一种地质资源勘查智能旋切采样装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及地质资源勘察技术领域，具体是指一种地质资源勘查智能旋切采样装置及其使用方法。


背景技术：

2.人们在对地面进行采样时，为了方便操作，通常会采用取芯钻机向地面内部进行钻探和取样，从而便于对地面内部的地质资源进行勘查。
3.在采样完成之后，需要先分离采样筒和钻头，再收集内部的土样。在采样点土质湿腻黏稠的情况下，采样筒内部的土样会在采样过程中的压力作用下被挤压成一个不易取出的整体并粘附在采样筒内壁上，同时由于采样筒底部开口，人力不易于由采样筒内挖出土样，从而采样效率较差，且不便于连续采样。


技术实现要素：

4.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种地质资源勘查智能旋切采样装置及其使用方法，为了解决在采样点土质湿腻黏稠的情况下，采样筒内部的土样会在采样过程中的压力作用下被挤压成一个不易取出的整体并粘附在采样筒内壁上，同时由于采样筒底部开口，人力不易于由采样筒内挖出土样，从而采样效率较差，且不便于连续采样的问题，本发明提出了设置在采样筒内部的挤出单元和位于采样筒下方的顶升取出组件，顶升取出组件与挤出单元的配合能不断地由底部搅动压成整块的土样并产生离心力，以向采样筒外抛出土样。
5.本发明采取的技术方案如下：一种地质资源勘查智能旋切采样装置，包括机架、驱动组件、定位组件、采样组件和顶升取出组件，所述驱动组件设于机架顶端，所述采样组件设于驱动组件下方，所述顶升取出组件设于机架下部，所述定位组件设于机架外侧。
6.进一步地，所述采样组件包括采样筒、底部锥壳、螺纹管、旋切钻头、定位盘、挤出盘、同步滑杆、双孔定位板、定位螺栓和挤出单元，所述采样筒固定设于驱动组件下方，所述底部锥壳贴合设于采样筒下方，所述采样筒侧壁上开设有与底部锥壳贴合连接的采样口，所述螺纹管通过螺纹连接设于底部锥壳下方，所述旋切钻头固定设于螺纹管底端，所述定位盘位于采样筒上方，所述挤出盘滑动贴合设于采样筒内部，所述同步滑杆竖直穿过采样筒并且固定设于定位盘、挤出盘和底部锥壳之间，所述双孔定位板固定设于定位盘上方，所述定位螺栓穿过双孔定位板并且通过螺纹连接设于采样筒侧壁上。
7.进一步地，所述挤出单元包括滑轴、下部卡轮、内置弹簧伸缩杆和抛洒帘，所述下部卡轮卡合转动设于底部锥壳顶端，所述滑轴竖直滑动贯穿设于下部卡轮中心，所述内置弹簧伸缩杆两端铰接设于滑轴顶端与下部卡轮之间，所述内置弹簧伸缩杆圆周阵列设有多组，所述抛洒帘圆周阵列设有多组并且固定设于相邻的两组内置弹簧伸缩杆之间。
8.进一步地，所述顶升取出组件包括横向电动推杆、移动罩壳、连接杆、蹼板、收集凹盘、竖向滑梁、竖向滑座、取出电机、取出轴、插头、轮辋、中心轴、蜗杆、蜗轮、转动臂和摆臂，
所述横向电动推杆固定设于机架下部，所述移动罩壳水平滑动设于机架下部，所述连接杆固定设于移动罩壳与横向电动推杆之间，所述收集凹盘固定设于移动罩壳外侧，所述竖向滑梁固定设于移动罩壳内部，所述竖向滑座滑动设于竖向滑梁上，所述取出电机固定设于竖向滑座内，所述取出轴穿过竖向滑座顶部和移动罩壳顶部并且固定设于取出电机输出端上，所述插头固定设于取出轴顶端，所述滑轴底端开设有与插头适配的插口，所述竖向滑座内卡合转动设有轮辋，所述中心轴固定设于轮辋中心，所述蜗杆固定设于取出轴上，所述蜗轮固定设于中心轴上并且与蜗杆啮合连接，所述转动臂固定设于中心轴端部，所述摆臂铰接设于移动罩壳与转动臂之间。
9.进一步地，所述机架包括底部支撑板、顶部支撑板和多组支撑柱，所述底部支撑板位于采样筒下方，所述顶部支撑板位于底部支撑板正上方，多组所述支撑柱固定设于顶部支撑板和底部支撑板之间，所述底部支撑板上设有避让口，所述横向电动推杆固定设于底部支撑板上，所述移动罩壳滑动设于底部支撑板上。
