一种采集钻头及采集装置

技术领域

本发明属于采集装置技术领域，更具体地，涉及一种采集钻头及采集装置。

背景技术

地质考察中经常用到采集装置对所需考察位置的地下的土壤、岩石或矿物进行样品采集，这种样品的采集往往要求完整反应该地理位置处地下样品的分层情况，方便地质研究。

目前，各种各样的采集装置层出不穷，但都难以实现在对样品进行采集的同时保持样品的分层结构，并且由于采样后的封口技术不够完善，在取样时容易产生漏样现象，破坏样品的层理信息，不利于样品研究的准确性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种采集钻头及采集装置，该采集钻头采用在钻头本体内部转动设置多层套管的结构，使得钻头本体能够与其内部的软袋发生相对运动，使得进入软袋的样品能够保持其原有分层结构，同时具有软袋封口机构，能够避免漏样。

为了实现上述目的，本发明提供一种采集钻头，包括：

连接头，用于连接钻头驱动机构；

钻头本体，所述钻头本体内部设置有轴向贯通的空腔，所述钻头本体上端与所述连接头可拆卸连接；

驱动套筒，为筒状，设置于所述空腔内，所述驱动套筒通过单向驱动机构与所述钻头本体相连接；

软袋套筒，设置于所述驱动套筒与所述钻头本体之间；

固定套筒，设置于所述驱动套筒内部，与所述驱动套筒转动配合；

导向套筒，设置于所述固定套筒内部，上端与所述连接头可拆卸连接；

软袋，呈筒状，一端设置于所述导向套筒内，另一端将所述导向套筒、所述固定套筒和所述驱动套筒的下端包裹并套设于所述软袋套筒的外侧；

提拉绳，一端与所述软袋的所述一端相连接，另一端贯穿所述连接头；

软袋封口机构，设置于所述导向套筒的下端与所述软袋之间，能够将所述导向套筒的下端封堵并扎紧所述软袋。

可选地，所述钻头本体的外周上设置有螺纹状的螺旋钻齿，所述钻头本体的下端周向上间隔设置有多个平钻齿。

可选地，所述固定套筒通过推力轴承与所述驱动套筒相连接，所述固定套筒的外周上设置有第一轴肩，所述驱动套筒的内周上设置有第二轴肩，所述第一轴肩和所述第二轴肩分别与所述推力轴承的内圈和外圈相配合。

可选地，所述软袋封口机构包括：

多个叶片，均布于所述固定套筒的下端，所述叶片的一端与所述固定套筒转动连接；

连接片，呈圆弧状，所述连接片的一端与叶片的另一端转动连接，所述连接片的另一端与所述驱动套筒的下端转动连接；

所述驱动套筒相对于所述固定套筒转动时，所述驱动套筒能够通过所述连接片带动所述叶片将所述固定套筒和所述导向套筒的下端封堵。

可选地，所述单向驱动机构包括：

棘轮，套设于所述驱动套筒的外周上；

棘爪，一端与所述钻头本体转动连接，另一端与所述棘轮相配合；

弹片，设置于所述棘爪的一侧。

可选地，所述提拉绳的所述一端通过连接部件与所述软袋的所述一端相连接，所述连接部件包括第一半球部和第二半球部，所述第一半球部和所述第二半球部通过螺栓连接形成球形结构，所述软袋的所述一端套设于所述第二半球部的外侧并固定于所述第一半球部与所述第二半球部之间。

