一种公路工程钻芯取样装置

技术领域

本发明涉及公路工程检测取样技术领域，特别是一种公路工程钻芯取样装置。

背景技术

现有的道路工程检测用路基压实度检测装置，整体采用电机转子轴端部连接钻套端部，而钻套下端面环形设有锯口，当电机得电运行，带动钻套转动，将钻套下端口抵住夯实的路基上，在锯口高速转动下，使得钻套快速钻入路基内，钻入一定的深度后，向上拉动电机，使得钻套顺带内部插入的路基土层拉出钻孔，将路基土层从钻套内取出，再通过敲打钻套方式将钻套内的路基土层取出。

现有方式中，控制钻取深度需要人工操作，需要一定的经验，容易发生操作失误，导致钻取的样品不合格，尤其对于新手来说，失误更常见；另外通过敲打方式取出样品，不仅费时费力，而且易损坏钻套内待检测的路基土层样品，影响测试精度。样品取出后，需要转移至下一取样点，继续进行路基取样，现有设备没有储存样品的功能，需要人工一一取出样品，操作繁琐，还容易损坏样品。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种公路工程钻芯取样装置。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种公路工程钻芯取样装置，包括机架，以及：

用于提供动力的驱动机构，所述驱动机构包括长轴电机和减速器，长轴电机和减速器安装在机架上，长轴电机输出端与减速器输入端连接，长轴电机输出端上安装有主动锥齿轮；

在所述机架内侧竖直升降的升降机构，升降机构包括升降架、滚珠丝杆、第一导向套筒和第一导向杆，滚珠丝杆包括螺杆和螺母座，螺杆上端通过摩擦偶合器与减速器输出端连接，螺杆下端通过安装座安装在机架上，螺母座与升降架固定连接，第一导向套筒上端与机架连接，第一导向杆滑动插装在第一导向套筒内，第一导向杆下端与升降架固定连接；

用于钻芯取样的取样机构，取样机构包括取样筒、顶料杆、花键轴和花键套筒，花键轴转动安装在机架上，花键套筒套装在花键轴上且与花键轴键连接，花键套筒转动安装在升降架上，花键轴上端安装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合连接，花键套筒上安装有第一单向齿轮，取样筒转动安装在升降架上，取样筒上安装有第一圆柱齿轮，第一圆柱齿轮与第一单向齿轮啮合连接，取样筒下端由升降架底部向下延伸，顶料杆与取样筒同轴设置，顶料杆上端固定在机架上，顶料杆下端插入取样筒内，顶料杆用于将取样筒内样品顶出；

用于存储所述取样机构取出样品的样品存储机构，样品存储机构包括第一定位套、第一转轴、转盘、样品储存筒、承接位、封口机构和挑动机构，第一定位套固定安装在升降架上，第一转轴上端转动安装在机架上，第一转轴下端穿过第一定位套并延伸至升降架下方，第一转轴下端同轴固定安装有转盘，转盘上固定有若干沿其轴线呈圆周分布的样品储存筒，样品储存筒上下两端为敞开结构，样品储存筒侧壁上开有封装口，样品储存筒底部设有贯通转盘且用于供取样筒穿过的开口，承接位位于转盘上且位于取样筒轴线上，样品储存筒逐一通过承接位；封口机构与样品储存筒一一对应，封口机构用于启闭开口，以承载顶料杆顶出的样品；挑动机构用于在取样筒取样后并上升至封装口上方时，与封口机构接触配合，使封口机构封闭开口；

用于驱动所述转盘转动的切换结构，切换结构包括固定杆、齿条、第二单向齿轮、安装板、第二转轴、第三转轴，固定杆固定安装在升降架上，固定杆上安装有齿条，安装板固定安装在机架上，安装板上转动安装有第二转轴，第二转轴上安装有第二圆柱齿轮和第一传动锥齿轮，机架上转动安装有与第一转轴平行设置的第三转轴，第三转轴上安装有第二传动锥齿轮和第二单向齿轮，第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮啮合连接，第一转轴上安装有第三圆柱齿轮，第三圆柱齿轮与第二单向齿轮啮合连接；当取样筒取样后上升至样品储存筒上方时，顶杆将样品顶出取样筒，且齿条上升至与第二圆柱齿轮啮合，以驱动转盘转动预设角度，使下一空载取样筒切换至承接位。

优选地，所述封口机构包括固定轴，固定轴上套装有套环和第一扭簧，第一扭簧一端与套环固接另一端与固定轴固接，套环侧壁上固定有第一连接板，第一连接板另一端固定有可进入封装口并封闭开口和封板，第一连接板背向对其对应的样品储存筒的一侧固定有耳板，转盘上固定有第二导向套筒，第二导向套筒内插装有用于与卡接配合的限位件，当限位件与耳板卡接时，开口开启。