10.进一步地，所述驱动组件包括驱动电机、上部卡轮和竖向电动推杆，所述驱动电机固定设于顶部支撑板顶端，所述上部卡轮卡合转动设于顶部支撑板上方，所述竖向电动推杆贯穿顶部支撑板并且固定设于上部卡轮中心，所述竖向电动推杆底端与采样筒固定连接，所述驱动电机输出端和竖向电动推杆上均固定设有传动齿轮，两组所述传动齿轮相互啮合连接。
11.进一步地，所述定位组件包括定位电机、定位丝杆、定位框架、定位螺母块和定位插杆，所述定位框架滑动贴合设于多组支撑柱外侧，所述定位螺母块固定设于定位框架内侧，所述定位电机固定设于顶部支撑板上方并且输出端延伸至顶部支撑板下方，所述定位丝杆固定设于定位电机输出端上并且与定位螺母块螺纹连接，所述定位插杆设有多组并且固定设于定位框架下方。
12.进一步地，所述顶部支撑板下方固定设有工控机，所述驱动电机、竖向电动推杆、横向电动推杆、取出电机和定位电机均与工控机电性连接，所述工控机选用西门子s7-300型plc控制器。
13.进一步地，所述机架底端固定设有多组移动轮。
14.一种地质资源勘查智能旋切采样装置的使用方法，包括以下步骤：s1、将机架移动至采样地点，工控机使定位电机转动，定位电机与定位丝杆的转动通过定位丝杆与定位螺母块的螺纹连接关系带动定位螺母块、定位框架与定位插杆下移，使定位插杆插入地面实现机架的稳固定位；s2、工控机命令驱动电机与竖向电动推杆动作，驱动电机推杆两组啮合的传动齿轮带动竖向电动推杆与下方采样筒转动，同时竖向电动推杆自身向下伸长，使采样筒与旋切钻头经过避让口向地面下方旋切取样，旋切钻头向下方钻进的过程中，采样点的土样能够在周边的挤压力下由采样筒与底部锥壳间的采样口进入采样筒内部；s3、工控机制动驱动电机并向上收回竖向电动推杆，随后横向电动推杆通过连接杆将移动罩壳与收集凹盘移动至采样筒正下方，由底部锥壳上人力卸除螺纹管，将定位螺栓取出并由双孔定位板上部的通孔再度插接至采样筒中，使定位盘、同步滑杆、挤出盘和底部锥壳下移，挤出盘的下移会推动采样筒内的土样整体向下并与采样筒壁发生相对滑移，使采样筒内被压紧的土样发生松动并便于取出，而底部锥壳与采样筒底部之间此刻留有较
大的空隙以便于土样向外流出，在螺纹管离开底部锥壳后，滑轴由底部锥壳下方露出，并在定位螺栓与双孔定位板上部的通孔连接过程中下移，使插口与取出轴上的插头相连接，完成顶升取出土样的准备工作；s4、工控机带动取出电机持续转动，取出电机、取出轴的转动通过插头与插口的配合使滑轴以及下部卡轮同步转动，下部卡轮转动产生的离心力能将底部锥壳上的土样向外甩出至收集凹盘上，此过程中，蜗杆与蜗轮的啮合关系带动中心轴、轮辋与转动臂持续转动，并通过转动臂与摆臂的铰接关系间歇地产生对于移动罩壳底部的顶升力，从而使竖向滑座沿竖向滑梁上下移动，并带动取出电机、取出轴上下移动，而滑轴在跟随取出轴上下移动的过程中会带动内置弹簧伸缩杆发生伸缩，使多组内置弹簧伸缩杆之间的抛洒帘不断地掀动上方的土样，从而逐渐将压紧的整块土样打散并抛入收集凹盘上。
15.采用上述结构本发明取得的有益效果如下：1、本发明设置了在采样筒内部的挤出单元和位于采样筒下方的顶升取出组件，顶升取出组件与挤出单元的配合能不断地由底部搅动压成整块的土样并产生离心力，以向采样筒外抛出土样。
16.2、采样组件中，采样筒与下方底部锥壳的滑动分体设置，以及上方双孔定位板与定位螺栓的配合，使得旋切采样过程中土样能由采样筒与底部锥壳间的采样口进入采样筒内部，而取出土样时，底部锥壳与采样筒的分离则会通过同步滑杆与挤出盘推动土样向下滑移，有助于松动土样内部以及土样与采样筒壁间的连接关系，便于取出土样。
17.3、挤出单元中下部卡轮、内置弹簧伸缩杆和抛洒帘的设置，能够在不断上下打散土样的同时在底部锥壳上方提供离心力，以便于将打散的土样向外抛出从而清空采样筒。
