一种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备的制作方法

1.本发明涉及水工环地址勘查设备技术领域，尤其涉及一种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备。


背景技术：

2.水工环是将水文地质、工程地质和环境地质结合的新方向。其中，工程地质主要研究内容涉及地质灾害，岩石与第四纪沉积物，岩体稳定性，地震等,为查明各类工程场区的地质条件，对场区及其有关的各种地质问题进行综合评价，为保证工程的合理设计、顺利施工及正常使用提供可靠的科学依据；环境地质主要是研究人类活动和地质环境相互作用及影响。
3.专利申请公布号cn102943631a的发明专利公开了一种轻便多功能钻机，包括底座组件、支撑组件、给进提升组件、滑套组件、钻进组件，所述支撑组件固定于底座组件上；所述给进提升组件固定于所述支撑组件顶端；所述滑套组件套于支撑组件上，并与给进提升组件相连，其可沿支撑组件上下滑动；所述钻进组件固定于滑套组件上。该钻机结构简单、重量轻、总体重量只有76kg；采用模块化设计，单个模块的重量不超过40kg，可快速装卸，便于搬运，实现了单个模块单人背负；动力头可实现三个档位的转速和扭矩输出，从而实现多种不同的钻进工艺。
4.但是其在实际使用时，仍旧存在较多缺点，例如其对岩芯进行取出的过程中，设备上并没有将岩芯底端与岩层分离的结构，因此，实际使用时，通常是工作人员用扳手或小锤子在钻具上横敲，使得岩芯与岩层发生刚性断裂，从而取出岩芯，而手动敲击钻具的过程中，岩芯容易与岩芯管发生脱离，从而影响勘查过程的正常进行。为此，我们提出了—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备，包括轻便钻机本体，所述轻便钻机本体的底端安装有用以支撑固定轻便钻机本体的配重踏板，轻便钻机本体的一侧表面滑动连接有汽油机,汽油机的输出端连接钻具,钻具包括钻杆，钻杆的底端连接有岩芯管，轻便钻机本体的中部安装有用以提升汽油机高度的卷扬机，岩芯管的顶端连接钢丝绳，钢丝绳的一端部穿过轻便钻机本体顶端并向后延伸穿过调节器并卷收在卷扬机；
7.根据不同的地层，可选择合适的钻具，通过轻便钻机本体上的链条链轮驱动汽油机，从而控制岩芯管下降的速度，进而控制钻进速度，卷扬机可用于辅助提升钻杆的高度，通过卷扬机收卷钢丝绳从而在汽油机下降的过程中，间歇性的提升汽油机的高度，根据实际需要，进行打孔或取芯操作。
8.在一个优选地实施方式中，调节器包括第一支撑板和第二支撑板, 第一支撑板和第二支撑板之间形成间隙腔，间隙腔中安装有转动杆，转动杆位于间隙腔中的一侧端部固定连接凸板,凸板的一侧通过连接轴转动连接挤压滚轮；
9.通过伺服电机驱动转动杆转动，进而调动凸板发生转动，凸板每转动一圈带动挤压滚轮挤压钢丝绳，从而使得连接汽油机的钢丝绳被挤压，由于钢丝绳被挤压滚轮拉扯，因此钢丝绳会带动汽油机提升高度，实现汽油机的提升，以便于汽油机驱动钻具钻进的过程中定时进行提升，减少零件损耗，延长结构的使用寿命。
10.在一个优选地实施方式中，所述转动杆的一端部穿过第一支撑板的内侧壁并与伺服电机的输出端固定连接，转动杆的另一端部穿过第二支撑板的内侧壁并延伸至第二支撑板一侧连接棘轮，所述第二支撑板位于棘轮下方的位置处安装有棘齿,棘齿与第二支撑板活动连接；
11.棘轮和棘齿的配合形成单向锁定的结构，棘轮只能单向转动，进而避免钢丝绳在汽油机下降时通过摩擦带动挤压滚轮反方向转动的现象。
12.在一个优选地实施方式中，所述钻杆和岩芯管之间通过螺纹连接，所述岩芯管的底端连接截断头，截断头的底端连接有钻头，钻头的底壁内外分布两层刀齿；
13.根据不同的地层，可以更换不同材质的钻头进行钻进，并通过岩芯管取出岩芯，钻进到指定深处后，利用截断头对岩芯柱的底端进行切断，之后通过提升钻具将岩芯取出，便于后续的检测研究等。
