土方路基含水量检测用取样装置

技术领域

本发明涉及路基施工附属装置的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于土方路基含水量检测用取样装置。

背景技术

路基是轨道或路面的基础，主要承受轨道、路面、机车车辆等交通荷载的静荷载和动荷载，并将荷载向地基深度传递与扩散，路基的含水量直接影响施工稳定性，因此，需要对土方路基的含水量进行检测。现有技术公开的土方路基含水量检测用取样装置有两大缺陷，第一、取样深度不科学且不可控，第二、无法快速进行二次取样。如公布号为CN1091115547A、公开时间为2019.01.01、名称为一种土方路基含水量检测用取样装置的发明专利中，所述土方路基含水量检测用取样装置，包括取样管、底座、左支板、右支板、顶板、活动板、驱动电机和两组丝杠，在左支板的右侧和右支板的左端分别设置有竖直方向的坐滑槽和右滑槽，所述活动板的左端和右端分别设有左滑块和右滑块，所述左滑块和右滑块分别位于左滑槽和右滑槽内沿左滑槽和右滑槽上下滑动，所述顶板底端和底座的顶部安装有对应的滚珠轴承，所述两组丝杠的顶端自顶板的底端以及两组丝杠的底端自顶板的底端分别插入至两组滚珠轴承内，由此可见，上述发明专利公开的土方路基含水量检测用取样装置既不能克服取样深度不科学不可控的缺陷，也不能克服无法快速进行二次取样的缺陷，又如公布号为CN109355991A、公开日期为2019.02.19、名称为一种土方路基含水量检测用取样装置的发明也存在类似缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种土方路基含水量检测用取样装置，其既能够科学稳定地控制取样深度，又能快速进行二次取样。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种土方路基含水量检测用取样装置，包括：

支架组件，其包括底部支架、顶部安装板以及伸缩支架形成的框型支架；

螺旋蛟龙，其通过螺旋蛟龙安装架设置在顶部安装板中部下方；

一对取样组件，其分别设置在螺旋蛟龙安装架两侧，每个取样组件从上到下依次包括顶部与螺旋蛟龙安装架连接的升降杆、与升降杆底部连接的弹簧组以及与弹簧组底部卡接的取样斗，两侧取样斗面向螺旋蛟龙的侧面均敞口设置，取样斗的最低点不低于螺旋蛟龙的最低点；

二次取样辅助组件，其包括通过往复丝杠设置在顶部安装板上且分别位于一对取样组件两侧的喷淋组件和鼓风组件；

其中，所述底部支架上设有开口，其位于螺旋蛟龙和一对取样组件的正下方，升降杆可压缩距离和弹簧组可压缩距离的总和不大于伸缩支架的可压缩距离。

优选的是，所述螺旋蛟龙由伺服电机驱动；所述螺旋蛟龙安装架包括与顶部安装板连接的伺服电机保护架以及与伺服电机保护架连接的水平延伸架，所述伺服电机位于伺服电机保护架内且与顶部安装板连接，伺服电机的输出轴穿过所述水平延伸架与所述螺旋蛟龙顶部连接。

优选的是，所述弹簧组底部设有卡扣，所述取样斗顶部设有与所述卡扣适配的扣槽。

优选的是，两侧取样斗相对的两侧分别设有配合的凹槽与凸起。

优选的是，所述喷淋组件包括通过往复丝杠与顶部安装板连接的水箱、面向所述螺旋蛟龙的喷洒管及设置在喷洒管端部的喷头，所述水箱上设有进水口，所述喷洒管上设有微型泵。

优选的是，所述鼓风组件包括通过往复丝杠与顶部安装板连接的鼓风机和设于鼓风机上的一对气流出口，所述气流出口面向所述螺旋蛟龙。

本发明进一要求保护基于所述的土方路基含水量检测用取样装置的高速公路土方路基含水量检测用取样方法，包括：

步骤一、根据高速公路的取样位置，设定螺旋蛟龙的钻进深度；所述取样位置与螺旋蛟龙的钻进深度满足以下关系：

取样位置位于距离路基中线距离不大于路基中线与边坡水平距离的1/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为5~10cm；

