采空区分体式螺纹进给土壤采样装置的制作方法

本发明涉及土壤采样装置，具体为采空区分体式螺纹进给土壤采样装置。

背景技术：

1、铝土矿采空区复垦需要对土壤进行分层取样分析，以研究采空区土壤结构与肥力改良，采空区地层主要为铁质黏土岩和黏土岩，该类黏土岩单轴抗压强度在5mpa以上，完整性较好，对土壤采样装置提出了特殊要求。

2、目前，土壤采样装置主要包括螺纹钻杆式和液压静压式两类，螺纹钻杆式采样装置通过驱动螺纹钻杆旋转，利用螺旋叶片直接旋入土壤进行钻进和排土，但其在钻进过程中将土壤切碎并通过螺旋叶片排出，所采集的土壤为扰动土样，土样的层理结构和矿物组成被破坏，无法获取保持原状结构的柱状土芯，难以满足采空区复垦对原状土样的分析需求，液压静压式采样装置通过液压缸提供静压力将取样管压入土层，但其驱动力受限于液压系统压力，在面对单轴抗压强度5mpa以上的黏土岩地层时，静压方式难以有效贯入，且需要配套液压泵站，设备笨重，在采空区复杂地形条件下搬运困难，此外，取样管长度固定，无法在一次下钻中完成多个层位的连续分层采样。

3、因此，亟需一种能够适应高硬度黏土岩地层、保障原状土样结构完整、便于在采空区复杂地形条件下搬运的土壤采样装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，具备能够适应高硬度黏土岩地层、保障原状土样结构完整的优点，解决了上述背景技术所提出的问题。

2、本发明提供如下技术方案：采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，包括支撑框，所述支撑框的底部固定安装有螺纹套，所述螺纹套的内壁螺纹连接有螺纹进给管，所述支撑框的顶端设有用于对螺纹进给管进行驱动的驱动机构，所述支撑框的底端设有取样管，所述取样管的顶部设有用于对其快速拆卸的快拆机构，所述取样管的表面开设有螺旋排屑槽，所述取样管的底部螺纹连接有环形钻头，所述环形钻头的内壁开设有环形坡口，所述环形钻头的底端固定设有若干个切削齿，所述切削齿在环形钻头的周向上呈非均匀分布，且切削齿的切削面镶嵌有金刚石复合片。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动机构包括电机安装座、内插杆和法兰式联轴器，所述电机安装座的底端与支撑框顶端的中部固定连接，所述电机安装座顶端的中部固定安装有减速电机，所述内插杆的顶端通过法兰式联轴器与减速电机的输出轴固定连接，所述内插杆的顶部通过轴承与支撑框顶端的中部转动连接，所述内插杆的底端固定设有用于驱动螺纹进给管的滑块，所述滑块的两次均固定设有滑键，所述螺纹进给管的内壁开设有与滑键滑动连接的滑槽，所述螺纹进给管的顶端通过螺丝固定安装有防尘圈，所述内插杆与防尘圈的内壁滑动连接。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述内插杆的表面固定设有内支撑盘，内支撑盘固定设有若干个，沿内插杆的轴向等距设置，所述内支撑盘与螺纹进给管的内壁滑动连接，且内支撑盘的顶部和底部均设有圆角。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述快拆机构包括机壳，所述机壳顶端的中部与螺纹进给管的底端固定连接，所述机壳的内部转动设有双头丝杆，所述双头丝杆的中部固定设有从动斜齿轮，所述机壳的正面通过螺丝固定安装有盖板，所述机壳的背面设有用于驱动从动斜齿轮旋转的驱动组件，所述双头丝杆的两侧均设有滑座，所述滑座的中部设有与双头丝杆螺纹连接的螺母，且滑座与机壳的内部滑动连接，所述滑座的一侧固定设有若干个滑杆，所述机壳的两侧均开设有与滑杆滑动连接的滑孔，所述滑座的两侧均设有侧板，所述侧板一侧的顶部与滑杆的一端固定连接，所述侧板一侧的底部固定设有夹板，所述夹板的一侧开设有与取样管相贴合的管槽，所述管槽的内部固定设有曲面定位条，所述取样管的顶部开设有与曲面定位条相卡合的曲面定位槽。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动组件包括凸起部，所述凸起部位于机壳背面的中部，所述凸起部转动连接有转轴，所述转轴的一端固定设有主动斜齿轮，所述从动斜齿轮与主动斜齿轮啮合连接，所述转轴的另一端固定设有旋钮，所述旋钮的中部开设有六角槽，所述转轴的一侧固定设有棘轮，所述凸起部的一侧转动连接有圆杆，所述圆杆的一端固定设有与棘爪，所述棘爪的端部与棘轮卡合连接，所述圆杆的表面套设有用于对棘爪提供弹性支撑的扭簧，所述圆杆的另一端固定设有操控杆，所述旋钮和操控杆均位于凸起部的外部。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑框两侧的底部均固定设有安装板，所述安装板顶端的两侧均固定设有对其进行加固的筋板，所述安装板的一侧开设有安装孔。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑框底端的中部开设有用于对螺纹套进行安装的定位孔，所述螺纹套与定位孔穿插连接，所述螺纹套的表面固定设有安装盘，所述安装盘的底端通过螺栓与支撑框底端的内壁固定连接，且安装盘的直径大于定位孔的直径，所述安装盘的底端固定设有若干个凸柱，所述支撑框底端的内壁开设有与凸柱相卡合的柱槽。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述取样管底部的内壁设有内螺纹端，所述取样管的顶端固定设有与内螺纹端相适配的螺纹接头一，所述螺纹接头一的内径与取样管的内径相等，各段取样管之间通过首尾相接的螺纹可拆卸连接，所述环形钻头的顶端固定设有螺纹接头二，所述螺纹接头二与取样管底部的内螺纹端螺纹连接，且取样管之间的螺纹连接以及取样管与环形钻头之间的螺纹连接方向与取样管钻进时的旋转方向一致。

