一种针对第四系松散层的取芯装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种针对第四系松散层的取芯装置。

背景技术

第四系地层通常是由松散的土、砂、砾石构成，由于取芯钻具一般依靠岩心与钻具内壁摩擦力保存，在提钻过程中松散的砂土、砾石往往会从取心器中掉落，地质钻探深孔对于第四系砂、砾石的采取往往非常困难。

发明内容

基于此，有必要针对在第四系地层取样困难的技术问题，提供一种针对第四系松散层的取芯装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种针对第四系松散层的取芯装置，包括：

取芯筒，上下两端呈敞开结构；

钻头，安装在取芯筒底部；

内挡盖，滑动安装在取芯筒内；

齿条，固定安装在内挡盖上端面上；

顶盖，可拆卸固定安装在取芯筒顶部；

环槽，开设在取芯筒下部内壁上；

设置在环槽内的多个绕线组件，绕线组件包括绕线轴、收卷轴、第二弹性件和挡料丝线，绕线轴和收卷轴均转动安装在环槽内，绕线轴、收卷轴与取芯筒的轴线平行设置，第二弹性件一端与环槽连接另一端与绕线轴连接，挡料丝线一端缠绕安装在绕线轴上，另一端与收卷轴连接；

通孔，开设在取芯筒顶端，且底部与环槽连通；

转轴，转动安装在通孔内；转轴通过上传动组件与齿条传动连接；转轴通过下传动组件与收卷轴传动连接；

上环形挡板，可拆卸固定安装在环槽上；

下环形挡板，可拆卸固定安装在环槽上，且位于上环形挡板下方；上环形挡板与下环形挡板件具有供挡料纱线通过的出线间隙；环槽通过出线间隙与取芯筒内腔连通；

柔性挡料件，安装在出线间隙内，提供限制挡料纱线移出环槽的柔性阻力；

挡料丝线处于收卷状态时，位于环槽内；挡料丝线处于张紧状态时，由出线间隙进入取芯筒内腔，各挡料丝线共同形成用于限制取芯样品掉落的挡料网。

可选的，所述上传动组件包括第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第一小齿轮、第一大齿轮、第二小齿轮、第一大锥齿轮、第一小锥齿轮、第二大锥齿轮、第二小锥齿轮，第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴均转动安装在顶盖内，第一小齿轮、第一大齿轮固定安装在第一传动轴上，第二小齿轮、第一大锥齿轮固定安装在第二传动轴上，第一小锥齿轮、第二大锥齿轮固定安装在第三传动轴上，第二小锥齿轮固定安装在转轴上，第一小齿轮与齿条啮合连接，第一大齿轮与第二小齿轮啮合连接，第一大锥齿轮与第一小锥齿轮啮合连接，第二大锥齿轮与第二小锥齿轮啮合连接。

可选的，所述第一传动轴、第二传动轴或第三传动轴通过单向轴承转动安装在顶盖内。

可选的，所述取芯筒上部开设有卡槽，内挡盖滑动安装在卡槽内。

可选的，所述顶盖内壁顶端安装有第一弹性件，第一弹性件下端与内挡盖连接。

可选的，所述顶盖通过螺栓与取芯筒螺纹连接，取芯筒顶端开设有若干用于与螺栓螺纹连接的螺纹孔。

可选的，所述出线间隙远离取芯筒中心的一侧呈逐渐收窄结构。

可选的，所述下传动组件包括传动齿轮、内齿圈、连接件和传动环板，转轴下端固定安装有传动齿轮，环槽内转动安装有传动环板，内齿圈通过连接件固定安装在传动环板上方且与传动环板同轴设置；收卷轴上固定安装有传动轮，传动轮与传动环板内壁滚动连接。

本技术方案的有益效果：通过设置多个绕线组件，利用钻土取芯时土层对内挡盖的推力，传动至收卷轴，收卷轴收卷挡料丝线，使得各挡料丝线共同形成用于限制取芯样品掉落的挡料网，从底部托住土样，避免提钻过程中松散的土样从取芯筒中掉落，提高取样效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为取芯筒底部的局部示意图；