取样位置位于距离路基中线的水平距离大于路基中线与边坡水平距离的1/3小于路基中线与边坡水平距离的2/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为11~20cm；

取样位置位于距离路基中线的水平距离不小于路基中线与边坡水平距离的2/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为21~30cm；

步骤二、根据螺旋蛟龙的钻进深度，调节升降杆的伸长距离，并在弹簧组的底部安装取样斗，取样斗敞口设置的一侧面朝向所述螺旋蛟龙，启动伺服电机，同时向下按压顶部安装板，伸缩支架向下收缩使得螺旋蛟龙向下钻进，螺旋蛟龙钻进的过程中，土壤样品飞溅至取样斗中，螺旋蛟龙钻进至取样斗无法向上移动时，关闭伺服电机，取下取样斗，将两个的取样斗通过凹槽与凸起卡合；

步骤三、启动往复丝杠使得喷淋组件和鼓风组件下放至弹簧组下方，分别对螺旋蛟龙进行清洗和风干，往复丝杠复原；

步骤四、移动所述土方路基含水量检测用取样装置至下一取样位置，重复步骤一至步骤三，进行二次取样。

优选的是，步骤一中所述螺旋蛟龙的钻进深度等于弹簧组最大压缩距离、升降杆调节压缩距离以及取样斗最低点与螺旋蛟龙最低点距离差的总和。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置，可根据取样位置（距离路基中线的水平距离）的不同，科学稳定地控制取样深度，克服了远离路基中线位置含水量检测值不稳定的缺陷，使得土方路基含水量的检测值更准确稳定；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置，实现了取样斗的快速拆装，同时配备螺旋蛟龙快速清洁的喷淋组件和鼓风组件，实现了快速二次取样；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置中弹簧组既对螺旋蛟龙的钻进起到缓冲保护作用，又能起到螺旋蛟龙钻进深度的控制作用；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置不另设防护挡板就能起到对取样环境以及操作人员的保护作用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个技术方案中所述土方路基含水量检测用取样装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供一种土方路基含水量检测用取样装置，包括：

支架组件，其包括底部支架11、顶部安装板1以及伸缩支架12形成的框型支架；

螺旋蛟龙10，其通过螺旋蛟龙安装架设置在顶部安装板1中部下方；

一对取样组件，其分别设置在螺旋蛟龙安装架两侧，每个取样组件从上到下依次包括顶部与螺旋蛟龙安装架连接的升降杆3、与升降杆3底部连接的弹簧组7以及与弹簧组7底部卡接的取样斗8，两侧取样斗8面向螺旋蛟龙10的侧面均敞口设置，取样斗8的最低点不低于螺旋蛟龙10的最低点；