14.在一个优选地实施方式中，所述截断头包括外防护壳和内防护壳, 外防护壳和内防护壳一体化设置，外防护壳和内防护壳之间形成两个容纳腔，两个容纳腔对称分布，内防护壳位于容纳腔一端部的侧壁位置处开设出刀口，容纳腔的内部靠近出刀口的位置处固定安装有可以转动的导向滚轮；所述容纳腔的内部安装有限位环,限位环的内部设置有可以滑动的切割组件，切割组件包括动力臂杆,动力臂杆的一端部通过转轴转动连接有支撑臂杆,支撑臂杆的一端部通过转轴转动连接有转动臂杆,转动臂杆的一端部安装有切割刀头,切割刀头的端部穿过出刀口并延伸至内防护壳内侧；
15.当钻具钻进到指定深度后，通过钢丝绳带动切割组件顺着限位环在容纳腔中滑动，在移动的过程中，通过导向滚轮对切割组件导向，使得切割刀头从出刀口中伸出，利用切割刀头对岩芯底端的侧壁进行切割，从而将岩芯与地层之间的岩石分离，便于取出岩芯。
16.在一个优选地实施方式中，所述动力臂杆的两端部上下两侧壁均安装有可以转动的支撑滚轮,支撑滚轮与容纳腔的内壁滑动连接，动力臂杆的端部位于支撑滚轮上方的位置处安装有收纳盘,收纳盘由中部的收卷杆和两侧的侧板组成，收纳盘远离动力臂杆的侧板表面开设有第一过线孔；
17.切割组件在限位环中移动时，支撑滚轮可以与容纳腔的内壁滑动接触，从而对切割组件的移动起到限位作用，使得切割组件只会按照按照限位环的方向移动，配合上导向滚轮，使得切割刀头移动至导向滚轮时被导向滚轮挤压导向从出刀口中伸出，对岩芯进行分离。
18.在一个优选地实施方式中，所述截断头的顶壁位于出刀口端部上方的位置处安装有张紧滚轮,截断头的顶壁位于张紧滚轮一侧的位置处开设有第二过线孔，所述钢丝绳的一端部固定在收纳盘的收卷杆上，另一端部依次穿过第一过线孔、第二过线孔后，绕设在张
紧滚轮上并延伸至截断头上方，两根钢丝绳在截断头上方缠绕依次穿过轻便钻机本体顶端的转向器、调节器，并最终连接在卷扬机；
19.钢丝绳的一端缠绕在收纳盘的收卷杆中，另一端部连接在卷扬机上，而初始状态时，切割组件中的动力臂杆时远离出刀口的，因此收纳盘的收卷杆也是远离出刀口的，由于张紧滚轮位于出刀口的上方，调节器卷收钢丝绳时，钢丝绳穿过张紧滚轮和第二过线孔带动收纳盘靠近出刀口，又因为出刀口是安装在动力臂杆端部的，因此动力臂杆在钢丝绳的作用下不断的靠近出刀口，从而推动切割组件整体靠近导向滚轮，使切割组件对岩芯进行切割。
20.在一个优选地实施方式中，所述岩芯管的侧壁分为内外两层，形成储水腔，轻便钻机本体上安装有高压水泵，高压水泵的输出端连接输水管，输水管的端部穿过岩芯管的顶壁并延伸至储水腔中，储水腔底壁开设有横截面形状为倒置梯形的供水口，储水腔和容纳腔通过供水口相通连接，容纳腔的底壁开设有若干个出水口；
21.在汽油机驱动钻具进行转进工作时，高压水泵通过输水管将冷水输送至储水腔中，储水腔中的冷水通过供水口进入容纳腔，并最终从出水口中流出，对正在切割岩石的钻头进行冷却，减少切割时产生的热量，从而延长结构的使用寿命。
22.在一个优选地实施方式中，所述储水腔的内层侧壁均匀开设有若干个缺口，缺口的内部安装有可以转动的卡紧肋条,缺口对应卡紧肋条边缘的位置处安装有密封垫，缺口内部位于卡紧肋条一侧的位置处安装有水囊，所述水囊靠近卡紧肋条的位置处等距阵列分布若干个凸块，且从上到下凸块的长度依次减小，位于最上方的凸块的表面设置多个褶皱，所述进水口远离卡紧肋条的一侧壁对应褶皱的位置处开设有进水口；
