一种有缆探杆可靠性接杆装置

技术领域

本发明涉及有缆探杆接杆结构技术领域，具体公开了一种有缆探杆可靠性接杆装置。

背景技术

随着海上风能利用、潮汐能开发、油气资源开发等海洋资源开发工程的大规模建设，为保证海上构筑物的安全稳定，必须确定海上构筑物地基—海洋土的工程性质。同时，在江河湖泊等涉水工程中，大量的涉水建筑物、水底隧道工程建设也必须进行水下勘察以掌握江河湖底土层的工程性质。水下地基土的工程性质测试是土力学的难点问题。经长期的岩土工程实践，原位测试技术成为了水下岩土工程勘察与地基评价中的重要手段之一，尤其是水下静力触探试验技术得到广泛应用。

静力触探试验(Static Cone Penetration Test，简称CPT)是岩土工程勘察中常用的测试方法，是利用准静力以恒定的贯入速度将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探杆压入土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判断土的物理力学性质并进行分层的现场试验方法。陆上静力触探试验相对比较简单，也比较成熟。但水下静力触探试验非常复杂。

水下静力触探设备主要由以荷兰为代表的欧美少数几个国家制造。该类设备如下共同特点：(1)往往以水下工作平台自重作为反力系统，水下工作平台自重较大；(2)在进行水下工作平台投放时，对船舶吨位及附属起重设备要求高；(3)采用水上人工接杆，同时在设备投放安装及探杆贯入地基过程中，为防止地基表面以上探杆在自重、水流、潮汐和海浪作用发生折断，在水下工作平台上搭建高度与贯入地基深度相同的探杆支承塔，造成设备整体尺寸较大，且运行费工费时。针对以上特点，中国发明专利“一种有缆探杆自动接杆系统及静力触探试验方法”给出了自动接杆系统的原理及自动接杆装置的整体构造。本发明给出了接杆系统的改进接头详细构造，该接杆结构具有强度高、安全、可靠的特点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种有缆探杆可靠性接杆装置，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种有缆探杆可靠性接杆装置，包括：

至少两个探杆，相邻所述探杆依次铰接并构成链状结构，每个所述探杆均包括沿同一轴线依次固定连接的第一连接部、第二连接部、第三连接部，所述第一连接部与所述第二连接部的连接部位设置有第一限位平面，所述第二连接部与所述第三连接部的连接部位设置有第二限位平面，所述第二限位平面与所述第一限位平面相互背离，所述第一连接部的外周面设置有第一定位块；

套筒，所述套筒的内周面设置有沿其周向布置的若干个第一滑槽及沿其轴线布置的若干个第二滑槽，各所述第二滑槽与各所述第一滑槽至少一局部连通，所述第一定位块与所述第一滑槽或所述第二滑槽滑动连接，所述套筒包括呈上下相邻布置的上连接部及下连接部，所述套筒滑动套设于所述第一连接部或/和所述第三连接部；

其中，所述套筒具有两个滑动极限位置，第一极限位置时，所述上连接部套设于相邻两个所述探杆中的上方的所述探杆的第三连接部、所述下连接部套设于相邻两个所述探杆中的下方的所述探杆的第一连接部，此时所述第一定位块可位于所述第一滑槽与所述第二滑槽的连通位置；第二极限位置时，所述上连接部与所述下连接部均套设于相邻两个所述探杆中的下方的所述探杆的第一连接部，此时所述第一定位块可位于所述第一滑槽与所述第二滑槽的连通位置。

进一步的，所述第一限位平面与所述第二限位平面为第二连接部的两个端面。

进一步的，所述第一滑槽是与所述套筒同轴布置的环形槽。

进一步的，所述第一滑槽设置有两个，两个所述第一滑槽沿所述套筒的轴线方向依次间隔布置。

进一步的，所述第二滑槽设置有三个，三个所述第二滑槽沿所述第一连接部的周向均匀布置，各所述第二滑槽的弧度均为60度，所述第一定位块为三个，三个所述第一定位块沿所述第一连接部的周向均匀布置，各所述第一定位块的弧度均为60度，所述第一连接部的外周面还设置有三个所述第二定位块，三个所述第二定位块沿所述第一连接部的周向均匀布置，各所述第二定位块的形状及大小与所述第一定位块一致，同一个所述第一连接部上的第一定位块与所述第二定位块的轴向间距等于同一个所述套筒上的两个所述第一滑槽的轴向间距，同一个所述探杆上的三个所述第一定位块一一对应与三个所述第二定位块呈上下相对布置，所述第三连接部的外周面设置有三个沿其周向均匀布置的第三定位块，各所述第三定位块的形状及大小与所述第一定位块一致，当相邻的两个所述探杆同轴时，位于上方的所述探杆上的三个所述第三定位块一一对应与位于下方的所述探杆上的三个所述第一定位块呈上下相对布置。

