原状土壤电动取样装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种原状土壤电动取样装置及系统，该装置包括：依次连接的手柄、带竖纹的传力杆和螺旋钻头，套筒，由围绕平台的外周的多个钢片构成，每个钢片的顶端与平台连接，并且每个钢片的内侧设有楔形结构；多根钢杆的上端具有螺纹，通过螺纹与位于第二通孔上方的螺母连接；倒楔形铁环，位于套筒内，当转动螺母以使多根钢杆相对套筒向上运动时，倒楔形铁环能够与楔形结构接合并将楔形结构向外推开；一对斜螺纹杆，对称地与传力杆的竖纹垂直啮合，使斜螺纹杆转动，传力杆能够沿竖直方向运动；超声波换能器的主体能够替换螺旋钻头与传力杆可拆卸地连接；环刀钻头，连接至超声波换能器的振动端；以及用于为超声波换能器供电的驱动电源。

【技术实现步骤摘要】
原状土壤电动取样装置及系统
本专利技术涉及土壤学实验研究设备
，特别是涉及一种原状土壤电动取样装置及系统。
技术介绍
土壤物理参数及其水动力特征参数是研究土壤水文过程的重要依据。为了获取土壤物理参数及其水动力特征参数，一般采用原状土取样。目前，随着地下水的大规模开采，华北平原的地下水位埋深由20世纪70年代的2～15m降至现在的8～30m，局部地区甚至达到了56m。那么，地下水位的下降使得土壤水文过程的研究深度从原来的几米拓展到了二十多米甚至更大的范围。那么，在对大埋深土壤物理参数及水动力特征参数的研究中，由于地下水位埋深的增加，需获取原状土的深度也随之增加，而土壤受到的压力也会随深度的增加而不断加大，造成大埋深下的土壤也更加密实，获取原状土的难度加大。目前的原状土取样装置有环刀取土钻和汽油动力取土钻。其中，环刀取土钻主要通过转动顶部的T型手柄，来带动底部的螺旋钻头进行钻进，到达一定深度后可以将螺旋钻头更换为环刀钻头进行取土。这种环刀取土方案在获取地面2m以内的原状土比较容易，对于2m以下的土壤来说，由于土壤的密实程度相对较大并且密实程度随深度的增加而增加，那么如果取土则需要对T型手柄施加一个很大的力才能继续钻进和取土，这会对取样人员的劳动力需求很大且取土效率较低。而汽油机动力取土钻则分为锤击式和震动式：锤击式取土钻是通过汽油机带动击锤不断对钻杆击打进行钻进；震动式取土钻则是通过不断对钻杆震动来达到钻进的目的。虽然汽油机动力取土钻能够在一定程度上减小对取样人员劳动力的需求，但是，汽油机取土装置的整套设备重量总体较高(例如高达20kg)，使得野外取土不便携带且购置费用较高。由此可见，现有技术中的大埋深土壤取样装置普遍存在着土壤取样难度大、效率低以及成本高的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种原状土壤电动取样装置及系统，以解决现有技术中的大埋深土壤取样装置所存在的土壤取样难度大、效率低以及成本高的问题。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术公开了一种原状土壤电动取样装置，包括：依次连接的手柄、带竖纹的传力杆和螺旋钻头，所述传力杆与所述螺旋钻头之间为可拆卸连接，所述螺旋钻头通过转动所述手柄或所述传力杆而转动；膨胀套筒系统，包括：平台，具有允许所述螺旋钻头、所述传力杆穿过的第一通孔以及环绕所述第一通孔轴向设置的多个第二通孔；套筒，由围绕所述平台的外周的多个钢片构成，每个钢片的顶端与所述平台连接，并且每个钢片的内侧设有楔形结构；多根钢杆，与所述多个第二通孔一一对应，并且所述多根钢杆的上端具有螺纹，每根钢杆穿过对应的第二通孔，通过所述螺纹与位于所述第二通孔上方的螺母连接；倒楔形铁环，位于所述套筒内，其中，所述多根钢杆在所述倒楔形铁环的内壁与所述倒楔形铁环固定连接，其中，所述倒楔形铁环的位置与所述楔形结构的位置对应，使得当转动所述螺母以使所述多根钢杆相对所述套筒向上运动时，所述倒楔形铁环能够与所述楔形结构接合并将所述楔形结构向外推开，从而使所述多个钢片远离彼此向外膨胀；以及一对斜螺纹杆，可转动地设置在所述平台的上表面并对称地与所述传力杆的所述竖纹垂直啮合，所述一对斜螺纹杆具有摇柄，当通过所述摇柄使所述斜螺纹杆转动时，所述传力杆能够沿竖直方向运动；超声波换能器，具有主体和能够相对所述主体振动的振动端，所述超声波换能器的所述主体能够替换所述螺旋钻头与所述传力杆可拆卸地连接；环刀钻头，连接至所述超声波换能器的所述振动端；以及用于为所述超声波换能器供电的驱动电源。