限位槽滑动；旋转销的转动，带动连杆的顶端脱离或插入限位槽的连杆中，当连杆的顶端脱离限位槽的连杆通孔时，定位块在弹性绳的的拉力下沿着限位槽滑动脱离提钩通孔，解除了对提钩的限位；

一号安装板和二号安装板之间安装有二号定滑轮，二号定滑轮位于提钩的下方，且与提钩之间有一定的水平距离，所述二号定滑轮位于靠近单臂铲斗的臂端部的一侧；所述单臂铲斗的臂端部、二号定滑轮、提钩的下端之间依次通过绳索连接，可通过拉动提钩来带动单臂铲斗绕铲斗转轴转动。

进一步的，所述取样箱的一取样箱侧壁可拆卸式。由此使得，可以通过拆除取样箱的取样箱侧壁，来观察样品的断层或剖面。

进一步的，所述限位槽远离提钩插口的一端设有用于防止定位块滑出限位槽的限位块。

进一步的，所述单臂铲斗上设有腰孔，所述铲斗转轴贯穿腰孔，所述铲斗转轴的直径小于腰孔的宽度。由此使得在提升单臂时，铲斗转轴会移至腰孔的最低端，实现了铲斗与取样箱的进一步的密封，所述铲斗转轴的直径略小于腰孔的宽度。

进一步的，所述单臂铲斗包括铲臂和铲斗，所述铲臂与铲斗可拆卸式连接；所述腰孔中心点至铲臂端部中心点的直线与所述腰孔中心点至铲斗中心点之间的夹角为钝角。由此使得，铲斗能与取样箱完好的闭合。

进一步的，所述铲臂远离铲斗的一端设有配重。由此使得，单臂铲斗处于打开状态时，能保持平衡，防止铲斗出现误闭合，造成取样失败。

进一步的，旋转销为l形，一侧边为直角，另一侧边为圆弧状。旋转销一端为圆弧形，更利于旋转销的转动。

进一步的，定位块为圆柱形或长方体形，所述一号安装板上设有与限位槽平行的长条形开口，定位块上设有手柄，所述手柄伸出长条形开口，可以通过拉动手柄来使得定位块在限位槽内移动。手柄的设置便于将定位块恢复至原位，复原触发结构。限位槽与定位块相对应；定位块为圆柱形时，限位槽的横截面为圆柱形，定位块在限位槽中更易滑动；定位块为长方体形时，限位槽的横截面也为方形。

进一步的，所述深海箱式取样器还设有用于减少取样器发生电化学腐蚀的锌片。

一种深海箱式取样器的取样方法，包括以下步骤：

(1)铲斗处于打开状态；

(2)利用科考船上的绞车系统通过牵引绳将所述取样器吊放至海底；

(3)当所述取样器到达海底时，平衡支撑架将首先接触海底，并在分体式取样箱自重的作用下继续向下运动；

(4)分体式取样箱的采样箱将在负重箱重力的作用下插入海底底质；

(5)分体式取样箱的在向下运动的过程中，提杆也在随之在十字边角架内向下运动，当提杆上的旋转销碰触到十字边角架时，旋转销会发生转动，此时带动连杆向下运动脱离连杆通孔，定位块在弹性绳的拉力下沿着限位槽滑动脱离提钩通孔；

(6)深海箱式取样器的取样箱插入海底底质的速度将逐渐减小直至停止；

(7)利用科考船上的绞车系统将所述深海箱式取样器向上回收，牵引绳拉动提钩向上移动，提钩脱离提钩插口，并继续向上移动，带动单臂铲斗转动，使得单臂铲斗与取样箱的底部闭合，从而实现采样箱的取样。