本发明还提供一种采集装置，包括：

机架；

上述的采集钻头，所述采集钻头可移动地设置于所述机架上；

升降驱动机构，设置于所述机架上；

钻头驱动机构，输出端与所述连接头相连接；

拉绳驱动机构，设置于所述机架的顶部，与所述提拉绳相连接。

可选地，所述升降驱动机构包括：

导轨，竖直设置于所述机架上；

滑块，与所述导轨滑动配合，所述钻头驱动机构和所述采集钻头设置在所述滑块上；

伸缩杆，设置于所述机架上，所述伸缩杆的伸缩端与所述滑块相连接。

可选地，所述钻头驱动机构包括：

第一驱动电机；

蜗轮蜗杆减速机，蜗杆与所述第一驱动电机的输出端相连接；

连接轴，内部沿轴向贯通设置有提拉绳过孔，所述连接轴的一端与所述蜗轮蜗杆减速机的蜗轮相连接，所述连接轴的另一端与所述连接头相连接。

可选地，所述拉绳驱动机构包括：

第二驱动电机，设置于所述机架的顶部；

减速机，输入端与所述第二驱动电机的输出端相连接；

绕线辊，与所述减速机的输出端相连接；

所述提拉绳的所述另一端贯穿所述提拉绳过孔与所述绕线辊相连接。

本发明提供一种采集钻头及采集装置，其有益效果在于：

1、该采集钻头采用在钻头本体内部转动设置多层套管的结构，使得钻头本体能够与其内部的软袋发生相对运动，使得进入软袋的样品能够保持其原有分层结构，同时具有软袋封口机构，能够避免漏样；

2、该采集钻头正转时能够通过钻头本体打入取样位置，此时驱动套管及其内部的各个套管和软袋均不转动，保证样品能够以其原有分层结构进入软袋，保证样品的真实性；

3、该采集钻头反转时，能够通过棘轮棘爪组成的单向驱动机构带动套筒转动，驱动套筒通过软袋封口机构将导向套筒的下端封堵并扎紧软袋，避免漏样现象发生，同时可实现在最大容量的范围内任意时刻封口，只需驱动电机反转即可实现封口操作；

4、该采集装置能够通过升降驱动机构驱动该采集钻头的升降，通过钻头驱动机构驱动钻头本体转动，实现向地下的钻孔取样，通过拉绳驱动机构与升降驱动机构配合实现样品的提拉，帮助取样，使用方便、自动化程度高、取样效果好。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种采集钻头的剖视结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的一种采集钻头的外形结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的一种采集钻头的软袋封口机构的结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的一种采集钻头的连接部件的结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的一种采集装置的整体结构示意图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的一种采集装置的升降驱动机构的结构示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的一种采集装置的钻头驱动机构的结构示意图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的一种采集装置的拉绳驱动机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、连接头；2、钻头本体；3、驱动套筒；4、单向驱动机构；5、软袋套筒；6、固定套筒；7、导向套筒；8、软袋；9、提拉绳；10、软袋封口机构；11、螺旋钻齿；12、平钻齿；13、推力轴承；14、叶片；15、连接片；16、连接部件；17、第一半球部；18、第二半球部；19、机架；20、升降驱动机构；21、钻头驱动机构；22、拉绳驱动机构；23、导轨；24、滑块；25、伸缩杆；26、第一驱动电机；27、蜗轮蜗杆减速机；28、连接轴；29、第二驱动电机；30、减速机；31、绕线辊。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种采集钻头，包括：