10、与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

11、1、该采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，通过取样管获取柱状土芯，避免了螺纹钻杆切碎土壤所造成的土样扰动；取样管采用分段式结构，各段之间螺纹连接且接头内径与取样管内径相等，保证连接处内壁光滑平齐，避免土芯通过时受切削挤压；快拆机构实现取样管与螺纹进给管的快速拆装，一次下钻可完成多个层位的连续分层采样，解决了现有装置无法分层连续采样的技术难题，环形钻头内壁的环形坡口自下而上向外倾斜形成锥形结构，在钻头提升时利用楔紧效应卡住土芯防止脱落，环形钻头的切削齿呈非均匀分布并镶嵌金刚石复合片，提高了破土效率和耐磨性。

12、2、该采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，通过滑块两侧的滑键与螺纹进给管内壁的滑槽配合，实现了驱动电机固定安装于支撑框顶端而螺纹进给管在旋转驱动下沿轴向独立进给，快拆机构通过双头丝杆驱动两侧滑座相向或背向移动，带动夹板夹紧或松开取样管，配合棘轮与棘爪的自锁功能实现了快速拆装和可靠锁紧，便于逐段接长操作，取样管表面的螺旋排屑槽在旋转进给时主动将切削碎屑向上导出，有效防止湿润黏土工况下的堵塞，此外，本发明无需配套液压泵站，整体结构紧凑轻便，各部件可拆分搬运，有效解决了现有装置在采空区复杂地形条件下搬运困难的问题。

1.采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，包括支撑框（1），其特征在于：所述支撑框（1）的底部固定安装有螺纹套（2），所述螺纹套（2）的内壁螺纹连接有螺纹进给管（3），所述支撑框（1）的顶端设有用于对螺纹进给管（3）进行驱动的驱动机构（4），所述支撑框（1）的底端设有取样管（5），所述取样管（5）的顶部设有用于对其快速拆卸的快拆机构（6），所述取样管（5）的表面开设有螺旋排屑槽（7），所述取样管（5）的底部螺纹连接有环形钻头（8），所述环形钻头（8）的内壁开设有环形坡口（22），所述环形钻头（8）的底端固定设有若干个切削齿（23），所述切削齿（23）在环形钻头（8）的周向上呈非均匀分布，且切削齿（23）的切削面镶嵌有金刚石复合片。

2.根据权利要求1所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述驱动机构（4）包括电机安装座（401）、内插杆（403）和法兰式联轴器（404），所述电机安装座（401）的底端与支撑框（1）顶端的中部固定连接，所述电机安装座（401）顶端的中部固定安装有减速电机（402），所述内插杆（403）的顶端通过法兰式联轴器（404）与减速电机（402）的输出轴固定连接，所述内插杆（403）的顶部通过轴承与支撑框（1）顶端的中部转动连接，所述内插杆（403）的底端固定设有用于驱动螺纹进给管（3）的滑块（406），所述滑块（406）的两次均固定设有滑键（407），所述螺纹进给管（3）的内壁开设有与滑键（407）滑动连接的滑槽（14），所述螺纹进给管（3）的顶端通过螺丝固定安装有防尘圈（15），所述内插杆（403）与防尘圈（15）的内壁滑动连接。