本发明的有益效果是：

(1)铲斗和箱体可拆卸，便于样品的检测；

(2)箱体的一侧面可以拆卸，便于观察样品的横截面层或剖面层；

(3)触发结构稳定，不易被误触发。

附图说明

图1是本发明实施例中取样器处于完成取样的结构示意图。

图2是图1的另一视角图。

图3是本发明实施例中取样器处于下方过程的结构示意图。

图4是图3的另一视角图。

图5是本发明实施例中十字边角架的结构示意图。

图6是本发明实施例中十字边角架的正视结构示意图。

图7是图6中a-a的剖视结构示意图。

图8是图6中b-b的剖视结构示意图。

图9是本发明实施例中单臂铲斗的结构示意图。

图10是本发明实施例中单臂铲斗的正视结构示意图。

图11是本发明实施例中单臂铲斗的俯视结构示意图。

图12是本发明实施例中触发结构处于闭锁状态的结构示意图。

图13是本发明实施例中触发结构处于解锁状态的结构示意图。

图14是本发明实施例中卡板的结构示意图。

图15是本发明实施例中卡板的侧视结构示意图。

图16是本发明实施例中取样箱的结构示意图。

图17是本发明实施例中取样箱的侧视结构示意图。

图中：平衡支撑架1，提杆2，一号安装板21，提钩插口211，二号安装板22，单臂铲斗3，铲斗31，铲臂32，配重33，腰孔34，横梁35，卡条36，第四段37，第三段38，第二段39，第一段310，v型支架311，挂环312，横板313，分体式取样箱4，负重箱41，箱盖411，取样箱42，取样箱侧壁421，铅块43，提杆锁销5，十字边角架6，铲斗转轴7，连杆81，连杆通孔811，旋转销82，限位套83，提钩84，提钩通孔841，限位槽85，定位块86，一号定滑轮87，限位块88，卡板9，卡口91，凸条10。

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，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参见图1至图4，深海箱式取样器包括平衡支撑架1、提杆锁销5、提杆2、十字变角架6、铲斗31、分体式取样箱4和触发结构。所述提杆2套装在十字边角架6内，所述十字边角架6安装在平衡支撑架1顶部的支架固定框内。分体式取样箱4包括负重箱41和取样箱42，所述负重箱41与取样箱42可拆卸连接。所述提杆2的下端与负重箱41的上端连接。

所述的平衡支撑架1包括一边开口的底管、支架固定框、两根一号支管和一根二号支管；所述两根一号支管均布设置在底管开口处，一号支管的两端分别与底管和支架固定框的一角连接；两根一号支管的支架固定框同一边的两个角连接；所述二号支管的一端固定在支架固定框远离一号支管的一边的中间位置处，所述二号支管的另一端设有两个二号支管分支，两个二号支管分支均布的连接在底管的远离开口的一边。

所述提杆2上设有两个水平设置的提杆锁销通孔，所述提杆锁销通孔内设有提杆锁销5，提杆锁销5使得提杆2相对于十字变角架6轴向定位，当提杆锁销5抽出时，提杆2能够在十字变角架6内上下自由活动。

参见图5至图8，所述十字变角架6包括变角架外框和变角架内框，所述变角架内框通过销轴安装在变角架外框内，变角架内框能够绕销轴摆动，从而实现提杆2的摆动，能够保持取样器的平衡，防止取样器翻倒。

所述负重箱41的底部开口，所述负重箱41包括箱顶、两个平线设置的侧板和平行设置的安装板。两侧板上对称设有用于安装单臂铲斗3的轴孔。所述两个安装板与顶板之间均设有对开的两个箱盖411，其中一个箱盖411与安装板铰接，另一个箱盖411与顶板铰接。当取样器往海底方向运动时，水流经往取样箱时，箱盖411会在水流的冲击下打开，来减小阻力；当取样器完成取样，在牵引绳的作用下往海面方向运动时，此时箱盖在重力和水流冲击力下处于闭合状态，既减少了阻力，又使得取样箱内的样品免被海水冲刷稀释。

所述提杆2的下端与负重箱41的箱顶连接，所述提杆2垂直于负重箱41。所述箱顶上还设置有四根铅块固定杆，四根铅块固定杆两两对称分布在顶板的两端，铅块固定杆用于套装铅块43。提杆2的上端安装有两块平行竖置的一号安装板21和二号安装板。