18.4、顶升取出组件中蜗轮、蜗杆、轮辋、转动臂与摆臂等零部件的配合使用，能够带动竖向滑座沿竖向滑梁上下移动，达到了取出电机与取出轴自提升的效果，在实现挤出单元甩出土样且上下打散凸块效果的基础上，便于减少相对于挤出单元的驱动源，精简了结构布置。
19.5、移动罩壳底部蹼板的设置，有助于在将移动罩壳推动至采样筒底部时，维持移动罩壳与底部支撑板间的支撑关系，避免移动罩壳的大部分悬空在避让口上，从而顶升取出组件缺乏稳固的支撑而不便于取出土样。
附图说明
20.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明的地质资源勘查智能旋切采样装置的立体结构示意图；图2为本发明的地质资源勘查智能旋切采样装置的另一个视角的立体结构示意图；图3为本发明的采样组件的立体结构示意图；图4为本发明的采样组件的剖面结构示意图；图5为本发明的挤出单元的立体结构示意图；图6为本发明的驱动组件的立体结构示意图；图7为本发明的顶升取出组件的立体结构示意图；
图8为本发明的移动罩壳的内部结构示意图；图9为本发明的定位组件的立体结构示意图；图10为本发明在图9中a部分的局部放大图。
21.其中，1、机架，101、底部支撑板，102、顶部支撑板，103、支撑柱，104、避让口，2、移动轮，3、驱动组件，301、驱动电机，302、上部卡轮，303、竖向电动推杆，304、传动齿轮，4、采样组件，401、采样筒，402、采样口，403、底部锥壳，404、螺纹管，405、旋切钻头，406、定位盘，407、挤出盘，408、同步滑杆，409、双孔定位板，410、定位螺栓，5、顶升取出组件，501、横向电动推杆，502、移动罩壳，503、连接杆，504、蹼板，505、收集凹盘，506、竖向滑梁，507、竖向滑座，508、取出电机，509、取出轴，510、插头，511、轮辋，512、中心轴，513、蜗杆，514、蜗轮，515、转动臂，516、摆臂，6、挤出单元，601、滑轴，602、下部卡轮，603、内置弹簧伸缩杆，604、抛洒帘，605、插口，7、定位组件，701、定位电机，702、定位丝杆，703、定位框架，704、定位螺母块，705、定位插杆，8、工控机。
具体实施方式
22.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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
24.如图1~图2所示，地质资源勘查智能旋切采样装置，包括机架1、驱动组件3、定位组件7、采样组件4和顶升取出组件5，驱动组件3设于机架1顶端，采样组件4设于驱动组件3下方，顶升取出组件5设于机架1下部，定位组件7设于机架1外侧。
25.如图1所示，机架1底端固定设有多组移动轮2。
26.如图3~图5所示，采样组件4包括采样筒401、底部锥壳403、螺纹管404、旋切钻头405、定位盘406、挤出盘407、同步滑杆408、双孔定位板409、定位螺栓410和挤出单元6，采样筒401固定设于驱动组件3下方，底部锥壳403贴合设于采样筒401下方，采样筒401侧壁上开设有与底部锥壳403贴合连接的采样口402，螺纹管404通过螺纹连接设于底部锥壳403下方，旋切钻头405固定设于螺纹管404底端，定位盘406位于采样筒401上方，挤出盘407滑动贴合设于采样筒401内部，同步滑杆408竖直穿过采样筒401并且固定设于定位盘406、挤出盘407和底部锥壳403之间，双孔定位板409固定设于定位盘406上方，定位螺栓410穿过双孔定位板409并且通过螺纹连接设于采样筒401侧壁上，通过拆卸定位螺栓410，并将定位螺栓410穿过双孔定位板409上部的通孔重新定位在采样筒401上，能够使定位盘406、同步滑杆408、挤出盘407和底部锥壳403同步下移，从而便于卸载采样筒401中的土样。