二次取样辅助组件，其包括通过往复丝杠18设置在顶部安装板上且分别位于一对取样组件两侧的喷淋组件和鼓风组件；

其中，所述底部支架11上设有开口9，其位于螺旋蛟龙10和一对取样组件的正下方，升降杆3可压缩距离和弹簧组7可压缩距离的总和不大于伸缩支架12的可压缩距离。

在上述技术方案中，所述土方路基含水量检测用取样装置，包括可伸缩的支架组件、取样组件、一对取样辅助组件以及二次取样辅助组件，其中，支架组件包括底部支架11、顶部安装板1和位于底部支架11和顶部安装板1之间的一对伸缩支架12，一对伸缩支架位于底部支架11和顶部安装板1的两侧，实现所述顶部安装板1相对于底部支架11竖直方向上运动，为了方便操作顶部安装板1，本领域的技术人员容易想到在顶部安装板1上设置把手；土壤的取样主要依靠螺旋蛟龙10，螺旋蛟龙10通过伺服电机16驱动，伺服电机16安装于顶部安装板中部下方，为了方便一对取样辅助组件的安装，本发明还设置了螺旋蛟龙安装架，所述螺旋蛟龙安装架设置于顶部安装板1下方，为了实现保护伺服电机16、安装一对取样辅助组件以及减轻整个装置的重量，所述螺旋蛟龙安装架分为两部分，分别为上部分的伺服电机保护架2和下部分的水平延伸架15；一对取样辅助组件分别安装在水平延伸架15的两侧，确保一对取样辅助组件与螺旋蛟龙10不接触，每个取样辅助组件均包括自上而下设置的升降杆3、弹簧组7和取样斗8，螺旋蛟龙10的天然钻进深度包括弹簧组7的压缩距离和取样斗在自然状态下与螺旋蛟龙10底部的高度差，一般来说，弹簧组7的压缩距离加上取样斗在自然状态下与螺旋蛟龙10底部的高度差的总和超过30cm，且弹簧组7的压缩距离不超过5cm，升降杆3的作用是使得螺旋蛟龙10下钻的深度可调节，即螺旋蛟龙10下钻至30cm以下深度的调节依靠升降杆3（附图只表示结构示意图，不表示尺寸关系）；根据现场取样位置距离路基中线的水平距离，确定螺旋蛟龙10的下钻深度，再进一步调节升降杆3的向下伸长距离，缩小取样斗8与螺旋蛟龙10的高度差，使得螺旋蛟龙10的下钻深度等于弹簧组7的压缩距离、取样斗在现状态下与螺旋蛟龙10底部的高度差的总和。实际应用时，对升降杆3的可压缩距离、弹簧组7的可压缩距离以及取样斗2自然状态下与螺旋蛟龙10的高度差可适当调节。弹簧组7的设置既对螺旋蛟龙10的下钻起到缓冲作用，同时对螺旋蛟龙10的下钻深度进行微调，使得螺旋蛟龙10的下钻深度与预设深度一致。取样斗8采用左右扣合的半筒体结构，方便开始收集土壤样品，为二次取样节省下料时间；二次取样辅助组件对取样后的螺旋蛟龙10的下钻端部进行清洗、吹干，以便于快速进行二次取样。

在上述技术方案中，所述土方路基含水量检测用取样装置的使用方法如下：先确定螺旋蛟龙10的下钻深度，在本技术方案中，螺旋蛟龙10的下钻深度是根据取样位置决定的，一般来说，距离路基中线越近的位置，土方路基的含水量稳定性越好，其取样深度越浅，距离路基中线越远的位置，土方路基的含水量稳定性越差，其取样深度越深；确定好螺旋蛟龙10的下钻深度后，计算弹簧组7的压缩距离和自然状态下取样斗8与螺旋蛟龙10的高度差后，向下调节升降杆3的高度，以满足螺旋蛟龙10下钻深度需要的距离；向下推动顶部安装板1，转动螺旋蛟龙10，使得螺旋蛟龙10从开口9向下旋转钻进，至取样斗8不再上升，螺旋蛟龙10停止转动，在螺旋蛟龙10的旋转过程中，在螺旋蛟龙10旋转过程中，在没有达到取样深度之前，伺服电机16的转速较慢，土壤少量飞溅，当达到取样深度后，伺服电机16转速加快，土壤在较大的离心作用下，飞溅至取样斗8中，小心取下两侧取样斗8，扣合两侧取样斗；向上提起顶部安装板1至螺旋蛟龙10复原，下调喷淋组件和鼓风组件对其进行喷洗和吹干；移动土方路基含水量检测用取样装置，安装新的取样斗8，重复上述步骤进行二次取样。

如图1所示，在其中一个技术方案中，所述螺旋蛟龙10由伺服电机16驱动；所述螺旋蛟龙安装架包括与顶部安装板连接的伺服电机保护架2以及与伺服电机保护架连接的水平延伸架15，所述伺服电机16位于伺服电机保护架2内且与顶部安装板1连接，伺服电机16的输出轴穿过所述水平延伸架15与所述螺旋蛟龙10顶部连接，螺旋蛟龙安装架分为上下两部分，上部分为空腔的伺服电机保护架，对伺服电机16起到保护作用，下部分为水平延伸架15，用来连接一对取样辅助组件，极大地减小了螺旋蛟龙安装架的重量，使得整个取样装置的操作性更加灵活。