连接头，用于连接钻头驱动机构；

钻头本体，钻头本体内部设置有轴向贯通的空腔，钻头本体上端与连接头可拆卸连接；

驱动套筒，为筒状，设置于空腔内，驱动套筒通过单向驱动机构与钻头本体相连接；

软袋套筒，设置于驱动套筒与钻头本体之间；

固定套筒，设置于驱动套筒内部，与驱动套筒转动配合；

导向套筒，设置于固定套筒内部，上端与连接头可拆卸连接；

软袋，呈筒状，一端设置于导向套筒内，另一端将导向套筒、固定套筒和驱动套筒的下端包裹并套设于软袋套筒的外侧；

提拉绳，一端与软袋的一端相连接，另一端贯穿连接头；

软袋封口机构，设置于导向套筒的下端与软袋之间，能够将导向套筒的下端封堵并扎紧软袋。

具体的，单向驱动机构能够带动连接头旋转进而带动钻头本体旋转，由于钻头本体与驱动套筒通过单向驱动机构连接，在钻头本体正转时，钻头本体不带动驱动套筒，因此在该采集钻头向地下钻入时，驱动套筒及其内部的各个部件均不转动，只有钻头本体旋转钻入地下，钻入的同时所要采集的样品通过导向套筒下端进入软袋，随着该采集钻头的钻入深度不断增加，进入软袋内的样品越来越多，套设在软袋套筒外侧的软袋逐渐进入导向套筒内，用于容纳样品，当该采集钻头到达采样深度后，钻头本体停止转动，通过软袋封口机构将软袋下端封口，避免样品泄漏，具体过程为：钻头本体停止正转，之后利用反转，通过单向驱动机构带动驱动套筒转动，使软袋封口机构完成软袋下端封口，避免样品泄漏；该采集钻头内的软袋能够自适应的调节其应用长度，并且可以随时通过软袋封口机构将装有样品的软袋下端封口，无需装满整个软袋，并且保证样品的分层结构，尽可能的保持样品的原样，提高样品的采集效果。

可选地，钻头本体的外周上设置有螺纹状的螺旋钻齿，钻头本体的下端周向上间隔设置有多个平钻齿。

具体的，平钻齿为城墙式的结构，均布在钻头本体下端的周向上，用于钻破地表，螺旋钻齿结构与常规螺旋钻头的外周的钻齿形状相同，用于将该钻头本体钻入地下。

可选地，固定套筒通过推力轴承与驱动套筒相连接，固定套筒的外周上设置有第一轴肩，驱动套筒的内周上设置有第二轴肩，第一轴肩和第二轴肩分别与推力轴承的内圈和外圈相配合。

具体的，驱动套筒的上端与连接头的下端转动配合，固定套筒通过推力轴承与驱动套筒活动连接，并且推力轴承能够承受轴向力，在该采集钻头钻入地下时第一轴肩顶住推力轴承的内圈，第二轴肩顶住推力轴承的外圈，使得驱动套筒和固定套筒均能不转动地进入地下。

可选地，软袋封口机构包括：

多个叶片，均布于固定套筒的下端，叶片的一端与固定套筒转动连接；

连接片，呈圆弧状，连接片的一端与叶片的另一端转动连接，连接片的另一端与驱动套筒的下端转动连接；

驱动套筒相对于固定套筒转动时，驱动套筒能够通过连接片带动叶片将固定套筒和导向套筒的下端封堵。

具体的，驱动套筒相对于固定套筒转动时，驱动套筒带动连接片的另一端移动，连接片拉动叶片绕其一端转动，使得叶片向靠近固定套筒内部的方向移动，进而将固定套筒的下端和设置于固定套筒内部的导向套筒的下端封堵，同时，多个叶片向靠近固定套筒内部的方向移动使得叶片闭合时，还能够将包裹在固定套筒和软袋封口机构下端外侧的软袋向中心聚拢，实现软袋的封口。

在一个示例中，叶片的上表面与导向套筒的下端滑动配合。

可选地，单向驱动机构包括：

棘轮，套设于驱动套筒的外周上；

棘爪，一端与钻头本体转动连接，另一端与棘轮相配合；

弹片，设置于棘爪的一侧。

具体的，通过棘轮棘爪机构实现单向驱动机构的单向驱动功能，当钻头本体正转时，钻头本体能够钻入地下，此时棘爪与棘轮不传动，而当钻头本体反转时，棘爪驱动棘轮转动，进而带动驱动套筒转动，弹片的设置能够保证棘爪的自动复位，保证钻头本体反转时能够随时驱动棘轮。

进一步的，棘轮转动带动驱动套筒转动时，驱动套筒与固定套筒发生相对转动，通过软袋封口机构，实现软袋的封口，避免漏样现象的发生。

可选地，提拉绳的一端通过连接部件与软袋的一端相连接，连接部件包括第一半球部和第二半球部，第一半球部和第二半球部通过螺栓连接形成球形结构，软袋的一端套设于第二半球部的外侧并固定于第一半球部与第二半球部之间。