27.如图4~图5所示，挤出单元6包括滑轴601、下部卡轮602、内置弹簧伸缩杆603和抛洒帘604，下部卡轮602卡合转动设于底部锥壳403顶端，滑轴601竖直滑动贯穿设于下部卡轮602中心，内置弹簧伸缩杆603两端铰接设于滑轴601顶端与下部卡轮602之间，内置弹簧
伸缩杆603圆周阵列设有多组，抛洒帘604圆周阵列设有多组并且固定设于相邻的两组内置弹簧伸缩杆603之间，滑轴601与下部卡轮602相对于底部锥壳403的转动能够产生离心力，从而有助于将采样筒401下方的土样向周围抛出，滑轴601的竖直滑动能够带动内置弹簧伸缩杆603的伸缩动作，并驱使抛洒帘604上下掀动，将完整的土样打散成碎块，以便于卸载采样筒401中的土样。
28.如图7~图8所示，顶升取出组件5包括横向电动推杆501、移动罩壳502、连接杆503、蹼板504、收集凹盘505、竖向滑梁506、竖向滑座507、取出电机508、取出轴509、插头510、轮辋511、中心轴512、蜗杆513、蜗轮514、转动臂515和摆臂516，横向电动推杆501固定设于机架1下部，移动罩壳502水平滑动设于机架1下部，连接杆503固定设于移动罩壳502与横向电动推杆501之间，收集凹盘505固定设于移动罩壳502外侧，竖向滑梁506固定设于移动罩壳502内部，竖向滑座507滑动设于竖向滑梁506上，取出电机508固定设于竖向滑座507内，取出轴509穿过竖向滑座507顶部和移动罩壳502顶部并且固定设于取出电机508输出端上，插头510固定设于取出轴509顶端，滑轴601底端开设有与插头510适配的插口605，竖向滑座507内卡合转动设有轮辋511，中心轴512固定设于轮辋511中心，蜗杆513固定设于取出轴509上，蜗轮514固定设于中心轴512上并且与蜗杆513啮合连接，转动臂515固定设于中心轴512端部，摆臂516铰接设于移动罩壳502与转动臂515之间，横向电动推杆501的伸长会通过连接杆503将移动罩壳502放置在采样筒401正下方，取出电机508、取出轴509的转动会通过插头510与插口605的连接关系带动滑轴601转动，蜗杆513、蜗轮514的啮合关系用于驱动转动臂515的持续转动，转动臂515的持续转动会通过摆臂516的摆动驱使竖向滑座507沿竖向滑梁506上下移动（转动臂515、摆臂516以及相对于竖向滑座507上下移动的移动罩壳502能够视为曲柄滑块机构，蜗轮514、中心轴512、轮辋511在驱动以上曲柄滑块机构运动的同时，会使移动罩壳502与竖向滑座507相对滑动，并使得竖向滑座507相对于机架1发生升降），从而能够由取出电机508的驱动力带动驱动电机301、取出轴509等零部件与竖向滑座507同步上下移动，实现自提升的效果。
29.如图2所示，机架1包括底部支撑板101、顶部支撑板102和多组支撑柱103，底部支撑板101位于采样筒401下方，顶部支撑板102位于底部支撑板101正上方，多组支撑柱103固定设于顶部支撑板102和底部支撑板101之间，底部支撑板101上设有避让口104，横向电动推杆501固定设于底部支撑板101上，移动罩壳502滑动设于底部支撑板101上。
30.如图9~图10所示，定位组件7包括定位电机701、定位丝杆702、定位框架703、定位螺母块704和定位插杆705，定位框架703滑动贴合设于多组支撑柱103外侧，定位螺母块704固定设于定位框架703内侧，定位电机701固定设于顶部支撑板102上方并且输出端延伸至顶部支撑板102下方，定位丝杆702固定设于定位电机701输出端上并且与定位螺母块704螺纹连接，定位插杆705设有多组并且固定设于定位框架703下方，定位电机701的转动会通过定位螺母块704与定位丝杆702的螺纹连接关系带动定位框架703上下移动，从而便于定位插杆705插入地面实现装置的稳固定位。