23.当钻头钻进至指定位置后，冷水继续输送至储水腔中，而由于出水口附近被堵塞，冷水在储水腔中越积越多，使得冷水进入到水囊中，并使得若干个褶皱均伸长，从而挤压卡紧肋条，使卡紧肋条脱离缺口，并与岩芯柱的侧壁接触，从而实现对岩芯柱的夹持，防止作为样本的岩芯在钻具提升的过程中掉落的现象。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.1、通过本发明设计的整体结构，与现有技术相比，利用高压水泵输送的冷却水使得岩芯管内部的卡紧肋条张开，若干个张开的卡紧肋条均匀的分布在被取出的岩芯的侧壁上，从而利用多个卡紧肋条对岩芯的侧壁进行夹持，由于水囊中充满冷却水后，进水口的是内小外大的形状，使得进水口内部的冷却水流出较慢，因此在钻具上升过程中，水囊中的水流不会完全流出，使得卡紧肋条仍然处于张开的状态，从而使得岩芯在上升的过程中不会发生掉落，避免了现有的轻便钻机在取出岩芯的过程中岩芯发生掉落的现象。
26.2、通过本发明设计的整体结构，利用卷扬机收卷钢丝绳，并配合调节器对钢丝绳保持张紧状态和改变钢丝绳长度，与现有技术相比，挤压滚轮每转动一圈，挤压滚轮会挤压一次钢丝绳，此时，钢丝绳被挤压滚轮挤压导致被拉扯，钢丝绳被拉扯一段后，钢丝绳带动钻具提升，凸板每转动一圈即可将钻具提升一次，同时，钻均钻进地面指定位置后，通过卷扬机收卷钢丝绳即可带动切割组件对岩芯的底端进行切割，从而将岩芯切断，与地层的岩石进行分隔，以便于将岩芯取出。
27.3、通过设置切割组件，利用钢丝绳的移动带动切割组件改变位置，与现有技术相比，在钻具钻进地层的过程中，切割组件收纳在截断头中，当钻具钻进至指定深度的地层
后，通过卷扬机收卷钢丝绳，钢丝绳带动切割组件在限位环中滑动，直至切割组件在钢丝绳的作用下移动至张紧滚轮的下方后，切割组件可以对岩芯的底壁进行全部切割。
附图说明
28.图1为本发明提出的—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备整体结构第一视角示意图。
29.图2为本发明提出的—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备第二视角示意图。
30.图3为本发明提出的调节器的结构示意图。
31.图4为本发明提出的钻具的结构示意图。
32.图5为本发明提出的钻头的结构示意图。
33.图6为本发明提出的截断头的结构示意图。
34.图7为本发明提出的外防护壳和内防护壳的竖截面结构剖视图。
35.图8为本发明提出的出刀口、限位环和导向滚轮的结构示意图。
36.图9为本发明提出的截断头的部分结构示意图。
37.图10为本发明提出的切割组件的结构示意图。
38.图11为本发明提出的截断头和钻头的竖截面结构剖视图。
39.图12为本发明图11中a处结构放大图。
40.图中：1、轻便钻机本体；2、配重踏板；3、卷扬机；4、钻杆； 5、调节器；6、汽油机；7、岩芯管；8、截断头；9、钻头；10、支撑滚轮；11、收纳盘；12、第一过线孔；13、张紧滚轮；14、第二过线；
41.51、第一支撑板；52、第二支撑板；53、伺服电机；54、转动杆； 55、凸板；56、挤压滚轮；57、棘轮；58、棘齿；
42.71、卡紧肋条；72、水囊；73、褶皱；74、凸块；75、进水口；
43.81、外防护壳；82、内防护壳；83、出刀口；84、限位环；85、切割刀头；86、导向滚轮；87、动力臂杆；88、支撑臂杆；89、转动臂杆。
具体实施方式
44.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。
45.本实施例提供—种可防样本掉落的水工环地质勘查取样设备，参照附图1-12，包括轻便钻机本体1，轻便钻机本体1可参考现有技术中的ad-15(b)型轻便多功能钻机，轻便钻机本体1的底端安装有用以支撑固定轻便钻机本体1的配重踏板2，在配重踏板2上增加配重块可以提高整体结构在使用时的牢固性，轻便钻机本体1的一侧表面滑动连接有汽油机6,汽油机6的输出端连接钻具,钻具可以根据地层的不同进行更换，钻具包括钻杆4，钻杆4的底端连接有岩芯管7，轻便钻机本体1的中部安装有用以提升汽油机6高度的卷扬机3，卷扬机3可采用ad-15(b)型轻便多功能钻机配套的卷扬机，岩芯管7 的顶端连接钢丝绳，钢丝绳的一端部穿过轻便钻机本体1顶端并向后延伸穿过调节器5并卷收在卷扬机3。
