一种地质工程用取土设备

1.本发明属于土壤检测技术领域，具体是一种地质工程用取土设备。


背景技术：

2.在生态学、土壤学研究中，经常要对野外土壤取样，进行这项工作的最基本工具是土钻，将土钻直插土壤，把所需层次的土壤取出来，比较快捷、实用。然而，目前的土钻主要适合对壤土取样，不是专门针对沙土的。沙土与壤土有显著不同，壤土相对紧实，土壤颗粒不易散落，不会从钻头侧面的缝隙中自主流出，因此取土过程中易于控制，不会有大的困难。但是，当用来对沙土取样时就会遇到问题，尤其是干燥沙土。沙子的粘结性很差，由于受强烈蒸发的影响，沙子非常干燥，用传统土钻取样时干燥沙子易于从土钻侧面的缝隙中泄露，难以获得成功。这是因为传统土钻为了把采来的土壤从管中剥离，通常沿钢管长轴方向挖出约1cm宽的缝隙。但是传统土钻的缝隙过大，且为竖缝，导致沙土易于泄露。另外，传统土钻为圆筒钻，不适合开挖横缝。
3.为了解决上述问题，专利公开号cn208520629u公开了一种沙地土壤分层检测设备，包括括壳体、钻头及用于驱动所述钻头旋转的驱动电机，所述壳体内设有取料装置；其特征在于：所述取料装置包括设于所述壳体一侧的多个盛料件、间隔设置的多个取料部件及用于驱动所述取料部件于所述壳体内转动的转动杆，所述取料部件设于所述壳体另一侧；所述壳体上设有供所述取料部件穿出的开口，所述取料部件包括取料件和用于驱动所述取料件插入至土壤内的驱动件。
4.上述沙地土壤分层检测设备，通过设置取料装置与多个盛料件实现分层采样，且能够在一次采样中完成样本的采集，但沙地地质疏松，且钻头无法完全贴合孔壁，部分土壤会下落至下层区域，造成土壤混淆使检测精度下降。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中沙地地质疏松，且钻头无法完全贴合孔壁，部分土壤会下落至下层区域，造成土壤混淆使检测精度下降的问题，本发明的目的是提供一种地质工程用取土设备，能够对钻孔进行分层隔离，减少沙土掉落对土壤采集的影响。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种地质工程用取土设备，包括机架、发电机和气泵，机架上侧固定连接有横梁，横梁上设有推送组件，推送组件通过钻杆连接有取土钻；
7.取土钻包括机壳，机壳下端固定连接有钻头，钻头由电机驱动，钻头的尖端由透明金刚石制成，钻头内设有激光测距仪，激光测距仪位于透明金刚石上侧，机壳内固定连接有支架，支架上固定连接有若干气缸，气缸的活塞杆上固定连接有上侧开口的收集盒，机壳上开设有若干通孔，通孔位置与收集盒对应，收集盒分别向通孔方向延伸，收集盒靠近机壳一侧的侧壁将通孔密封，机壳上表面与钻杆固定连接；
8.钻杆上套设有若干隔层环，隔层环内侧均固定连接有电磁铁，隔层环外侧均固定
连接有气囊，气囊均通过气管与气泵连通。
9.采用上述方案后实现了以下有益效果：将装置部署至土壤采集点，钻头会钻开土壤，而推送组件会将取土钻向下推送，使取土钻能够对地下土壤进行取样。
10.当取土钻到达第一个采集深度前，最上层的隔层环会通过电磁铁断电与钻杆脱离，并在气囊中充气，气囊膨胀后将会卡在钻孔内，并保持在该深度，电磁铁断电后使隔层环与钻杆滑动连接，钻杆能够继续下探，同时钻孔侧壁掉落的沙土会被气囊拦截，减少沙土掉落对采集点土壤成分的干扰。
11.取土钻继续下探直到到达采集点，最上层的气缸会将收集盒推出，由于沙土质地松软，会使收集盒陷入沙土中，沙土受重力影响会落入收集盒中，之后气缸将收集盒收回，完成采样。之后在达到每层采集点时，依次通过隔层环和气缸完成隔离与采集工作。
