一种自锤进式土层取样装置的制作方法

1.本发明涉及工程施工领域，具体是一种自锤进式土层取样装置。


背景技术：

2.在土木施工或建筑物施工之前，需要对地基进行取样，对地基的土质、密实度等进行检测；目前的取样装置基本采用圆管插入土层内提出一段土体的方式，圆管插入土体内的结构形式大致分为两种：其一是锤进，当前已普遍电动化，锤头上下往复运动锤击取样管，类似于打夯机，例如申请号：cn201910444728.6的发明专利、申请号：cn201820140861.3的实用新型专利等，这种往复运动的设备，由于要频繁换向加速减速，锤头能到达到的运动速度有限，要想获得较大的锤击力，就要增加锤头的行程即设备的竖向高度，或者增大锤头质量，这就导致设备尺寸和重量增大，不便于携带转运；还有利用电锤以高频振动的形式驱动取样管进给的方式，其本质上与上述锤进没有区别，反而高频的振动会将样品振散，使样本失真；其二是顶进，有液压、气压、电动推杆、齿轮齿条、螺杆等顶进方式，例如申请号：cn201920376624.1的实用新型专利、申请号：cn201611119764.8的发明专利、申请号：cn202010934316.3的发明专利等，由于力的作用是相互的，在取样杆向下推进时，土层对设备具有等大的反作用力，当土层较硬时，这种推进方式无法扎入土层内，反而会将设备顶起，因此这类设备就需要设备本身具有足够的自重才能产生足够的推进力，这是非常不利的。