进一步的，所述套筒的上端设置有上限位块，所述套筒的下端设置有下限位块，所述第二限位平面上设置有凹陷形成的下限位槽，第一极限位置时，所述下限位槽可容纳所述上限位块；所述第一限位平面上设置有凹陷形成的上限位槽，第二极限位置时，所述上限位槽可容纳所述下限位块。

进一步的，当相邻的两个所述探杆同轴时，位于上方的所述探杆上的所述下限位槽与位于下方的所述探杆上的所述上限位槽呈上下相对布置。

进一步的，所述上限位槽与所述下限位槽的弧度均为120度，所述上限位块与所述下限位块的弧度均为60度。

进一步的，所述探杆上开设有沿其长度方向布置并用于供电缆穿设的电缆槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该有缆探杆可靠性接杆装置可以实现岩土工程静力触探原位测试过程中有缆探杆的自动接杆，主要用于水下静力触探原位测试，也可适用于陆上静力触探原位测试，通过套筒上的周向布置的第一滑槽及轴向布置的第二滑槽，通过巧妙的结构设计，实现套筒与第一定位块/第二定位块/第三定位块的两个维度的定向滑动，并实现两个极限位置的稳定限位。

附图说明

图1是本发明提供的有缆探杆可靠性接杆装置的第一状态结构示意图；

图2是图1中A-A面剖面结构示意图；

图3是本发明提供的有缆探杆可靠性接杆装置的第二状态结构示意图；

图4是图3中B-B面剖面结构示意图；

图5是本发明提供的有缆探杆可靠性接杆装置的第三状态结构示意图；

图6是图5中C-C面剖面结构示意图；

图7是本发明提供的有缆探杆可靠性接杆装置的第四状态结构示意图；

图8是图7中D-D面剖面结构示意图；

图9是本发明提供的有缆探杆可靠性接杆装置中的套筒结构示意图；

图10是图9的俯视面结构示意图；

图11是图10中E-E侧断开后展开结构示意图；

图12是图11中F-F面的剖面结构示意图；

图13是图11中G-G面的剖面结构示意图；

图14是图11中H-H面的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1～图14，本实施例提供了一种有缆探杆可靠性接杆装置，其特征在于，包括：至少两个探杆及用于套设在两个探杆连接部位的套筒 (图1、图3、图5、图7中仅示出位于上方探杆的下半截及位于下方探杆的上半截)。

相邻所述探杆依次铰接并构成链状结构，每个所述探杆均包括沿同一轴线依次固定连接的第一连接部11、第二连接部12、第三连接部13，所述第一连接部11与所述第二连接部12的连接部位设置有第一限位平面c1，所述第二连接部12与所述第三连接部13的连接部位设置有第二限位平面 c2，所述第二限位平面c2与所述第一限位平面c1相互背离，所述第一连接部11的外周面设置有第一定位块a1，所述套筒2的内周面设置有沿其周向布置的若干个第一滑槽f1及沿其轴线布置的若干个第二滑槽f2，各所述第二滑槽f2与各所述第一滑槽f1至少一局部连通(例如，本实施例中，同一所述套筒2上，所述第一滑槽f1设置有两个，所述第二滑槽f2设置有三个，三个所述第二滑槽f2均与两个所述第一滑槽f1垂直连通，即每个所述第一滑槽f1上均匀布置有三个连通位置)，所述第一定位块a1与所述第一滑槽f1或所述第二滑槽f2滑动连接，所述套筒2包括呈上下相邻布置的上连接部及下连接部(即套筒2的上半部分、下半部分)，所述套筒 2滑动套设于所述第一连接部11或/和所述第三连接部13；

所述套筒2具有两个滑动极限位置，第一极限位置时，所述上连接部套设于相邻两个所述探杆中的上方的所述探杆的第三连接部13、所述下连接部套设于相邻两个所述探杆中的下方的所述探杆的第一连接部11，此时所述第一定位块a1可位于所述第一滑槽f1与所述第二滑槽f2的连通位置 (交界位置)；第二极限位置时，所述上连接部与所述下连接部均套设于相邻两个所述探杆中的下方的所述探杆的第一连接部11，此时所述第一定位块a1可位于所述第一滑槽f1与所述第二滑槽f2的连通位置(交界位置)，所述套筒2的外周面设置有环形的套筒夹持卡口5。

本实施例中，所述第一连接部11、第二连接部12、第三连接部13同轴，所述套筒2同轴套设所述第一连接部11或第一连接部11与其上方的第三连接部13，所述第一限位平面c1与所述第二限位平面c2为第二连接部12的两个端面，第一限位平面c1与第二限位平面c2是用于限制套筒2 的轴向滑动的两个极限位置的限位面。