12.当取土钻收回时，仅需要放空气囊内的空气，并开启电磁铁使隔层环吸附在钻杆上，与取土钻一同回收。
13.在钻探过程中可能钻开地下水，当取土钻回收后会通过转孔使沙土灌入地下水中，造成地下水堵塞，使地下水改道或减流，但沙漠或荒漠生态系统脆弱，地下水堵塞后可能会引发连锁反应从而产生生态灾难。钻头的尖端为透明金刚石，不但质地坚硬，且激光测距仪的管线能够透过金刚石射出。沙土质地松软，极少会出现地下空腔，而地下水几乎为清澈水流，透光性极佳，使激光测距仪激光穿过水流照射到水底，检测到的距离大幅增加，此时推送组件会停止推进，降低对地下水产生的破坏。
14.与现有技术相比，通过隔层环降低沙质土壤下落对采集点的影响，同时气囊的结构能够紧贴钻孔侧壁，防漏性能良好，且通过放气能够轻易回收；同时利用透明金刚石与激光测距仪的结构，使取土钻能够检测到地下水道，减少土壤采集过程中对生态造成的破坏。
15.进一步，还包括载具，机架、发电机和气泵均与载具固定连接。
16.有益效果：装置体积大且重量沉，不方便部署。通过将机架、发电机和气泵均与载具固定连接，能够方便的到达指定采集点进行部署。
17.进一步，隔层环内均设有理线槽，气管均与理线槽滑动连接。
18.有益效果：如果线材在气囊外侧，当气囊膨胀时，会将气囊按压入钻孔侧壁内，不方便线材的收放。隔层环内均设有理线槽，使线材能够收置在理线槽内，不会于钻孔侧壁产生刮蹭。
19.进一步，气囊外侧均周向分布有插片，插片远离气囊的一侧和收集盒靠近机壳一侧均设有尖锐部。
20.有益效果：气囊膨胀后也有可能会与钻孔侧壁发生滑动。通过在气囊外侧设置插片，在气囊膨胀后，插片能够插入钻孔侧壁中，使气囊的固定更加稳定。同时为减少插片和收集盒插入钻孔侧壁的阻力，在插片远离气囊的一侧和收集盒靠近机壳一侧均设有尖锐部，尖锐部减少了插入时与侧壁的接触面积，使插入时的压力得到提升。
21.进一步，载具设有履带，载具上设有支撑架，支撑架位于履带外侧，支撑架为伸缩杆结构，支撑架下侧固定连接有支撑座。
22.有益效果：在进行沙土取样时，需要在沙漠或者荒漠中行驶，沙土土质疏松载具有可能会陷入沙土中。履带不但适应地形能力强，且与地面有更大的接触面积，不容易陷入沙土中。载具上设有支撑架，支撑架平时收缩在载具上，到到达采集地点后，使用者能够将支
撑架伸长，使支撑座接触地面，分散作业过程中产生的压力，降低载具陷入沙土中的概率。
23.进一步，收集盒内设有震动马达，收集盒远离机壳的一侧与机壳之间设有弹性膜。
24.有益效果：在收集土壤样品时，沙土可能会溢出收集盒落入机壳内，增加机壳内传动器械发生研磨磨损的概率。弹性膜富有弹性，能够跟随收集盒移动而形变，同时能够阻拦沙土进入机壳内部，减少研磨磨损的概率。震动马达能够在取土时，通过震动使沙土抖落，提高收集效率。
25.进一步，钻杆为可拆卸式钻杆，钻杆设有粗糙的表面，推送组件为若干相向的辊轮，辊轮表面由高摩擦系数材料制成。
26.有益效果：钻杆为一体结构的化，下探深度受限，且体积大不方便携带。可拆卸式钻杆能够拆下存储，并根据目标深度进行延伸，使能够下探的深度范围更大。推送组件为若干相向的辊轮，能够将钻杆夹在辊轮之间，辊轮旋转会带动钻杆不断下探。由于辊轮是在钻杆两侧进行传动，使用者能够在下探过程中随时在钻杆上端进行长度加装。
27.进一步，载具上固定连接有用于收置线材的收线轴，载具上设有货物仓。
28.有益效果：钻探时需要携带大量线材和钻杆，货物仓能够对线材和钻杆进行存储，方便载具对其运输。线材能够绕在收线轴上，方便作业时对线材进行收放。
29.进一步，货物仓的上表面固定连接有太阳能发电板，货物仓内固定连接有蓄电池。