参见图12至图13，提杆2上设置有触发结构，所述触发结构包括限位槽85、连杆81、与牵引绳连接的提钩84、用于提钩84定位的定位块86、一号定滑轮87、弹性绳(或橡皮筋)、限位套83、用于防止定位块86滑出限位槽85的限位块88、用于连接弹性绳的连接环、以及旋转销82。限位槽85水平设置一号安装板21和二号安装板之间。在连杆81通过至少两个限位套83限位在提杆2的一侧面，连杆81竖直设置，在限位套83中可以自由活动。连杆81的底端与旋转销82的一端通过铰接，旋转销82的中间部通过旋转销转轴安装在提杆2的壁面上，旋转销82可通过旋转销转轴沿着提杆2壁面转动。旋转销82为l形，一侧边为直角，另一侧边为圆弧状。当旋转销82的直边处于水平时，旋转销82的另一端远离提杆；当旋转销82发生转动，即旋转销82的直边不处于水平位置时，旋转销82的另一端位于提杆的外表面范围内。定位块86为圆柱形，限位槽85的一侧壁(即一号安装板21)设有长条形开口，定位块86上设有手柄，所述手柄伸出长条形开口，可以通过拉动手柄来使得定位块86在限位槽85内移动。一号定滑轮87与连接环均设置在一号安装板21上，且手柄、一号定滑轮和连接环位于同一平面，通过弹性绳将三者连接起来。所述一号安装板21与二号安装板上对称设有提钩插口211，所述提钩84插在一号安装板21与二号安装板的提钩插口211处；提钩84上设有提钩通孔841，提钩通孔841的直径大于定位块86的直径。当提钩84位于提钩插口211内时，提钩84、定位块86和限位槽85这三者的轴心线重合。

触发结构的工作过程为：

当旋转销82的直边处于水平状态时，连杆81的上端部位于限位槽85中的连杆通孔811中，定位块86被限制在连杆81与提钩84之间，定位块86的一端位于提钩通孔841内；当旋转销82受到外力的作用，旋转销82发生转动，旋转销82的直边向下转动，带动连杆81向下运动，此时连杆81的上端部脱离限位槽85中的连杆通孔811内，定位块86在弹力绳的拉力下向远离提钩通孔841的方向移动，当定位块86脱离提钩通孔841后，提钩84可以在牵引绳的作用下自由活动。

所述取样箱42的横截面为方形，所述取样箱42的顶部和底部均开口。取样箱42的顶部与负重箱41的底部相配合。取样箱42包括两个平行设置的一号侧板和两个平行设置的二号侧板，所述两个一号侧板设置在靠近箱盖的两个侧面，所述两个二号侧板垂直于一号侧板。所述一号侧板为方形，所述二号侧板的底边为圆弧形。所述一个一号侧板和两个二号侧板相互焊接一体成型，所述另一个一号侧板即取样箱侧壁421，与两个二号侧板可拆卸式连接。所述取样箱侧壁421通过螺栓与两个二号侧板固定连接，通过拧开螺栓来实现取样箱侧壁421的拆卸；或者两个二号侧板上均设有卡槽，取样箱侧壁421卡接在卡槽内，可将取样箱侧壁421从卡槽内滑移出，实现取样箱侧壁421的拆卸。

参见图14至图17，取样箱42的顶部与负重箱41的底部通过两个卡板9可拆卸式连接，取样箱42一对侧壁面上对称设有与卡板9卡接的凸条10，卡板9上设有与凸条10相对应的卡口91；将取样箱42的顶部与负重箱41的底部对齐，将卡板9卡接在凸条10上，然后用螺栓将卡板9紧固在负重箱41上；当需要分离取样箱42与负重箱41时，将卡板9上的螺栓移除，将卡板9撤走即可。卡板9上的卡口91的形状是与凸条10的形状是相同的，本实施例中凸条10的横截面为三角形，卡口91的横截面也是三角形。

参见图9至图11，所述单臂铲斗3包括铲斗31和铲臂32，所述铲臂32与铲斗31可拆卸连接。

所述铲斗31包括圆弧形的铲体和铲头，所述铲头与铲体焊接。铲体远离铲头的一端设有限位条，防止铲体从取样箱的一侧转动到取样箱的另一端，所述限位条的长度与铲体的宽度相同。所述铲体的弧度与取样箱42的二号侧板的弧度相同，所述铲体的上表面设置有橡胶层，橡胶层使得铲体更好的密封取样箱42。铲头远离铲体的一端至另一端，铲头的厚度逐渐增大直至与铲体的厚度相同或略大于铲体的厚度。铲体的两侧板设有两个对称的v形支架311，所述v型支架311的与铲体连接，在铲头与限位条之间。所述v型支架311的前端设有横梁35，所述横梁35与铲体的轴心线垂直，所述横梁35的两端设有通孔。