31.如图6所示，驱动组件3包括驱动电机301、上部卡轮302和竖向电动推杆303，驱动电机301固定设于顶部支撑板102顶端，上部卡轮302卡合转动设于顶部支撑板102上方，竖向电动推杆303贯穿顶部支撑板102并且固定设于上部卡轮302中心，竖向电动推杆303底端与采样筒401固定连接，驱动电机301输出端和竖向电动推杆303上均固定设有传动齿轮
304，两组传动齿轮304相互啮合连接，固定于上部卡轮302中的竖向电动推杆303能够带动采样筒401上下移动，驱动电机301的转动会通过两组相啮合的传动齿轮304带动竖向电动推杆303和上部卡轮302转动，从而使竖向电动推杆303下方的采样筒401与旋切钻头405实现旋切采样。
32.如图2所示，顶部支撑板102下方固定设有工控机8，驱动电机301、竖向电动推杆303、横向电动推杆501、取出电机508和定位电机701均与工控机8电性连接，工控机8选用西门子s7-300型plc控制器。
33.如图1~图10所示，一种地质资源勘查智能旋切采样装置的使用方法，包括以下步骤：s1、将机架1移动至采样地点，工控机8使定位电机701转动，定位电机701与定位丝杆702的转动通过定位丝杆702与定位螺母块704的螺纹连接关系带动定位螺母块704、定位框架703与定位插杆705下移，使定位插杆705插入地面实现机架1的稳固定位；s2、工控机8命令驱动电机301与竖向电动推杆303动作，驱动电机301推杆两组啮合的传动齿轮304带动竖向电动推杆303与下方采样筒401转动，同时竖向电动推杆303自身向下伸长，使采样筒401与旋切钻头405经过避让口104向地面下方旋切取样，旋切钻头405向下方钻进的过程中，采样点的土样能够在周边的挤压力下由采样筒401与底部锥壳403间的采样口402进入采样筒401内部；s3、工控机8制动驱动电机301并向上收回竖向电动推杆303，随后横向电动推杆501通过连接杆503将移动罩壳502与收集凹盘505移动至采样筒401正下方，由底部锥壳403上人力卸除螺纹管404，将定位螺栓410取出并由双孔定位板409上部的通孔再度插接至采样筒401中，使定位盘406、同步滑杆408、挤出盘407和底部锥壳403下移，挤出盘407的下移会推动采样筒401内的土样整体向下并与采样筒401壁发生相对滑移，使采样筒401内被压紧的土样发生松动并便于取出，而底部锥壳403与采样筒401底部之间此刻留有较大的空隙以便于土样向外流出，在螺纹管404离开底部锥壳403后，滑轴601由底部锥壳403下方露出，并在定位螺栓410与双孔定位板409上部的通孔连接过程中下移，使插口605与取出轴509上的插头510相连接，完成顶升取出土样的准备工作；s4、工控机8带动取出电机508持续转动，取出电机508、取出轴509的转动通过插头510与插口605的配合使滑轴601以及下部卡轮602同步转动，下部卡轮602转动产生的离心力能将底部锥壳403上的土样向外甩出至收集凹盘505上，此过程中，蜗杆513与蜗轮514的啮合关系带动中心轴512、轮辋511与转动臂515持续转动，并通过转动臂515与摆臂516的铰接关系间歇地产生对于移动罩壳502底部的顶升力，从而使竖向滑座507沿竖向滑梁506上下移动，并带动取出电机508、取出轴509上下移动，而滑轴601在跟随取出轴509上下移动的过程中会带动内置弹簧伸缩杆603发生伸缩，使多组内置弹簧伸缩杆603之间的抛洒帘604不断地掀动上方的土样，从而逐渐将压紧的整块土样打散并抛入收集凹盘505上。
34.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
36.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。