30.有益效果：装置为移动设备能源有限，沙漠或荒漠通常地广人稀很少有补给点。沙漠或荒漠阳光充盈，太阳能发电板能够利用阳光额外获取电能，并将电能储存在蓄电池中方便使用。
附图说明
31.图1为取土钻的示意图。
32.图2为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
34.说明书附图中的附图标记包括：机架1、发电机2、气泵3、横梁4、推送组件5、取土钻6、机壳7、电机8、激光测距仪9、支架10、气缸11、收集盒12、通孔13、钻杆14、载具15、隔层环16、气囊17、电磁铁18、插片19、尖锐部20、履带21、支撑架22、支撑座23、震动马达24、弹性膜25、辊轮26、收线轴27、货物仓28、太阳能发电板29。
35.实施例一
36.实施例基本如附图1和附图2所示：
37.一种地质工程用取土设备，包括机架1、发电机2和气泵3，发电机2的型号为bs2500i，气泵3的型号为q1e-ff-1000，机架1上侧螺栓固定有横梁4，横梁4上安装有推送组件5，推送组件5为电动丝杠，电动丝杠型号为swl10t，推送组件5通过钻杆14螺栓固定有取土钻6；
38.取土钻6包括机壳7，机壳7下端安装有钻头，钻头由电机8驱动，电机8的型号为yl-8024，钻头的尖端由透明金刚石制成，钻头内螺钉固定有激光测距仪9，激光测距仪9的型号为qwcjy001，激光测距仪9位于透明金刚石上侧，机壳7内螺钉固定有支架10，支架10上螺栓
固定有若干气缸11，气缸11的型号为malj-b-s，气缸11的活塞杆上焊接固定有上侧开口的收集盒12，机壳7上开设有若干通孔13，通孔13位置与收集盒12对应，收集盒12分别向通孔13方向延伸，收集盒12靠近机壳7一侧的侧壁将通孔13密封；
39.钻杆14上套设有若干隔层环16，隔层环16内侧均螺钉固定有电磁铁18，电磁铁18的型号为ele-p100，隔层环16外侧均粘接固定有气囊17，气囊17均通过气管与气泵3连通。
40.具体实施过程如下：将装置部署至土壤采集点，钻头会钻开土壤，而推送组件5会将取土钻6向下推送，使取土钻6能够对地下土壤进行取样。钻杆14能够保持取土钻6不会收到扭力而产生偏位，使保持钻孔保持一定垂直度。
41.采集方式为分层多次采样，当取土钻6到达第一个采集深度前，最上层的隔层环16会通过电磁铁18断电与钻杆14脱离，并在气囊17中充气，气囊17膨胀后将会卡在钻孔内，并保持在该深度，电磁铁18断电后使隔层环16与钻杆14滑动连接，钻杆14能够继续下探，同时钻孔侧壁掉落的沙土会被气囊17拦截，减少沙土掉落对采集点土壤成分的干扰。
42.取土钻6继续下探直到到达采集点，最上层的气缸11会将收集盒12推出，由于沙土质地松软，会使收集盒12陷入沙土中，沙土受重力影响会落入收集盒12中，之后气缸11将收集盒12收回，完成采样。之后在达到每层采集点时，依次通过隔层环16和气缸11完成隔离与采集工作。收集盒12均为单独设置，因此不会存在收集设备上残留土壤对取样的干扰。
43.当取土钻6收回时，仅需要放空气囊17内的空气，并开启电磁铁18使隔层环16吸附在钻杆14上，与取土钻6一同回收。
44.在钻探过程中可能钻开地下水，当取土钻6回收后会通过转孔使沙土灌入地下水中，造成地下水堵塞，使地下水改道或减流，但沙漠或荒漠生态系统脆弱，地下水堵塞后可能会引发连锁反应从而产生生态灾难。钻头的尖端为透明金刚石，不但质地坚硬，且激光测距仪9的管线能够透过金刚石射出。沙土质地松软，极少会出现地下空腔，而地下水几乎为清澈水流，透光性极佳，使激光测距仪9激光穿过水流照射到水底，检测到的距离大幅增加，此时推送组件5会停止推进，降低对地下水产生的破坏。