3.根据权利要求2所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述内插杆（403）的表面固定设有内支撑盘（405），内支撑盘（405）固定设有若干个，沿内插杆（403）的轴向等距设置，所述内支撑盘（405）与螺纹进给管（3）的内壁滑动连接，且内支撑盘（405）的顶部和底部均设有圆角。

4.根据权利要求1所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述快拆机构（6）包括机壳（601），所述机壳（601）顶端的中部与螺纹进给管（3）的底端固定连接，所述机壳（601）的内部转动设有双头丝杆（602），所述双头丝杆（602）的中部固定设有从动斜齿轮（604），所述机壳（601）的正面通过螺丝固定安装有盖板，所述机壳（601）的背面设有用于驱动从动斜齿轮（604）旋转的驱动组件（605），所述双头丝杆（602）的两侧均设有滑座（603），所述滑座（603）的中部设有与双头丝杆（602）螺纹连接的螺母，且滑座（603）与机壳（601）的内部滑动连接，所述滑座（603）的一侧固定设有若干个滑杆（606），所述机壳（601）的两侧均开设有与滑杆（606）滑动连接的滑孔，所述滑座（603）的两侧均设有侧板（607），所述侧板（607）一侧的顶部与滑杆（606）的一端固定连接，所述侧板（607）一侧的底部固定设有夹板（608），所述夹板（608）的一侧开设有与取样管（5）相贴合的管槽，所述管槽的内部固定设有曲面定位条（609），所述取样管（5）的顶部开设有与曲面定位条（609）相卡合的曲面定位槽（18）。

5.根据权利要求4所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述驱动组件（605）包括凸起部（6051），所述凸起部（6051）位于机壳（601）背面的中部，所述凸起部（6051）转动连接有转轴（6052），所述转轴（6052）的一端固定设有主动斜齿轮（6053），所述从动斜齿轮（604）与主动斜齿轮（6053）啮合连接，所述转轴（6052）的另一端固定设有旋钮（6054），所述旋钮（6054）的中部开设有六角槽，所述转轴（6052）的一侧固定设有棘轮（6055），所述凸起部（6051）的一侧转动连接有圆杆（6056），所述圆杆（6056）的一端固定设有与棘爪（6057），所述棘爪（6057）的端部与棘轮（6055）卡合连接，所述圆杆（6056）的表面套设有用于对棘爪（6057）提供弹性支撑的扭簧（6058），所述圆杆（6056）的另一端固定设有操控杆（6059），所述旋钮（6054）和操控杆（6059）均位于凸起部（6051）的外部。

6.根据权利要求1所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述支撑框（1）两侧的底部均固定设有安装板（9），所述安装板（9）顶端的两侧均固定设有对其进行加固的筋板（10），所述安装板（9）的一侧开设有安装孔（11）。

7.根据权利要求1所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述支撑框（1）底端的中部开设有用于对螺纹套（2）进行安装的定位孔（16），所述螺纹套（2）与定位孔（16）穿插连接，所述螺纹套（2）的表面固定设有安装盘（12），所述安装盘（12）的底端通过螺栓与支撑框（1）底端的内壁固定连接，且安装盘（12）的直径大于定位孔（16）的直径，所述安装盘（12）的底端固定设有若干个凸柱（13），所述支撑框（1）底端的内壁开设有与凸柱（13）相卡合的柱槽（17）。

8.根据权利要求1所述的采空区分体式螺纹进给土壤采样装置，其特征在于：所述取样管（5）底部的内壁设有内螺纹端（20），所述取样管（5）的顶端固定设有与内螺纹端（20）相适配的螺纹接头一（19），所述螺纹接头一（19）的内径与取样管（5）的内径相等，各段取样管（5）之间通过首尾相接的螺纹可拆卸连接，所述环形钻头（8）的顶端固定设有螺纹接头二（21），所述螺纹接头二（21）与取样管（5）底部的内螺纹端（20）螺纹连接，且取样管（5）之间的螺纹连接以及取样管（5）与环形钻头（8）之间的螺纹连接方向与取样管（5）钻进时的旋转方向一致。