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还公开了一种原状土壤电动取样系统，包括：上述装置，所述驱动电源为蓄电池，所述系统还包括：用于将来自所述蓄电池的直流电转换为交流电并供给所述超声波换能器的逆变器。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点：本专利技术的有益效果在于：使用本专利技术的原状土壤电动取样装置时，当使用螺旋钻头钻到一定深度，可以将膨胀套筒系统放入钻孔当中，通过使套筒膨胀而与周围的土壤紧密接合，从而使膨胀套筒系统牢固地固定在土壤中；接着，可以通过转动斜螺纹杆使螺旋钻头继续钻进；到达所需要的深度后，将螺旋钻头更换为超声波换能器和环刀钻头的组合，使得超声波换能器转换成的超声波带动环刀钻头进行超声波振动，能够实现环刀钻头的快速取样。本专利技术提出的这种方案与直接转动手柄相比更加省力、高效，降低了大埋深土壤的取样难度，从而能够提高取土效率。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的一种包含原状土壤电动取样装置的原状土壤电动取样系统的示意图；图2是根据本专利技术的一个实施例的膨胀套筒系统的下部部分的放大示意图；图3是根据本专利技术的一个实施例的膨胀套筒系统的上部部分的放大示意图；图4是根据本专利技术的一个实施例的膨胀套筒系统的平台的俯视图；图5是根据本专利技术的一个实施例的膨胀套筒系统的平台的侧视图；图6是根据本专利技术的一个实施例的彼此啮合的传力杆和斜螺纹杆的俯视图；图7是图1的局部放大图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。整体参照图1至图7，根据本专利技术的一个实施例，提供了一种原状土壤电动取样装置，该装置包括手柄1、带竖纹的传力杆2和螺旋钻头3。手柄1可以是任何类型的手柄，操作人员通过对其进行驱动(例如，转动)而使传力杆2随之转动，进而使与传力杆2连接的螺旋钻头3转动。传力杆2上的竖纹将在后文中详细描述。通过转动手柄1或传力杆2都可以使螺旋钻头3转动，从而钻入土壤。传力杆2和螺旋钻头3之间为可拆卸的连接。此外，该原状土壤电动取样装置还包括膨胀套筒系统。该膨胀套筒系统包括平台5、套筒6、多根钢杆7以及倒楔形铁环8。平台5具有允许螺旋钻头3和传力杆2穿过的第一通孔501以及环绕第一通孔501轴向设置的多个第二通孔502。套筒6由围绕平台5的外周的多个钢片601构成。钢片的长度任选，一般可以设置为2m左右。钢片601的数量可以任选，例如，3个、4个、5个或更多。这些钢片601围成筒状结构，从而构成套筒6。整个套筒直径略小于钻孔直径，以便套筒6可以放入钻孔中。在使用时，套筒6的处于下方的大部分放入钻孔中，处于上方的小部分留在地面上方。例如，假设套筒高2m，则可以使套筒下部的1.5m深入钻孔，上部的0.5m处于地面之上。每个钢片601的顶端与如图5所示的平台5连接，并且如图1和图2所示，每个钢片601的内侧设有楔形结构602。应理解，此处所述的钢片的“顶端”指的是钢片601在使用时其在竖直方向上的最上端部分。后文中当提到“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“底端”等相对位置关系也都是根据使用时在竖直方向上的位置而言的。此外，钢片的“内侧”指的是由钢片601围成的筒状结构(即，套筒6)的内侧。所述多根钢杆7与所述多个第二通孔502一一对应，即，钢杆7的数量与第二通孔502的数量相同，每根钢杆7都有与之对应的第二通孔502。