技术实现要素：

3.为了解决土壤取样设备进给力小的问题，本发明提供了一种自锤进式土层取样装置。
4.其解决的技术方案包括水平的基板，基板下方设有支腿，还包括竖直的取样管，取样管垂直穿设在基板上，基板对取样管有限位和导向作用；取样管上端设有两组锤击单元，每组锤击单元包括第一水平板、第二水平板、第一摆杆和第二摆杆，第一水平板和第二水平板均固定在取样管外壁的上端，第一水平板上安装有一个驱动电机，驱动电机的轴线垂直取样管，第一摆杆的一端固定在驱动电机的输出轴上，另一端安装有一个与其垂直的圆柱状的拨杆，第二摆杆的一端铰接在第二水平板上，另一端经软绳连接有一个锤击块，第二摆杆上沿杆长方向开有一个滑槽，第一摆杆端部的拨杆置于第二摆杆上的滑槽内，驱动电机带动第一摆杆转动时，第一摆杆会通过拨杆和滑槽推动第二摆杆绕铰接端转动，第二摆杆每转动一周，锤击块锤击取样管顶部一次，第二摆杆的转动中心比第一摆杆的转动中心更靠近取样管；取样管外壁上穿设有一个配重块，配重块与取样管上端之间连接有弹簧，配重块与取样管外壁之间经螺纹配合，螺纹不自锁，在锤击取样管时，配重块由于惯性具有保持不动的趋势，取样管与配重块之间便会发生轴向相对移动，取样管就会发生转动，锤击结束后，配重块回位时会带动取样管反向转动。
5.所述的基板上设有竖直向上的第一导向杆，第一导向杆穿过配重块，使配重块只能上下滑动不能绕取样管转动。
6.所述的锤击单元的第二水平板固定有一个竖向的第二导向杆，第二导向杆上套设有一个导向滑块，第二摆杆的端部铰接在导向滑块上，使第二摆杆具有向上滑动的活动余量。
7.所述的取样管上端封口且平整，且取样管上端中心位置开有排气孔。
8.所述的基板上设有竖向管状的导向段，取样管穿过导向段。
9.所述的取样管的外壁下端为薄刃锯齿状。
10.两组所述的锤击单元的锤击块不同时锤击取样管，且取样管与基板、第一导向杆与配重块均为间隙配合。
11.本发明能以小体积小重量的设备产生较大的锤击力，且不破坏样本的原样性，通过取样管旋转和两侧锤击块交替渐进式砸进，能够减小砸进阻力。
附图说明
12.图1为锤击块转动至内侧时本发明的主视图。
13.图2为锤击块转动至外侧时本发明的主视图。
14.图3为本发明的俯视图。
15.图4为图3中a-a剖视图。
16.图5为图1中b位置的放大图。
[0017] 图6为图2中c 位置的放大图。
实施方式
[0018]
结合附图，本发明包括水平的基板1，基板1下方设有支腿2，还包括竖直的取样管3，取样管3垂直穿设在基板1上，基板1对取样管3有限位和导向作用，基板1放置在取样位置，取样管3向下扎入土层中进行取样；取样管3上端设有两组锤击单元，每组锤击单元包括第一水平板4、第二水平板5、第一摆杆6和第二摆杆7，第一水平板4和第二水平板5均固定在取样管3外壁的上端，第一水平板4上安装有一个驱动电机8，驱动电机8的轴线垂直取样管3，第一摆杆6的一端固定在驱动电机8的输出轴上，另一端安装有一个与其垂直的圆柱状的拨杆9，第二摆杆7的一端铰接在第二水平板5上，另一端经软绳10连接有一个锤击块11，第二摆杆7上沿杆长方向开有一个滑槽12，第一摆杆6端部的拨杆9置于第二摆杆7上的滑槽12内，驱动电机8带动第一摆杆6转动时，第一摆杆6会通过拨杆9和滑槽12推动第二摆杆7绕铰接端转动，第二摆杆7每转动一周，锤击块11锤击取样管3顶部一次，第一水平板4与第二水平板5之间的距离足够使锤击块11无碍通过，第二摆杆7的转动中心比第一摆杆6的转动中心更靠近取样管3，这样就使得转动过程中拨杆9在滑槽12内的位置是变化的，拨杆9转动至靠近取样管3一侧时拨杆9距离第一摆杆6的铰接端较近，如图1所示，拨杆9转动至背离取样管3一侧时拨杆9距离第一摆杆6的铰接段较远，如图2所示，在第一摆杆6转速恒定的情况下，在靠近取样管3一侧时，第二摆杆7的转速较大，使锤击块11具有更大的动能锤击取样管3，在远离取样管3一侧时，第二摆杆7的转速较小，使锤击块11离心力较小避免取样管3受到较大的径向偏心拉力；两组锤击单元关于取样管3的轴线中心对称，使取样管3总体受到的
锤击力平衡。
[0019]