优选地，所述限位件包括第二连接板、第二导向杆、卡接杆和L形杆，第二导向杆滑动插装在第二导向套筒内，第二导向杆顶端安装有第二连接板，卡接杆和L形杆均固定在第二连接板上，卡接杆位于第二导向杆一侧且与耳板卡接配合，L形杆位于第二导向杆另一侧。

优选地，所述挑动机构包括第二定位套、矩形挑杆和单向挑爪，第二定位套固定安装在升降架上，矩形挑杆滑动插装在第二定位套内，矩形挑杆上端伸出第二定位套且固定有限位块，矩形挑杆下端径向开有凹槽，凹槽内安装有第四转轴，第四转轴上安装有用于与L形杆配合的单向挑爪，第四转轴上套装有第二扭簧，第二扭簧一端与凹槽连接另一端与单向挑爪连接，第二扭簧提供扭力使单向挑爪凹槽底部抵接。

优选地，还包括转盘限位机构，所述转盘限位机构包括限位套、弹簧柱塞和固定板，固定板固定安装在机架上，限位套固定安装在第一转轴上，限位套上开有若干沿其轴线呈圆周分布的限位槽，限位槽数量与样品储存筒数量相同，弹簧柱塞固定安装在固定板，弹簧柱塞的柱塞头与抵至限位槽内。

优选地，还包括第一接近开关和第二接近开关，所述第一接近开关安装在固定杆上端，当第一接近开关接近机架顶端时获取检测信号，此时升降架上升至最高位置，转盘转动预设角度使下一样品储存筒切换至承接位；所述第二接近开关安装在升降架下端，第二接近开关接近转盘时获取检测信号，此时升降架下降至最低位置。

优选地，所述机架底部安装有行走轮。

优选地，所述机架上固定有推手。

本发明的有益效果：通过取样机构进行钻芯取样，取样后样品存储机构自动收集顶料杆顶出的样品，切换机构驱动转盘转动，使下一空载的样品取样筒转动至承接位，实现自动连续钻芯取样、收集样品的功能，操作简单，无人工取样的繁琐操作，保证样品精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中沿B-B线的剖视图；

图3是转盘的俯视图；

图4是封口机构和挑动机构的连接结构示意图；

图5是取样筒和顶料杆的结构示意图；

图6是挑动机构的局部示意图；

图中，1、机架；11、行走轮；12、推手；2、驱动机构；21、长轴电机；22、减速器；23、主动锥齿轮；3、升降机构；31、升降架；32、第一导向套筒；33、第一导向杆；34、螺杆；35、螺母座；36、摩擦偶合器；4、取样机构；41、取样筒；42、顶料杆；43、花键轴；44、花键套筒；45、从动锥齿轮；46、第一单向齿轮；47、第一圆柱齿轮；5、样品存储机构；51、第一定位套；52、第一转轴；53、转盘；531、开口；54、样品储存筒；541、封装口；55、承接位；56、封口机构；561、固定轴；562、套环；563、第一扭簧；564、第一连接板；565、封板；566、耳板；567、第二导向套筒；57、挑动机构；571、第二定位套；572、矩形挑杆；573、单向挑爪；574、限位块；575、凹槽；576、第四转轴；577、第二扭簧；58、限位件；581、第二连接板；582、第二导向杆；583、卡接杆；584、L形杆；6、切换结构；601、固定杆；602、齿条；603、第二单向齿轮；604、安装板；605、第二转轴；606、第三转轴；607、第二圆柱齿轮；608、第一传动锥齿轮；609、第二传动锥齿轮；610、第三圆柱齿轮；7、转盘限位机构；71、限位套；72、弹簧柱塞；73、固定板；74、限位槽；8、第一接近开关；9、第二接近开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-6所示：一种公路工程钻芯取样装置，包括机架1，以及：

用于提供动力的驱动机构2，驱动机构2包括长轴电机21和减速器22，长轴电机21和减速器22安装在机架1上，长轴电机21和减速器22位于机架1顶部，便于动力输送，长轴电机21输出端与减速器22输入端连接，长轴电机21输出端上安装有主动锥齿轮23；

在机架1内侧竖直升降的升降机构3，升降机构3包括升降架31、滚珠丝杆、第一导向套筒32和第一导向杆33，滚珠丝杆包括螺杆34和螺母座35，螺杆34上端通过摩擦偶合器36与减速器22输出端连接，螺杆34下端通过安装座安装在机架1上，螺母座35与升降架31固定连接，第一导向套筒32上端与机架1连接，第一导向杆33滑动插装在第一导向套筒32内，第一导向杆33下端与升降架31固定连接；第一导向杆33和螺杆34位于升降架31两侧，从而使升降架31升降平稳；