具体的，第一半球部与第二半球部能够通过其组合将软袋的一端夹持固定在第一半球部与第二半球部之间，提拉绳对软袋的一端提供提拉作用。

本发明还提供一种采集装置，包括：

机架；

上述的采集钻头，采集钻头可移动地设置于机架上；

升降驱动机构，设置于机架上；

钻头驱动机构，输出端与连接头相连接；

拉绳驱动机构，设置于机架的顶部，与提拉绳相连接。

具体的，机架能够立于样品采集地的地表，通过升降驱动机构能够带动采集钻头和钻头驱动机构下降至地表，通过钻头驱动机构与升降驱动机构的同时运行，使得采集钻头钻入地下进行采样；拉绳驱动机构能够驱动拉绳的升降，在采集钻头向下钻入时，保持提拉绳不动，使得样品从软袋下端逐渐进入软袋，在采集钻头拔出时，拉绳驱动机构配合升降驱动机构，与采集钻头的上提同步地提拉提拉绳，进而提拉软袋。

可选地，升降驱动机构包括：

导轨，竖直设置于机架上；

滑块，与导轨滑动配合，钻头驱动机构和采集钻头设置在滑块上；

伸缩杆，设置于机架上，伸缩杆的伸缩端与滑块相连接。

在一个示例中，机架两侧设置有支脚，顶部设置有顶板，导轨设置在机架两侧的支脚相互靠近的一侧，滑块的两侧分别与两个导轨滑动配合。

具体的，伸缩杆的伸缩能够带动滑块、钻头驱动机构和采集钻头升降，实现采集钻头的钻入和提升，伸缩杆能够在钻头钻入时提供下压力，向下压采集钻头，提高钻入效率。

可选地，钻头驱动机构包括：

第一驱动电机；

蜗轮蜗杆减速机，蜗杆与第一驱动电机的输出端相连接；

连接轴，内部沿轴向贯通设置有提拉绳过孔，连接轴的一端与蜗轮蜗杆减速机的蜗轮相连接，连接轴的另一端与连接头相连接。

具体的，提拉绳过孔用于穿过提拉绳，连接轴能够将蜗轮蜗杆减速机输出的动力传递至采集钻头的连接头，进而驱动钻头本体旋转。

可选地，拉绳驱动机构包括：

第二驱动电机，设置于机架的顶部；

减速机，输入端与第二驱动电机的输出端相连接；

绕线辊，与减速机的输出端相连接；

提拉绳的另一端贯穿提拉绳过孔与绕线辊相连接。

具体的，第二驱动电机能够通过减速机驱动绕线辊转动，缠绕提拉绳，实现提拉绳的提拉；减速机的类型不做具体限定。

实施例

如图1至图8所示，本发明提供一种采集钻头，包括：

连接头1，用于连接钻头驱动机构；

钻头本体2，钻头本体2内部设置有轴向贯通的空腔，钻头本体2上端与连接头1可拆卸连接；

驱动套筒3，为筒状，设置于空腔内，驱动套筒3通过单向驱动机构4与钻头本体2相连接；

软袋套筒5，设置于驱动套筒3与钻头本体2之间；

固定套筒6，设置于驱动套筒3内部，与驱动套筒3转动配合；

导向套筒7，设置于固定套筒6内部，上端与连接头1可拆卸连接；

软袋8，呈筒状，一端设置于导向套筒7内，另一端将导向套筒7、固定套筒6和驱动套筒3的下端包裹并套设于软袋套筒5的外侧；

提拉绳9，一端与软袋8的一端相连接，另一端贯穿连接头1；

软袋封口机构10，设置于导向套筒的7下端与软袋8之间，能够将导向套筒7的下端封堵并扎紧软袋8。

在本实施例中，钻头本体2的外周上设置有螺纹状的螺旋钻齿11，钻头本体2的下端周向上间隔设置有多个平钻齿12。

在本实施例中，固定套筒6通过推力轴承13与驱动套筒3相连接，固定套筒6的外周上设置有第一轴肩，驱动套筒3的内周上设置有第二轴肩，第一轴肩和第二轴肩分别与推力轴承13的内圈和外圈相配合。