在图1中，在其中一个技术方案中，所述弹簧组7底部设有卡扣，所述取样斗8顶部设有与所述卡扣适配的扣槽，且所述卡扣与所述扣槽的扣合方向垂直于螺旋蛟龙10延伸方向向内延伸，弹簧组7与取样斗8采用卡扣结构连接，且卡扣结构的扣合方向垂直于螺旋蛟龙10向内延伸（如图1所示的，垂直于纸面的方向为前后，平行于纸面的方向为左右，即前后扣合非左右扣合），取样斗8的上下运动不影响扣合的稳定性，提高了辅助取样组件的稳定性，同时卡扣结构可实现快速装卸，不耽误二次取样的时间。

图1中可以看出，在其中一个技术方案中，两侧取样斗8相对的两侧分别设有配合的凹槽与凸起，有利于快速收集土壤样品。

由图1可知，在其中一个技术方案中，所述喷淋组件包括通过往复丝杠18与顶部安装板1连接的水箱5、面向所述螺旋蛟龙10的喷洒管6及设置在喷洒管端部的喷头，所述水箱5上设有进水口17，所述喷洒管6上设有微型泵4，拆卸完取样斗8，螺旋蛟龙10下钻的端部即暴露，通过往复丝杠18下调喷淋组件的高度，使得其正对螺旋蛟龙10下钻的端部进行冲洗，使其可快速进行二次取样。

如图1所示，在其中一个技术方案中，所述鼓风组件包括通过往复丝杠与顶部安装板1连接的鼓风机13和设于鼓风机13上的一对气流出口14，所述气流出口14面向所述螺旋蛟龙10，通过往复丝杠下调鼓风组件的高度，使得其正对螺旋蛟龙10下钻的端部进行干燥，一对气流出口可快速干燥螺旋蛟龙10，使其可快速进行二次取样。

本发明进一要求保护基于所述的土方路基含水量检测用取样装置的高速公路土方路基含水量检测用取样方法，包括：

步骤一、根据高速公路的取样位置，设定螺旋蛟龙的钻进深度；所述取样位置与螺旋蛟龙的钻进深度满足以下关系：

取样位置位于距离路基中线距离不大于路基中线与边坡水平距离的1/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为5~10cm；

取样位置位于距离路基中线的水平距离大于路基中线与边坡水平距离的1/3小于路基中线与边坡水平距离的2/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为11~20cm；

取样位置位于距离路基中线的水平距离不小于路基中线与边坡水平距离的2/3处时，螺旋蛟龙的钻进深度为21~30cm；

步骤二、根据螺旋蛟龙的钻进深度，调节升降杆的伸长距离，并在弹簧组的底部安装取样斗，取样斗敞口设置的一侧面朝向所述螺旋蛟龙，启动伺服电机，同时向下按压顶部安装板，伸缩支架向下收缩使得螺旋蛟龙向下钻进，螺旋蛟龙钻进的过程中，土壤样品飞溅至取样斗中，螺旋蛟龙钻进至取样斗无法向上移动时，关闭伺服电机，取下取样斗，将两个的取样斗通过凹槽与凸起卡合；

步骤三、启动往复丝杠使得喷淋组件和鼓风组件下放至弹簧组下方，分别对螺旋蛟龙进行清洗和风干，往复丝杠复原；

步骤四、移动所述土方路基含水量检测用取样装置至下一取样位置，重复步骤一至步骤三，进行二次取样。

在上述技术方案中，步骤一中取样位置的影响因素只有一个，即取样位置距离路基中线的水平距离S，以路基中线距离边坡的水平距离为总量L，将取样位置分为三个档次，分别为S≤1/3L、1/3L＜S＜2/3L以及S≥2/3L，三个档次中对应的螺旋蛟龙的下钻深度分别为5~10cm、11~20cm、21~30cm；步骤二中为方便向下推动顶部安装支架，可在顶部安装支架上加设把手，螺旋蛟龙下钻的过程分为两个阶段，第一段为无缓冲保护阶段，即取样斗下降至底部支架的开口中的阶段，用于快速钻进，但螺旋蛟龙10的转速较低，第二段为缓冲保护阶段，该阶段螺旋蛟龙的转速较高，但弹性组缓慢压缩过程可以减少高速转动对深层取样环境的破坏；步骤三用于快速复原螺旋蛟龙再工作的状态，快速进行二次取样工作，有效节省施工时间。