用于钻芯取样的取样机构4，取样机构4包括取样筒41、顶料杆42、花键轴43和花键套筒44，花键轴43转动安装在机架1上，花键轴43通过轴承安装在机架1顶端，花键套筒44套装在花键轴43上且与花键轴43键连接，花键套筒44通过轴承转动安装在升降架31上，花键轴43上端延伸至机架1上方，花键轴43上端安装有从动锥齿轮45，从动锥齿轮45与主动锥齿轮23啮合连接，花键套筒44上安装有第一单向齿轮46，取样筒41转动安装在升降架31上，取样筒41上安装有第一圆柱齿轮47，第一圆柱齿轮47与第一单向齿轮46啮合连接，取样筒41下端由升降架31底部向下延伸，顶料杆42与取样筒41同轴设置，顶料杆42上端固定在机架1上，顶料杆42下端插入取样筒41内，顶料杆42用于将取样筒41内样品顶出；顶料杆42下端为取样筒41适配的顶头部，可充分与样品接触。

用于存储取样机构4取出样品的样品存储机构5，样品存储机构5包括第一定位套51、第一转轴52、转盘53、样品储存筒54、承接位55、封口机构56和挑动机构57，第一定位套51固定安装在升降架31上，第一转轴52上端转动安装在机架1上，第一转轴52下端穿过第一定位套51并延伸至升降架31下方，第一转轴52下端同轴固定安装有转盘53，转盘53上固定有若干沿其轴线呈圆周分布的样品储存筒54，本实施例中，样品储存筒54设置为4个，间隔90度，样品储存筒54上下两端为敞开结构，样品储存筒54侧壁上开有封装口541，样品储存筒54底部设有贯通转盘53且用于供取样筒41穿过的开口531，承接位55位于转盘53上且位于取样筒41轴线上，样品储存筒54逐一通过承接位55；封口机构56与样品储存筒54一一对应，封口机构56用于启闭开口531，以承载顶料杆42顶出的样品；挑动机构57用于在取样筒41取样后并上升至封装口541上方时，与封口机构56接触配合，使封口机构56封闭开口531；

用于驱动转盘53转动的切换结构6，切换结构6包括固定杆601、齿条602、第二单向齿轮603、安装板604、第二转轴605、第三转轴606，固定杆601固定安装在升降架31上，固定杆601上安装有齿条602，安装板604固定安装在机架1上，安装板604上转动安装有第二转轴605，第二转轴605上安装有第二圆柱齿轮607和第一传动锥齿轮608，机架1上转动安装有与第一转轴52平行设置的第三转轴606，第三转轴606上安装有第二传动锥齿轮609和第二单向齿轮603，第一传动锥齿轮608与第二传动锥齿轮609啮合连接，第一转轴52上安装有第三圆柱齿轮610，第三圆柱齿轮610与第二单向齿轮603啮合连接；当取样筒41取样后上升至样品储存筒54上方时，顶料杆42将样品顶出取样筒41，且齿条602上升至与第二圆柱齿轮607啮合，以驱动转盘53转动预设角度，本实施例中预设角度为90度，使下一空载取样筒41切换至承接位55。

如图3-4所示，封口机构56包括固定轴561，固定轴561上套装有套环562和第一扭簧563，第一扭簧563一端与套环562固接另一端与固定轴561固接，套环562侧壁上固定有第一连接板564，第一连接板564另一端固定有可进入封装口541并封闭开口531和封板565，第一连接板564背向对其对应的样品储存筒54的一侧固定有耳板566，转盘53上固定有第二导向套筒567，第二导向套筒567内插装有用于与卡接配合的限位件58，当限位件58与耳板566卡接时，开口531开启。

如图4所示，限位件58包括第二连接板581、第二导向杆582、卡接杆583和L形杆584，第二导向杆582滑动插装在第二导向套筒567内，第二导向杆582顶端固定安装有第二连接板581，卡接杆583和L形杆584均固定在第二连接板581上，卡接杆583位于第二导向杆582一侧且与耳板566卡接配合，L形杆584位于第二导向杆582另一侧。

为在取样筒41上升至封装口541上方后、顶料杆42将取样筒41内样品顶出前，将封口机构56的卡接杆583挑起，以使封板565封闭开口531，设置挑动机构57，如图1-2和图4-5所示，挑动机构57包括第二定位套571、矩形挑杆572和单向挑爪573，第二定位套571固定安装在升降架31上，矩形挑杆572滑动插装在第二定位套571内，矩形挑杆572上端伸出第二定位套571且固定有限位块574，矩形挑杆572下端径向开有凹槽575，凹槽575内安装有第四转轴576，第四转轴576上安装有用于与L形杆584配合的单向挑爪573，第四转轴576上套装有第二扭簧577，第二扭簧577一端与凹槽575连接另一端与单向挑爪573连接，第二扭簧577提供扭力使单向挑爪573凹槽575底部抵接；矩形挑杆572截面为矩形，第二定位套571与矩形挑杆572结构适配，从而限制矩形挑杆572转动，使矩形挑杆572只能沿第二定位套571升降，使单向挑爪573保持固定角度，便于与L形杆584配合。