46.具体的，调节器5包括第一支撑板51和第二支撑板52,第一支撑板51和第二支撑板
52之间形成间隙腔，间隙腔中安装有转动杆 54，转动杆54位于间隙腔中的一侧端部固定连接凸板55,凸板55的一侧通过连接轴转动连接挤压滚轮56，通过外接控制系统控制伺服电机53，使得伺服电机53的输出端滴啊东转动杆54发生转动，转动杆54转动时带动凸板55和棘轮57转动，转动杆54每转动一圈，凸板55也转动一圈从而带动挤压滚轮56转动一圈，挤压滚轮56转动到脱离间隙腔，当挤压滚轮56离间隙腔最远的时候，挤压滚轮56 会挤压钢丝绳，由于钢丝绳的另一端被卷扬机3收卷固定，因此，当钢丝绳被加油向一侧弯曲时，钢丝绳靠近汽油机6的的一端部会被提升，从而使得钻具的高度上升，实现钻具提升的效果。
47.进一步的，转动杆54的一端部穿过第一支撑板51的内侧壁并与伺服电机53的输出端固定连接，转动杆54的另一端部穿过第二支撑板52的内侧壁并延伸至第二支撑板52一侧连接棘轮57，第二支撑板52位于棘轮57下方的位置处安装有棘齿58,棘齿58与第二支撑板52活动连接，转动杆54转动时带动棘轮57一道转动，由于棘齿 58会嵌入至棘轮57的棘齿之间，因此，因此，棘轮57只能单向转动，当钻具下降时，钢丝绳与挤压滚轮56接触时，因为棘轮57不能反向转动，此时，转动杆54不会反转，减少伺服电机53受到的结构应力。
48.值得说明的是，钻杆4和岩芯管7之间通过螺纹连接，岩芯管7 的底端连接截断头8，截断头8的底端连接有钻头9,钻头9的底壁内外分布两层刀齿，安装时先将钻杆4安装到汽油机6的输出端，之后，通过扳手旋转岩芯管7，使岩芯管7余钻杆4螺纹连接，并将截断头 8螺纹连接到岩芯管7的底端，并将截断头8通过螺栓固定在截断头 8的底部，利用两层刀齿对岩石进行破碎。
49.值得注意的是，截断头8包括外防护壳81和内防护壳82,外防护壳81和内防护壳82一体化设置，外防护壳81和内防护壳82之间形成两个容纳腔，两个容纳腔对称分布，内防护壳82位于容纳腔一端部的侧壁位置处开设出刀口83，容纳腔的内部靠近出刀口83的位置处固定安装有可以转动的导向滚轮86，容纳腔的内部安装有限位环84,限位环84的内部设置有可以滑动的切割组件，切割组件包括动力臂杆87,动力臂杆87的一端部通过转轴转动连接有支撑臂杆88, 支撑臂杆88的一端部通过转轴转动连接有转动臂杆89,转动臂杆89 的一端部安装有切割刀头85,切割刀头85的端部穿过出刀口83并延伸至内防护壳82内侧；
50.当切割组件向出刀口83移动时，切割组件靠近出刀口83的位置不断的与导向滚轮86接触，首先是，切割刀头85的背面与导向滚轮 86端部接触，由于导向滚轮86的位置不便，当切割刀头85不断移动时，切割刀头85会被导向滚轮86挤压，从而切割刀头85会发生偏转，从出刀口83中伸出对岩芯的底部进行切割，随着切割组价不断的向出刀口83的位置靠近，切割刀头85完全伸出后，紧接着转动臂杆89也会伸出，然后是支撑臂杆88，在这个过程中，岩芯底部被完全切断。
51.不得不说的是，动力臂杆87的两端部上下两侧壁均安装有可以转动的支撑滚轮10,支撑滚轮10与容纳腔的内壁滑动连接，动力臂杆87的端部位于支撑滚轮10上方的位置处安装有收纳盘11,收纳盘 11由中部的收卷杆和两侧的侧板组成，收纳盘11远离动力臂杆87 的侧板表面开设有第一过线孔12，当切割组件在向出刀口83的位置移动时，支撑滚轮10与容纳腔的侧壁接触，从而使得切割组件不会与容纳腔的侧壁发生接触，与容纳腔的侧壁接触的是支撑滚轮10，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，减小结构摩擦发热现象；