取样管3外壁上穿设有一个配重块13，配重块13与取样管3上端之间连接有弹簧14，配重块13与取样管3外壁之间经螺纹配合，螺纹不自锁，即螺纹升角大于当量摩擦角，使取样管3和配重块13之间能够被轴向推动，在锤击取样管3时，取样管3猛然下降，但是配重块13由于具有较大的质量故而惯性较大，在锤击瞬间具有保持不动的趋势，取样管3与配重块13之间便会发生轴向相对移动，弹簧14收缩，在螺纹的作用下，取样管3就会发生转动，锤击结束后，配重块13在重力的作用下相对于取样管3下移至弹簧14回复初始长度，配重块13回位时会带动取样管3反向转动，这样，每次锤击取样管3都会小幅度捻动，使取样管3能够更顺利的扎入土层。
[0020]
所述的基板1上设有竖直向上的第一导向杆15，第一导向杆15穿过配重块13，使配重块13只能上下滑动不能绕取样管3转动，第一导向杆15与第一连杆、第二连杆以及锤击块11的运动路径始终不发生干涉。
[0021]
所述的锤击单元的第二水平板5固定有一个竖向的第二导向杆16，第二导向杆16上套设有一个导向滑块17，第二摆杆7的端部铰接在导向滑块17上，使第二摆杆7具有向上滑动的活动余量，当锤击块11转动到高于铰接点的位置时，锤击块11的离心力会产生向上的分力拉动导向滑块17向上运动，避免该分力作用在第二水平板5上而将取样管3向上拔。
[0022]
所述的取样管3上端封口且平整，利于锤击块11锤击施力，且取样管3上端中心位置开有排气孔18，使取样管3向下扎入土层时取样管3内部的空气能够排出，不会对土层进入取样管3造成气压阻力。
[0023]
所述的基板1上设有竖向管状的导向段19，取样管3穿过导向段19，较长的导向段19可以更好的对取样管3进行限位和导向。
[0024]
所述的取样管3的外壁下端为薄刃锯齿状，在锤击和捻动时能够更顺利的扎入土层中。
[0025]
两组所述的锤击单元的锤击块11不同时锤击取样管3，且取样管3与基板1、第一导向杆15与配重块13均为间隙配合，使取样管3具有少量晃动余量，两个锤击块11在两侧先后锤击取样管3，能够使取样管3两侧交替渐进式锤进，使锤进阻力更小。
[0026]
使用本发明进行土层取样时，将基板1放在取样处，取样管3下端正对取样点，然后启动两组锤击单元的驱动电机8，驱动电机8带动第一摆杆6转动，第一摆杆6通过拨杆9和滑槽12带动第二摆杆7绕铰接端转动，第二摆杆7转动过程中锤击块11会被甩开，第二摆杆7每转动一周，锤击块11锤击取样管3上端一次，两个锤击块11交替锤击取样管3使取样管3逐渐向下扎入土层中；由于锤击块11与第二摆杆7之间经软绳10连接，因此锤击块11锤击取样管3后可以越过取样管3继续被第二摆杆7拖着转动。
[0027]
由于第二摆杆7的转动中心比第一摆杆6的转动中心更靠近取样管3，因此当第二摆杆7和锤击块11转动到靠近取样管3一侧时，拨杆9在滑槽12内的位置更靠近第二摆杆7的铰接端，而当第二摆杆7和锤击块11转动到远离取样管3一侧时，拨杆9在滑槽12内的位置更远离第二摆杆7的铰接端，在第一摆杆6转速恒定即拨杆9处的线速度恒定的情况下，拨杆9越靠近第二摆杆7的铰接端，第二摆杆7的转速越大，也就是说锤击块11在靠近取样管3的一侧转动速度大，锤击块11具有更大的动能锤击取样管3，而在远离取样管3的一侧，锤击块11转动速度小，离心力小，不会对取样管3产生过大的径向拉力。
[0028]
在锤击取样管3的瞬间，取样管3瞬间下降，而配重块13由于惯性较大保持不动，配重块13相对于取样管3上移，在螺纹的作用下，取样管3发生转动，锤击结束后，配重块13回复在取样管3上的原位置，回复过程中配重块13相对于取样管3下移，在螺纹的作用下取样管3反向转动；取样管3转动会减小其侧壁与土体的摩擦，从而降低锤进阻力。
[0029]
同时，两个锤击块11交替锤击，使取样管3两侧交替渐进式锤进，压强更大，而且单侧锤击时取样管3会有一个小幅摆动，将外层土体向外推挤，能够进一步减小锤进的阻力。
[0030]
本发明通过两组锤击单元交替持续的锤击取样管3，使取样管3能够持续地砸进扎入土层中，通过软绳10连接第二摆杆7和锤击块11，使锤击块11锤击取样管3后能够避让越过取样管3，从而使锤击块11能以最简单的单向转动的形式完成反复锤击动作，使锤击单元的驱动和传动结构更为简单高效，且锤头的转速高，利用锤头的动能进行锤击，以小体积小重量的设备产生较大的锤击力；而且取样管3没有高频振动，能够保证取样管3内土体完整不松散，不破坏样本的原样性，从而使样本能够更真实的反应土层情况；另外，在锤击时利用配重块13的惯性通过螺纹使取样管3发生反复旋转，减小取样管3与土层的摩擦力，减小砸进阻力，而且两侧锤击块11交替渐进式砸进，能够进一步减小砸进阻力。