所述铲臂32包括两条对称设置的臂体，所述臂体由第一段310、第二段39、第三段38和第四段37依次焊接而成或一体成型，所述两个第一段310相互平行，所述两个第二段39构成梯形，所述两个第三段38相互平行，所述两个第四段37相互平行，所述两个第一段310之间的距离小于两个第三段38之间的距离，所述两个第三段38之间的距离等于所述两个第四段37之间的距离。所述两个第四段37之间的距离略大于取样箱42的宽度。第四段37的轴心线与第三段38的轴心线之间的夹角为锐角。所述第三段38与第四段37的连接处设有腰孔34。所述第四段37远离第三段38的端部为t形，所述第四段37的t形端部与铲斗上的横梁35可拆卸式连接。所述横梁35上的通孔上设有卡条36，所述卡条36的一端安装在横梁35的通孔上，可绕横梁35自由转动。当第四段37的t形端部与横梁35对接时，转动横梁35两端的卡条36，使得卡条36垂直于横梁35，然后旋进卡条36端部的螺杆，所述卡条36将第四段37的t形端部与横梁35固定连接；当需要拆卸铲斗31时，只需要松开卡条36的螺栓即可。所述第四段37的t形端部设有倒角，使得卡条36能更好的紧固铲臂32与铲斗31。

所述两个第一段310之间设有横板313，所述横板313上的中间处设有用于固定牵引绳的挂环312，所述横板313的侧边安装有铅块33，使得单臂铲斗3能处于平衡状态。

所述负重箱41上的安装板的外表面设有铲斗转轴7，所述铲斗转轴7位于二号侧板底部圆弧的圆心处。所述单臂铲斗3通过铲斗转轴7与负重箱41转动连接，铲臂42上的腰孔34与铲斗转轴7连接。单臂铲斗3能以铲斗转轴7为圆心自由转动，铲斗31能够封住取样箱42的底部。

一号安装板21和二号安装板之间安装有二号定滑轮，二号定滑轮位于提钩84的下方，且与提钩84之间有一定的水平距离，所述二号定滑轮位于靠近铲臂端部的一侧。所述铲臂端部的挂环312、二号定滑轮、提钩84的下端之间依次通过绳索连接，且三者位于同一平面。

取样器上还设有锌片，减少取样器的发生电化学腐蚀。

一种利用上述的深海取样器的取样方法，具体操作步骤如下：

(1)单臂铲斗3处于打开状态；

(2)利用科考船上的绞车系统通过牵引绳将所述取样器吊放至海底，当取样器被吊起来时，拔出提杆锁销通孔内的提杆锁销5；

(3)当所述取样器到达海底时，平衡支撑架1将首先接触海底，并在分体式取样箱4的自重的作用下继续向下运动；当海底表面地形不平整时，取样器上的十字变角架6将自动调整取样箱42插入海底的角度，确保取样箱42插入海底的角度与重力加速度方向同向，从而有效避免因海底表面地形不平整而导致取样器侧翻的情况；

(4)取样箱将在负重箱上的铅块重力的的作用下插入海底底质(沉积物、软泥等)；

(5)当取样箱42向下运动时，提杆2也会随着取样箱42一起向下移动，当提杆2上的旋转销82碰触到十字边角架6时，旋转销82发生转动，旋转销82的转动触发了触发结构，连杆81向下移动，定位块86在弹性绳的作用下脱离提钩通孔841；

(6)深海箱式取样器的取样箱42插入海底底质的速度将逐渐减小直至停止；

(7)利用科考船上的绞车系统，拉动牵引绳，提钩84在牵引绳的作用下脱离提钩插口211，提钩84下端的绳索也随着提钩84向上运动，带动单臂铲斗3转动，使得单臂铲斗3与取样箱42的底部闭合，从而实现采样箱42的取样；

(8)回收取样器时，由于采样箱重力的作用，铲斗转轴7位于腰孔34的最底边，使得铲斗31与取样箱42更好的密封；

(9)当取样器被回收至科考甲板上后，将提杆锁销5插入提杆锁销通孔内；防止提杆2上下移动；

(10)松开卡条36，使得铲斗31与铲臂32分离；拆除取样箱42与负重箱41之间的连接件，使得取样箱42与负重箱41分离；

(11)将铲斗31与取样箱42一起运输到科考船实验室内对样品进行测试分析。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。