在其中一个技术方案中，步骤一中所述螺旋蛟龙的钻进深度等于弹簧组最大压缩距离、升降杆调节压缩距离、取样斗最低点与螺旋蛟龙最低点距离差的总和，钻进深度由三部分组成，有利于区别快速钻进过程和平缓钻进过程，有利于对取样环境的保护。

实施例1

第一取样位置距离路基中线的水平距离不足路线中线与边坡水平距离的1/3，设定螺旋蛟龙的钻进深度为26cm，安装取样斗，无侧板的一侧面向所述螺旋蛟龙，按住顶部安装板向下使得螺旋蛟龙向下钻进，螺旋蛟龙钻进的过程中，土壤样品飞溅至取样斗中，螺旋蛟龙钻进至取样斗无法向上移动，取下取样斗，将两个的取样斗通过凹槽与凸起卡合；启动往复丝杠使得喷淋组件和鼓风组件下放至弹簧组下方，分别对螺旋蛟龙进行清洗和风干（该过程中为了不对土方路基产生影响，可以在开口处放置污水收集箱），往复丝杠复原；移动所述土方路基含水量检测用取样装置至第二取样位置，第二取样位置与第一取样位置的连线与路基中线平行，即第二取样位置与第一取样位置距离路基中线的距离相等，设定螺旋蛟龙的钻进深度为8cm，重复上述步骤，进行二次取样；移动所述土方路基含水量检测用取样装置至第三取样位置，第三取样位置与第一取样位置的连线与路基中线平行，即第三取样位置与第一取样位置距离路基中线的距离相等，设定螺旋蛟龙的钻进深度为16cm，重复上述步骤，进行三次取样；对三次取样斗中土壤取上层土壤样品进行含水量检测，相对误差不超过2%。

实施例2

第一取样位置距离路基中线的水平距离大于路线中线与边坡水平距离的2/3，设定螺旋蛟龙的钻进深度为7cm，安装取样斗，无侧板的一侧面向所述螺旋蛟龙，按住顶部安装板向下使得螺旋蛟龙向下钻进，螺旋蛟龙钻进的过程中，土壤样品飞溅至取样斗中，螺旋蛟龙钻进至取样斗无法向上移动，取下取样斗，将两个的取样斗通过凹槽与凸起卡合；启动往复丝杠使得喷淋组件和鼓风组件下放至弹簧组下方，分别对螺旋蛟龙进行清洗和风干，往复丝杠复原；移动所述土方路基含水量检测用取样装置至第二取样位置，第二取样位置与第一取样位置的连线与路基中线平行，即第二取样位置与第一取样位置距离路基中线的距离相等，设定螺旋蛟龙的钻进深度为15cm，重复上述步骤，进行二次取样；移动所述土方路基含水量检测用取样装置至第三取样位置，第三取样位置与第一取样位置的连线与路基中线平行，即第三取样位置与第一取样位置距离路基中线的距离相等，设定螺旋蛟龙的钻进深度为23cm，重复上述步骤，进行三次取样；对三次取样斗中土壤取上层土壤样品进行含水量检测，相对误差最少为11.772%。

由实施例1和实施例2可见，区分取样位置，从而确定螺旋蛟龙的钻进深度是科学的，对比距离路基中线近的取样位置，无需钻进过深，浪费时间和精力，对距离路基中线远的取样位置，需保证足够的钻进深度，以确保含水量检测的准确性。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明土方路基含水量检测用取样装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置，可根据取样位置（距离路基中线的水平距离）的不同，科学稳定地控制取样深度，克服了远离路基中线位置含水量检测值不稳定的缺陷，使得土方路基含水量的检测值更准确稳定；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置，实现了取样斗的快速拆装，同时配备螺旋蛟龙快速清洁的喷淋组件和鼓风组件，实现了快速二次取样；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置中弹簧组既对螺旋蛟龙的钻进起到缓冲保护作用，又能起到螺旋蛟龙钻进深度的控制作用；

本发明提供的土方路基含水量检测用取样装置不另设防护挡板就能起到对取样环境以及操作人员的保护作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。