45.该装置通过隔层环16降低沙质土壤下落对采集点的影响，同时气囊17的结构能够紧贴钻孔侧壁，防漏性能良好，且通过放气能够轻易回收；同时利用透明金刚石与激光测距仪9的结构，使取土钻6能够检测到地下水道，减少土壤采集过程中对生态造成的破坏。
46.实施例二
47.与上述实施例的区别在于：还包括载具15，机架1、发电机2和气泵3均与载具15固定连接。
48.具体实施过程如下：装置体积大且重量沉，不方便部署。通过将机架1、发电机2和气泵3均与载具15固定连接，能够方便的到达指定采集点进行部署。
49.实施例三
50.与上述实施例的区别在于：隔层环16内均设有理线槽，气管均与理线槽滑动连接。
51.具体实施过程如下：如果线材在气囊17外侧，当气囊17膨胀时，会将气囊17按压入钻孔侧壁内，不方便线材的收放。隔层环16内均设有理线槽，使线材能够收置在理线槽内，不会于钻孔侧壁产生刮蹭。
52.实施例四
53.与上述实施例的区别在于：气囊17外侧均周向分布有插片19，插片19远离气囊17
的一侧和收集盒12靠近机壳7一侧均设有尖锐部20。
54.具体实施过程如下：气囊17膨胀后也有可能会与钻孔侧壁发生滑动。通过在气囊17外侧设置插片19，在气囊17膨胀后，插片19能够插入钻孔侧壁中，使气囊17的固定更加稳定。同时为减少插片19和收集盒12插入钻孔侧壁的阻力，在插片19远离气囊17的一侧和收集盒12靠近机壳7一侧均设有尖锐部20，尖锐部20减少了插入时与侧壁的接触面积，使插入时的压力得到提升。
55.实施例五
56.与上述实施例的区别在于：载具15设有履带21，载具15上设有支撑架22，支撑架22位于履带21外侧，支撑架22为伸缩杆结构，支撑架22下侧固定连接有支撑座23。
57.具体实施过程如下：在进行沙土取样时，需要在沙漠或者荒漠中行驶，沙土土质疏松载具15有可能会陷入沙土中。履带21不但适应地形能力强，且与地面有更大的接触面积，不容易陷入沙土中。载具15上设有支撑架22，支撑架22平时收缩在载具15上，到到达采集地点后，使用者能够将支撑架22伸长，使支撑座23接触地面，分散作业过程中产生的压力，降低载具15陷入沙土中的概率。
58.实施例六
59.与上述实施例的区别在于：收集盒12内螺栓固定有震动马达24，震动马达24的型号为4hk08-y，收集盒12远离机壳7的一侧与机壳7之间设有弹性膜25。
60.具体实施过程如下：在收集土壤样品时，沙土可能会溢出收集盒12落入机壳7内，增加机壳7内传动器械发生研磨磨损的概率。弹性膜25富有弹性，能够跟随收集盒12移动而形变，同时能够阻拦沙土进入机壳7内部，减少研磨磨损的概率。震动马达24能够在取土时，通过震动使沙土抖落，提高收集效率。
61.实施例七
62.与上述实施例的区别在于：钻杆14为可拆卸式钻杆14，钻杆14一体成型有粗糙的表面，推送组件5为若干相向的辊轮26，辊轮26的型号为dgbl，辊轮26表面由高摩擦系数材料制成。
63.具体实施过程如下：钻杆14为一体结构的化，下探深度受限，且体积大不方便携带。可拆卸式钻杆14能够拆下存储，并根据目标深度进行延伸，使能够下探的深度范围更大。推送组件5为若干相向的辊轮26，能够将钻杆14夹在辊轮26之间，辊轮26旋转会带动钻杆14不断下探。由于辊轮26是在钻杆14两侧进行传动，使用者能够在下探过程中随时在钻杆14上端进行长度加装。
64.实施例八
65.与上述实施例的区别在于：载具15上转动连接有用于收置线材的收线轴27，载具15上安装有货物仓28。