所述第一滑槽f1是与所述套筒2同轴布置的环形槽，所述第一滑槽f1 设置有两个，两个所述第一滑槽f1沿所述套筒2的轴线方向依次间隔布置，所述第二滑槽f2设置有三个，三个所述第二滑槽f2沿所述套筒2的周向均匀布置，并且所述第二滑槽f2为竖向滑槽，各所述第二滑槽f2的弧度均为60度，所述第一定位块a1为三个，三个所述第一定位块a1沿所述第一连接部11的周向均匀布置，各所述第一定位块a1的弧度均为60度，所述第一连接部11的外周面还设置有三个所述第二定位块a2，三个所述第二定位块a2沿所述第一连接部11的周向均匀布置，各所述第二定位块a2的形状及大小与所述第一定位块a1一致，同一个所述第一连接部11上的第一定位块a1与所述第二定位块a2的轴向间距等于同一个所述套筒2上的两个所述第一滑槽f1的轴向间距，同一个所述探杆上的三个所述第一定位块a1一一对应与三个所述第二定位块a2呈上下相对布置，所述第三连接部13的外周面设置有三个沿其周向均匀布置的第三定位块a3，各所述第三定位块a3的形状及大小与所述第一定位块a1一致，当相邻的两个所述探杆同轴时，位于上方的所述探杆上的三个所述第三定位块a3一一对应与位于下方的所述探杆上的三个所述第一定位块a1呈上下相对布置，上述滑动连接结构为高稳定性的中心对称结构，接杆状态时，位于上方的探杆上的第三定位块a3可卡入套筒2上部的第一滑槽f1、位于下方的探杆上的第一定位块a1可卡入同一套筒2下部的第一滑槽f1，提高探杆接杆状态的稳定性。

所述套筒2的上端设置有上限位块b1，所述套筒2的下端设置有下限位块b2，所述第二限位平面c2上设置有凹陷形成的下限位槽d2，第一极限位置时，所述下限位槽d2可容纳所述上限位块b1；所述第一限位平面 c1上设置有凹陷形成的上限位槽d1，第二极限位置时，所述上限位槽d1 可容纳所述下限位块b2，当相邻的两个所述探杆同轴时，位于上方的所述探杆上的所述下限位槽d2与位于下方的所述探杆上的所述上限位槽d1呈上下相对布置，所述上限位槽d1与所述下限位槽d2的弧度均为120度，所述上限位块b1与所述下限位块b2的弧度均为60度。

具体的，所述探杆上开设有沿其长度方向布置并用于供电缆3穿设的电缆槽4，电缆3的尾端连接至数据采集设备(图中未示出)，电缆3可正常工作，所述探杆、探杆的铰接部位及套筒2均为铝合金材质，具有重量轻和耐腐蚀的特点。

工作原理：在现场静力触探试验开始前，有缆探杆可靠性接杆装置如图1所示，位于上方的探杆和位于下方的探杆处于折杆状态，套筒2初始为锁紧状态，套筒2位于下方的探杆上，且下限位块b2位于上限位槽d1 右侧限位(如图2所示)，探杆杆体上2组套筒定位凸块(第一定位块a1、第二定位块a2)分别与两个第一滑槽f1密贴，套筒2只能沿上限位槽d1逆时针旋转，而无法上下滑动。现场静力触探开始贯入试验后，由折杆状态完成自动接杆需要进行三步操作。第一步，在数控装置(未示出)作用下，套筒2先沿上限位槽d1顺时针旋转60°，此时探杆的杆体上2组套筒定位凸块(第一定位块a1、第二定位块a2)分别进入套筒2内竖向第二滑槽f2，同时位于上方相邻的探杆围绕铰链e旋转至与下方的探杆成一条直线，此时有缆探杆可靠性接杆装置如图3所示。第二步，套筒2内竖向布置的第二滑槽f2沿着3组套筒定位凸块(第一定位块a1、第二定位块a2、第三定位块a3)自下向上滑动直至到达第二限位平面c2，此时自动接杆装置如图5所示。第三步，套筒2沿下限位槽d2逆时针旋转60°，至下限位槽d2右侧限位，此时位于上方的探杆下部的第三定位块a3与套筒2内壁的第一滑槽f1密贴，套筒2与位于上方探杆、位于下方的探杆在上下方向固定，此时上下两节探杆由套筒2连接形成一个整体，其工作状态如图7 所示。

现场试验探杆上拔过程，从接杆到折杆状态也需要进行三步操作，操作过程与贯入过程正好相反。第一步，由图7所示状态出发，套筒2沿下限位槽d2顺时针旋转60°，到达图5所示状态。第二步，由图5所示状态出发，套筒2内竖向布置的第二滑槽f2沿着3组套筒定位凸块(第一定位块a1、第二定位块a2、第三定位块a3)自上向下滑动直至到达第一限位平面c1，此时套筒2位于下方的探杆上。第三步，套筒2沿上限位槽d1逆时针旋转60°，至上限位槽d1右侧限位，位于上方的探杆围绕铰链e旋转至折杆状态，到达如图1所示状态。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。