52.更进一步的，截断头8的顶壁位于出刀口83端部上方的位置处安装有张紧滚轮13,截断头8的顶壁位于张紧滚轮13一侧的位置处开设有第二过线孔14，钢丝绳的一端部固定
在收纳盘11的收卷杆上，另一端部依次穿过第一过线孔12、第二过线孔14后，绕设在张紧滚轮13上并延伸至截断头8上方，两根钢丝绳在截断头8上方缠绕依次穿过轻便钻机本体1顶端的转向器、调节器5，并最终连接在卷扬机3，在钻具钻进的过程中，钢丝绳主要用来控制钻具钻进的深度和提升钻具，当钻具钻进到指定位置后，此时，通过卡住轻便钻机本体 1的链轮链条驱动系统，使得汽油机6的位置不能发生改变；
53.此时，再通过卷扬机3卷收钢丝绳的一端部，此时，钢丝绳不会提升钻具的高度，此时，钢丝绳的一端部穿过张紧滚轮13和第二过线孔14进入到截断头8中并带动收纳盘11向张紧滚轮13的位置靠近，由于收纳盘11与支撑滚轮10连接在一起，因此，当钢丝绳向张紧滚轮13靠近时，会通过收纳盘11带动支撑滚轮10向张紧滚轮13 下方靠近，也即向出刀口83的位置靠近，从而将收纳在容纳腔中的切割组件从出刀口83中伸出，对岩芯进行切割，从而便于截断岩芯底部，使岩芯与岩层分离。
54.不得不说的，岩芯管7的侧壁分为内外两层，形成储水腔，轻便钻机本体1上安装有高压水泵，高压水泵的输出端连接输水管，输水管的端部穿过岩芯管7的顶壁并延伸至储水腔中，储水腔底壁开设有横截面形状为倒置梯形的供水口，储水腔和容纳腔通过供水口相通连接，容纳腔的底壁开设有若干个出水口，通过外接的高压水泵向储水腔中输送冷却水，之后，冷却水通过供水口进入到容纳腔中，最终通过出水口流出与刀齿接触，从而对刀齿进行降温，加速刀齿热量的散发。
55.更进一步的，储水腔的内层侧壁均匀开设有若干个缺口，缺口的内部安装有可以转动的卡紧肋条71,缺口对应卡紧肋条71边缘的位置处安装有密封垫，缺口内部位于卡紧肋条71一侧的位置处安装有水囊72，水囊72靠近卡紧肋条71的位置处等距阵列分布若干个凸块74，且从上到下凸块74的长度依次减小，位于最上方的凸块74 的表面设置多个褶皱73，进水口75远离卡紧肋条71的一侧壁对应褶皱73的位置处开设有进水口75，当钻头9钻进到指定深度后，卡住轻便钻机本体1上的链轮链条，从而固定钻具的深度；
56.此时，高压水泵继续向储水腔中输送冷却水，而由于此时出水口被地层阻挡，冷却水从出水口中流出速率极慢，因此，冷却水会在储水腔中富集，在水压的作用下，冷却水会通过进水口75进入到水囊 72中从而将凸块74撑开，撑开后的凸块74会推动卡紧肋条71，使得卡紧肋条71的顶端脱离缺口向卡紧肋条71内侧摆动，由于凸块 74从上到下长度依次减小，因此，并且冷却水向凸块74中灌入时，会将褶皱73撑开，从而更进一步推动卡紧肋条71。
57.本实施例中涉及到的轻便钻机本体1采用上海艾都能源科技有限公司生产的型号为ad-15(b)型的轻便多功能钻机，其配套驱动系统和控制系统以及管路也可由厂家提供，除此之外，本发明中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进，其中，ad-15(b)型轻便多功能钻机的主要技术参数如下：
58.钻机转速(r/min)：200、500、1200；
59.钻进深度：≤15m；
60.动力：5.5p(本田汽油机)；
61.给进方式：链轮链条；
62.钻孔直径(mm):46、60；
63.钻塔类型：单立柱斜支撑；
64.大给进和提升力上限：750kg；
65.钻架高度：1.65m；
66.给进行程：1.2m；
67.整机净重质量：76kg；
68.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
69.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
70.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。