图3为取芯筒的俯视图；

图4为图1中沿A-A线的剖视图（挡料丝线处于收卷状态时）；

图5为图4的另一状态图（挡料丝线处于张紧状态时）；

图6为图1中沿B-B线的剖视图；

图7为本发明另一实施例的结构示意图（挡料网呈经纬结构）；

图8为图1中C处的局部放大示意图；

图9为图1中D处的局部放大示意图；

图中，1、取芯筒；2、钻头；3、内挡盖；4、齿条；5、顶盖；6、环槽；7、绕线轴；8、收卷轴；9、第二弹性件；10、挡料丝线；11、通孔；12、转轴；13、上环形挡板；14、下环形挡板；15、出线间隙；16、柔性挡料件；17、第一传动轴；18、第二传动轴；19、第三传动轴；20、第一小齿轮；21、第一大齿轮；22、第二小齿轮；23、第一大锥齿轮；24、第一小锥齿轮；25、第二大锥齿轮；26、第二小锥齿轮；27、单向轴承；28、卡槽；29、第一弹性件；30、螺栓；31、螺纹孔；32、传动齿轮；33、内齿圈；34、传动环板；35、传动轮。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1至图9，本申请实施例提供了一种针对第四系松散层的取芯装置，包括：取芯筒1、钻头2、内挡盖3、齿条4、顶盖5、环槽6、设置在环槽6内的多个绕线组件、通孔11、转轴12、上传动组件、下传动组件、上环形挡板13、下环形挡板14和柔性挡料件16；

其中，取芯筒1上下两端呈敞开结构；钻头2安装在取芯筒1底部；钻土时，钻头2与土层接触，土样由钻头2进入取芯筒1内；

内挡盖3滑动安装在取芯筒1内；具体的，取芯筒1上部开设有卡槽28，内挡盖3滑动安装在卡槽28内，通过设置卡槽28，可现在内挡盖3下降的最低位置，通过避免内挡盖3转动；内挡盖3用于封闭取芯筒1上部，限制土样继续向上移动，使得土样位于内挡盖3以下，便于收集土样；为限定内挡盖3的位置，设置顶盖5内壁顶端安装有第一弹性件29，第一弹性件29向选用压簧，第一弹性件29下端与内挡盖3连接，第一弹性件29向内挡盖3提供弹力，使得内挡盖3下端与卡槽28底端接触；

齿条4固定安装在内挡盖3上端面上；齿条4呈竖直设置，齿条4的长度方向与取芯筒1的轴线方向平行；

顶盖5可拆卸固定安装在取芯筒1顶部；具体的，顶盖5通过螺栓30与取芯筒1螺纹连接，取芯筒1顶端开设有若干用于与螺栓30螺纹连接的螺纹孔31；顶盖5顶端固定有传动头，通过传动头连接钻机；

环槽6开设在取芯筒1下部内壁上，具体是靠近钻头2的位置；

设置在环槽6内的多个绕线组件，绕线组件包括绕线轴7、收卷轴8、第二弹性件9和挡料丝线10，绕线轴7和收卷轴8均转动安装在环槽6内，绕线轴7、收卷轴8与取芯筒1的轴线平行设置，第二弹性件选用涡簧，或者扭簧，第二弹性件9一端与环槽6连接另一端与绕线轴7连接，挡料丝线10一端缠绕安装在绕线轴7上，另一端与收卷轴8连接；

通孔11，开设在取芯筒1顶端，且底部与环槽6连通；

转轴12，转动安装在通孔11内；

转轴12通过上传动组件与齿条4传动连接；上传动组件包括第一传动轴17、第二传动轴18、第三传动轴19、第一小齿轮20、第一大齿轮21、第二小齿轮22、第一大锥齿轮23、第一小锥齿轮24、第二大锥齿轮25、第二小锥齿轮26，第一传动轴17、第二传动轴18、第三传动轴19均转动安装在顶盖5内，第一小齿轮20、第一大齿轮21固定安装在第一传动轴17上，第二小齿轮22、第一大锥齿轮23固定安装在第二传动轴18上，第一小锥齿轮24、第二大锥齿轮25固定安装在第三传动轴19上，第二小锥齿轮26固定安装在转轴12上，第一小齿轮20与齿条4啮合连接，第一大齿轮21与第二小齿轮22啮合连接，第一大锥齿轮23与第一小锥齿轮24啮合连接，第二大锥齿轮25与第二小锥齿轮26啮合连接；

第一大齿轮21的齿数大于第一小齿轮20、第二小齿轮22的齿数，第一大锥齿轮23的齿数大于第一小锥齿轮24的齿数，第二大锥齿轮25的齿数大于第二小锥齿轮26的齿数，第一小齿轮20、第一大齿轮21、第二小齿轮22、第一大锥齿轮23、第一小锥齿轮24、第二大锥齿轮25、第二小锥齿轮26的设置，可起到加速作用，可充分利用齿条4的活动范围，去驱动转轴12转动较多圈数；