在本实施例中，软袋封口机构10包括：

五个叶片14，均布于固定套筒6的下端，叶片14的一端与固定套筒6转动连接；

连接片15，呈圆弧状，连接片15的一端与叶片14的另一端转动连接，连接片15的另一端与驱动套筒3的下端转动连接；

驱动套筒3相对于固定套筒6转动时，驱动套筒3能够通过连接片15带动叶片14将固定套筒6和导向套筒7的下端封堵。

在本实施例中，单向驱动机构4包括：

棘轮，套设于驱动套筒3的外周上；

棘爪，一端与钻头本体2转动连接，另一端与棘轮相配合；

弹片，设置于棘爪的一侧。

在本实施例中，提拉绳9的一端通过连接部件16与软袋8的一端相连接，连接部件16包括第一半球部17和第二半球部18，第一半球部17和第二半球部18通过螺栓连接形成球形结构，软袋8的一端套设于第二半球部18的外侧并固定于第一半球部17与第二半球部18之间。

本发明还提供一种采集装置，包括：

机架19；

上述的采集钻头，采集钻头可移动地设置于机架19上；

升降驱动机构20，设置于机架19上；

钻头驱动机构21，输出端与连接头1相连接；

拉绳驱动机构22，设置于机架19的顶部，与提拉绳9相连接。

在本实施例中，升降驱动机构20包括：

导轨23，竖直设置于机架19上；

滑块24，与导轨23滑动配合，钻头驱动机构21和采集钻头设置在滑块24上；

伸缩杆25，设置于机架19上，伸缩杆25的伸缩端与滑块24相连接。

在本实施例中，钻头驱动机构21包括：

第一驱动电机26；

蜗轮蜗杆减速机27，蜗杆与第一驱动电机26的输出端相连接；

连接轴28，内部沿轴向贯通设置有提拉绳过孔，连接轴28的一端与蜗轮蜗杆减速机27的蜗轮相连接，连接轴28的另一端与连接头1相连接。

在本实施例中，拉绳驱动机构22包括：

第二驱动电机29，设置于机架19的顶部；

减速机30，输入端与第二驱动电机29的输出端相连接；

绕线辊31，与减速机30的输出端相连接；

提拉绳9的另一端贯穿提拉绳过孔与绕线辊31相连接。

综上，本发明提供的采集装置使用时，以采集土壤为例，将该装置放置于地面上，启动升降驱动机构20使得钻头本体2下端靠近地面，然后启动钻头驱动机构21，驱动钻头本体2转动，在钻头本体2转动的同时升降驱动机构20再次下降，该采集钻头通过钻头本体2的旋转和下降钻入地下；随着该采集钻头向地面以下钻入，土壤样品进入依次进入软袋8和导向套筒7，随着土壤样品的进入，提拉绳9张紧，套设在软袋套筒5外侧的软袋8逐渐进入导向套筒7内，导向套筒7内的软袋8中的土壤样品越来越多，并且由于软袋8和导向套筒7并没有相对于土壤的转动，土壤样品能够在软袋8内尽可能地保持其原有的分层结构，保证取样的质量。当达到取样深度后，钻头驱动机构21停止运行，第一驱动电机26反转，使得钻头本体2反转，此时棘爪与棘轮传动配合，带动棘轮和驱动套筒3旋转，驱动套筒3的下端通过连接片15带动叶片14转动，对装有土壤样品的软袋8的下端进行封口，叶片14封堵住导向套筒7的下端，并将软袋8聚拢在多个叶片14的中心处封口，避免土壤样品的泄漏。此时，再次启动第一驱动电机26使其正转，同时启动伸缩杆25，将采集钻头向上提起，并且启动拉绳驱动机构22，通过绕线辊31缠绕提拉绳9，使得软袋8能够随采集钻头的上提同步上升，这样就可以将采集钻头和采集到的土壤样品从地下取出。采集钻头取出后，可以通过钻头本体2上端与连接头1的连接处拆卸钻头本体2，进而拆出软袋套筒5和导向套筒7等，进而实现土壤样品的取出。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。