66.具体实施过程如下：钻探时需要携带大量线材和钻杆14，货物仓28能够对线材和钻杆14进行存储，方便载具15对其运输。线材能够绕在收线轴27上，方便作业时对线材进行收放。
67.实施例九
68.与上述实施例的区别在于：货物仓28的上表面螺栓固定有太阳能发电板29，太阳能发电板29的型号为l02p130-1，货物仓28内螺栓固定有蓄电池，蓄电池的型号为580cca。
69.具体实施过程如下：装置为移动设备能源有限，沙漠或荒漠通常地广人稀很少有补给点。沙漠或荒漠阳光充盈，太阳能发电板29能够利用阳光额外获取电能，并将电能储存在蓄电池中方便使用。
70.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种地质工程用取土设备，其特征在于：包括机架、发电机和气泵，机架上侧固定连接有横梁，横梁上设有推送组件，推送组件通过钻杆连接有取土钻；取土钻包括机壳，机壳下端固定连接有钻头，钻头由电机驱动，钻头的尖端由透明金刚石制成，钻头内设有激光测距仪，激光测距仪位于透明金刚石上侧，机壳内固定连接有支架，支架上固定连接有若干气缸，气缸的活塞杆上固定连接有上侧开口的收集盒，机壳上开设有若干通孔，通孔位置与收集盒对应，收集盒分别向通孔方向延伸，收集盒靠近机壳一侧的侧壁将通孔密封，机壳上表面与钻杆固定连接；钻杆上套设有若干隔层环，隔层环内侧均固定连接有电磁铁，隔层环外侧均固定连接有气囊，气囊均通过气管与气泵连通。2.根据权利要求1所述的地质工程用取土设备，其特征在于：还包括载具，机架、发电机和气泵均与载具固定连接。3.根据权利要求2所述的地质工程用取土设备，其特征在于：隔层环内均设有理线槽，气管均与理线槽滑动连接。4.根据权利要求3所述的地质工程用取土设备，其特征在于：气囊外侧均周向分布有插片，插片远离气囊的一侧和收集盒靠近机壳一侧均设有尖锐部。5.根据权利要求4所述的地质工程用取土设备，其特征在于：载具设有履带，载具上设有支撑架，支撑架位于履带外侧，支撑架为伸缩杆结构，支撑架下侧固定连接有支撑座。6.根据权利要求5所述的地质工程用取土设备，其特征在于：收集盒内设有震动马达，收集盒远离机壳的一侧与机壳之间设有弹性膜。7.根据权利要求6所述的地质工程用取土设备，其特征在于：钻杆为可拆卸式钻杆，钻杆设有粗糙的表面，推送组件为若干相向的辊轮，辊轮表面由高摩擦系数材料制成。8.根据权利要求7所述的地质工程用取土设备，其特征在于：载具上固定连接有用于收置线材的收线轴，载具上设有货物仓。9.根据权利要求8所述的地质工程用取土设备，其特征在于：货物仓的上表面固定连接有太阳能发电板，货物仓内固定连接有蓄电池。

技术总结
本发明公开了土壤检测技术领域的一种地质工程用取土设备，包括机架、发电机和气泵，机架上侧固定连接有横梁，横梁上设有推送组件，推送组件通过钻杆连接有取土钻；取土钻包括机壳，机壳下端固定连接有钻头，钻头的尖端由透明金刚石制成，钻头内设有激光测距仪，激光测距仪位于透明金刚石上侧，机壳内固定连接有支架，支架上固定连接有若干气缸，气缸的活塞杆上固定连接有上侧开口的收集盒，机壳上表面与钻杆固定连接；钻杆上套设有若干隔层环，隔层环内侧均固定连接有电磁铁，隔层环外侧均固定连接有气囊，气囊均通过气管与气泵连通。采用本发明的技术方案，能够对钻孔进行分层隔离，减少沙土掉落对土壤采集的影响。减少沙土掉落对土壤采集的影响。减少沙土掉落对土壤采集的影响。


技术研发人员：王彤 苑立志 戚波 王彪 刘莉莎
受保护的技术使用者：长春工程学院
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/6