第一传动轴17、第二传动轴18或第三传动轴19通过单向轴承27转动安装在顶盖5内；通过设置单向轴承27，可使得第一传动轴17、第二传动轴18或第三传动轴19只能单向旋转，即在钻探时，取芯筒1内的土样积聚顶推内挡盖3上升时，第一弹性件29压纱，齿条4上升驱动第一传动轴17、第二传动轴18、第三传动轴19转动；而在完成取样时，内挡盖3受第一弹性件29弹性恢复力有向下运动的趋势，齿条4有驱动第一传动轴17、第二传动轴18、第三传动轴19反向转动的趋势，单向轴承27可限制第一传动轴17、第二传动轴18、第三传动轴19反向转动，从而避免内挡盖3受第一弹性件29弹性恢复力向下运动而施力于取芯筒1内的土样，避免土样掉落；

转轴12通过下传动组件与收卷轴8传动连接；下传动组件包括传动齿轮32、内齿圈33、连接件和传动环板34，转轴12下端固定安装有传动齿轮32，环槽6内转动安装有传动环板34，传动环板34通过轴承可转动安装在环槽6内，内齿圈33通过连接件固定安装在传动环板34上方且与传动环板34同轴设置；收卷轴8上固定安装有传动轮35，传动轮35与传动环板34内壁滚动连接；转轴12通过传动齿轮32带动内齿圈33、传动环板34转动，传动环板34通过摩擦力带动传动轮35转动，收卷轴8克服第二弹性件的弹力，带动收卷绕线轴7上缠绕的挡料丝线10，这样，当挡料丝线10完全收卷处于张紧状态后，传动环板34与传动轮35摩擦而不刚性带动传动轮35转动，避免卡死或挡料丝线10断裂，保证各挡料丝线10均能完全收卷处于张紧状态，便于限制土样脱离；

上环形挡板13，可拆卸固定安装在环槽6上；环槽6上部设置上环形铣槽，上环形挡板13具体可通过沉头螺栓可拆卸固定安装在上环形铣槽中，使得上环形挡板13内壁与取芯筒1内壁保持平整；

下环形挡板14，可拆卸固定安装在环槽6上，且位于上环形挡板13下方；同理，环槽6下部设置下环形铣槽，下环形挡板14具体可通过沉头螺栓可拆卸固定安装在下环形铣槽中，使得下环形挡板14内壁与取芯筒1内壁保持平整；上环形挡板13与下环形挡板14件具有供挡料纱线通过的出线间隙15；环槽6通过出线间隙15与取芯筒1内腔连通；为便于挡料纱线进入出线间隙15，设置出线间隙15远离取芯筒1中心的一侧呈逐渐收窄结构，即下环形挡板14外侧下部和下环形挡板14外侧上部设有倒角结构，可使得出线间隙15远离取芯筒1中心的一侧形成逐渐收窄结构，外宽内窄，可便于引导挡料纱线进入出线间隙15。

柔性挡料件16，安装在出线间隙15内，提供限制挡料纱线移出环槽6的柔性阻力；柔性挡料件16可选用硬毛刷柔性挡料件16可起到封闭出线间隙15的作用，避免土壤进入出线间隙15、环槽6内；在收卷挡料丝线10时，挡料丝线10克服服柔性挡料件16的阻力，由出线间隙15内移出；

挡料丝线10处于收卷状态时，位于环槽6内；挡料丝线10处于张紧状态时，由出线间隙15进入取芯筒1内腔，各挡料丝线10共同形成用于限制取芯样品掉落的挡料网。

本实施例中，如图5所示，挡料网可成单经向或单纬向的网结构，即各挡料丝线10在竖直方向的投影不交叉，这种情况下，可将取芯筒1内部等分为两个A区域，设置两个A区域内的绕线组件数量相同且呈中心对称，且挡料丝线10处于收卷状态和张紧状态时均位于所在的A区域不变，可便于收卷挡料丝线10形成挡料网；另一实施例中，如图7所示，挡料网也可成常见的经纬结构的网结构，即各挡料丝线10在竖直方向的投影相互交叉，在上述基础上，将取芯筒1内部等分为两个B区域，设置两个A区域的等分线与两个B区域的等分线垂直设置，A区域和B区域的挡料丝线10处于张紧状态时分别形成经线和纬线，设置两个B区域内的绕线组件数量相同且呈中心对称，且挡料丝线10处于收卷状态和张紧状态时均位于所在的B区域不变，可便于收卷挡料丝线10形成经纬结构的挡料网。

取样结束后，可拆下顶盖5，取出内挡盖3，进而取出取样岩土。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。