技术特征：
1.一种自锤进式土层取样装置，包括水平的基板（1），基板（1）下方设有支腿（2），还包括竖直的取样管（3），取样管（3）垂直穿设在基板（1）上，基板（1）对取样管（3）有限位和导向作用；其特征在于，取样管（3）上端设有两组锤击单元，每组锤击单元包括第一水平板（4）、第二水平板（5）、第一摆杆（6）和第二摆杆（7），第一水平板（4）和第二水平板（5）均固定在取样管（3）外壁的上端，第一水平板（4）上安装有一个驱动电机（8），驱动电机（8）的轴线垂直取样管（3），第一摆杆（6）的一端固定在驱动电机（8）的输出轴上，另一端安装有一个与其垂直的圆柱状的拨杆（9），第二摆杆（7）的一端铰接在第二水平板（5）上，另一端经软绳（10）连接有一个锤击块（11），第二摆杆（7）上沿杆长方向开有一个滑槽（12），第一摆杆（6）端部的拨杆（9）置于第二摆杆（7）上的滑槽（12）内，驱动电机（8）带动第一摆杆（6）转动时，第一摆杆（6）会通过拨杆（9）和滑槽（12）推动第二摆杆（7）绕铰接端转动，第二摆杆（7）每转动一周，锤击块（11）锤击取样管（3）顶部一次，第二摆杆（7）的转动中心比第一摆杆（6）的转动中心更靠近取样管（3）；取样管（3）外壁上穿设有一个配重块（13），配重块（13）与取样管（3）上端之间连接有弹簧（14），配重块（13）与取样管（3）外壁之间经螺纹配合，螺纹不自锁，在锤击取样管（3）时，配重块（13）由于惯性具有保持不动的趋势，取样管（3）与配重块（13）之间便会发生轴向相对移动，取样管（3）就会发生转动，锤击结束后，配重块（13）回位时会带动取样管（3）反向转动。2.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，所述的基板（1）上设有竖直向上的第一导向杆（15），第一导向杆（15）穿过配重块（13），使配重块（13）只能上下滑动不能绕取样管（3）转动。3.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，所述的锤击单元的第二水平板（5）固定有一个竖向的第二导向杆（16），第二导向杆（16）上套设有一个导向滑块（17），第二摆杆（7）的端部铰接在导向滑块（17）上，使第二摆杆（7）具有向上滑动的活动余量。4.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，所述的取样管（3）上端封口且平整，且取样管（3）上端中心位置开有排气孔（18）。5.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，所述的基板（1）上设有竖向管状的导向段（19），取样管（3）穿过导向段（19）。6.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，所述的取样管（3）的外壁下端为薄刃锯齿状。7.根据权利要求1所述的一种自锤进式土层取样装置，其特征在于，两组所述的锤击单元的锤击块（11）不同时锤击取样管（3），且取样管（3）与基板（1）、第一导向杆（15）与配重块（13）均为间隙配合。

技术总结
本发明涉及一种自锤进式土层取样装置，有效的解决了土壤取样设备进给力小的问题；解决的技术方案包括取样管，取样管上端设有两组锤击单元，每组锤击单元包括第一摆杆和第二摆杆，第一摆杆一端连接驱动电机，另一端安装有一个拨杆，第二摆杆的一端铰接，另一端经软绳连接有一个锤击块，第二摆杆上沿杆长方向开有一个滑槽，第一摆杆端部的拨杆置于第二摆杆上的滑槽内，驱动电机驱动第一摆杆转动进而通过拨杆和滑槽推动第二摆杆转动，锤击块锤击取样管，取样管外壁上经螺纹配合穿设有一个配重块，在锤击取样管时，在螺纹作用下取样管就会发生转动；本发明能以小体积小重量产生较大的锤击力，通过取样管旋转和两侧锤击块交替砸进，减小砸进阻力。减小砸进阻力。减小砸进阻力。


技术研发人员：候风双
受保护的技术使用者：候风双
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/21