优选地，在一个实施例中，钢杆7和第二通孔502的数量为4个。每根钢杆7都穿过对应的第二通孔502。钢杆7的上端具有螺纹，螺纹的长度任选，例如，可以大约为10cm，钢杆7穿过对应的第二通孔502后通过该螺纹与位于该第二通孔502上方(即，平台5上方)的螺母9连接。倒楔形铁环8位于套筒6内，倒楔形铁环8的直径略本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原状土壤电动取样装置，其特征在于，包括：依次连接的手柄、带竖纹的传力杆和螺旋钻头，所述传力杆与所述螺旋钻头之间为可拆卸连接，所述螺旋钻头通过转动所述手柄或所述传力杆而转动；膨胀套筒系统，包括：平台，具有允许所述螺旋钻头、所述传力杆穿过的第一通孔以及环绕所述第一通孔轴向设置的多个第二通孔；套筒，由围绕所述平台的外周的多个钢片构成，每个钢片的顶端与所述平台连接，并且每个钢片的内侧设有楔形结构；多根钢杆，与所述多个第二通孔一一对应，并且所述多根钢杆的上端具有螺纹，每根钢杆穿过对应的第二通孔，通过所述螺纹与位于所述第二通孔上方的螺母连接；倒楔形铁环，位于所述套筒内，其中，所述多根钢杆在所述倒楔形铁环的内壁与所述倒楔形铁环固定连接，其中，所述倒楔形铁环的位置与所述楔形结构的位置对应，使得当转动所述螺母以使所述多根钢杆相对所述套筒向上运动时，所述倒楔形铁环能够与所述楔形结构接合并将所述楔形结构向外推开，从而使所述多个钢片远离彼此向外膨胀；以及一对斜螺纹杆，可转动地设置在所述平台的上表面并对称地与所述传力杆的所述竖纹垂直啮合，所述一对斜螺纹杆具有摇柄，当通过所述摇柄使所述斜螺纹杆转动时，所述传力杆能够沿竖直方向运动；超声波换能器，具有主体和能够相对所述主体振动的振动端，所述超声波换能器的所述主体能够替换所述螺旋钻头与所述传力杆可拆卸地连接；环刀钻头，连接至所述超声波换能器的所述振动端；以及用于为所述超声波换能器供电的驱动电源。...

【技术特征摘要】
1.一种原状土壤电动取样装置，其特征在于，包括：依次连接的手柄、带竖纹的传力杆和螺旋钻头，所述传力杆与所述螺旋钻头之间为可拆卸连接，所述螺旋钻头通过转动所述手柄或所述传力杆而转动；膨胀套筒系统，包括：平台，具有允许所述螺旋钻头、所述传力杆穿过的第一通孔以及环绕所述第一通孔轴向设置的多个第二通孔；套筒，由围绕所述平台的外周的多个钢片构成，每个钢片的顶端与所述平台连接，并且每个钢片的内侧设有楔形结构；多根钢杆，与所述多个第二通孔一一对应，并且所述多根钢杆的上端具有螺纹，每根钢杆穿过对应的第二通孔，通过所述螺纹与位于所述第二通孔上方的螺母连接；倒楔形铁环，位于所述套筒内，其中，所述多根钢杆在所述倒楔形铁环的内壁与所述倒楔形铁环固定连接，其中，所述倒楔形铁环的位置与所述楔形结构的位置对应，使得当转动所述螺母以使所述多根钢杆相对所述套筒向上运动时，所述倒楔形铁环能够与所述楔形结构接合并将所述楔形结构向外推开，从而使所述多个钢片远离彼此向外膨胀；以及一对斜螺纹杆，可转动地设置在所述平台的上表面并对称地与所述传力杆的所述竖纹垂直啮合，所述一对斜螺纹杆具有摇柄，当通过所述摇柄使所述斜螺纹杆转动时，所述传力杆能够沿竖直方向运动；超声波换能器，具有主体和能够相对所述主体振动的振动端，所述超声波换能器的所述主体能够替换所述螺旋钻头与所述传力杆可拆卸地连接；环刀钻头，连接至所述超声波换能器的所述振动端；以及用于为所述超声波换能器供电的驱动电源。2.根据权利要求1所述的原状土壤电动取样装置，其特征在于，所述传力杆包括与所述手柄连接的竖纹段和与所述螺旋钻头连接的至少一个连接杆，所述竖纹设置在所述竖纹段上，所述竖纹段与所述至少一个连接杆之间可拆卸连接，并且所述至少一个连接杆彼此之间可拆卸连接。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家国，王浩，刘家宏，丁相毅，王英，石彬，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11