为避免转盘53受外力轻易转动，还设置了转盘限位机构7，如图1-2所示，转盘限位机构7包括限位套71、弹簧柱塞72和固定板73，固定板73固定安装在机架1上，限位套71固定安装在第一转轴52上，限位套71上开有若干沿其轴线呈圆周分布的限位槽74，限位槽74数量与样品储存筒54数量相同，在本实施例中，限位槽74设置四个，弹簧柱塞72固定安装在固定板73，弹簧柱塞72的柱塞头与抵至限位槽74内。

为实现取样筒41钻取深度的自动控制，以及样品存储后样品储存筒54位置的自动切换，还设置第一接近开关8和第二接近开关9，如图1-2所示，第一接近开关8安装在固定杆601上端，当第一接近开关8接近机架1顶端时获取检测信号，此时升降架31上升至最高位置，转盘53转动预设角度使下一样品储存筒54切换至承接位55；第二接近开关9安装在升降架31下端，第二接近开关9接近转盘53时获取检测信号，此时升降架31下降至最低位置。

如图1-2所示，机架1底部安装有行走轮11。通过设置行走轮11，可便于推动机架1移动至取样点。

如图2所示，机架1上固定有推手12。通过设置推手12，可便于推动机架1，在取样时，可抓紧推手12，保证机架1稳定。

本实施方案的工作原理：通过推手12推动机架1，通过行走轮11可方便地将本装置推动至取样点；预先操作封口机构56，将限位件58与耳板566卡接，通过卡接杆583卡入耳板566的耳孔内，使开口531开启；

随后启动长轴电机21，驱动机构2提供动力进行钻芯取样，具体的，长轴电机21通过主动锥齿轮23带动从动锥齿轮45、花键轴43、花键套筒44旋转，花键套筒44通过第一单向齿轮46带动第一圆柱齿轮47、取样筒41旋转，长轴电机21的动力输出至减速器22进行减速，减速器22通过摩擦偶合器36带动螺杆34缓慢旋转，在第一导向杆33和第一导向套筒32的导向作用下，以及第一转轴52和第一定位套51的导向作用下，螺母座35将螺杆34的旋转运动转化为直线运动并带动升降架31缓缓下降；通过设置花键轴43、花键套筒44，使升降架31下降时，仍能传动取样筒41旋转；升降架31带动取样筒41下降，取样筒41进入承接位55处的样品储存筒54内，并穿过样品储存筒54、开口531，期间单向挑爪573与L形杆584接触，在矩形挑杆572自重力作用下，第二扭簧577形变，单向挑爪573上旋至凹槽575内，从而使单向挑爪573通过L形杆584并下降至L形杆584下方，单向挑爪573通过L形杆584后，在第二扭簧577弹性恢复力作用下，单向挑爪573复位与凹槽575底部抵接，以便于在单向挑爪573上升时可以挑起L形杆584，当矩形杆底部与转盘53抵接后便不再下降，取样筒41穿过开口531后钻入路基；通过设置摩擦偶合器36，当负载超过摩擦偶合器36过载系数时，偶合轮和机芯出现打滑运转，从而实现保护功能；

当第二接近开关9接近转盘53时，获取到检测信号，长轴电机21停止正转，并开始反转，此时升降架31下降至最低位置；在长轴电机21反向旋转驱动下，升降架31上升，花键套筒44反向旋转时不带动第一单向齿轮46旋转，从而避免取样筒41旋转上升，当升降架31与限位块574接触时带动矩形挑杆572上升，使单向挑爪573靠近L形杆584，当取样筒41下端上升至封装口541上方时，单向挑爪573与L形杆584接触并挑起限位件58，在第二导向套筒567、第二导向杆582的导向作用下，第二连接板581、卡接杆583和L形杆584平稳上升，卡接杆583脱离耳板566，不再限制耳板566，在第一扭簧563弹性恢复力的作用下，第一扭簧563带动套环562、第一连接板564和封板565沿固定轴561转动，封板565由封装口541进入样品存储筒内封闭开口531，避免样品由样品取样筒41坠落；

随后取样筒41内的样品与顶料杆42接触，随着取样筒41的上升，样品被顶料杆42顶出取样筒41，落入封板565上、样品存储筒内，实现自动收集功能；

随后齿条602上升至与第二圆柱齿轮607接触，齿条602与第二圆柱齿轮607啮合带动第二圆柱齿轮607、第二转轴605、第一传动锥齿轮608旋转，第一传动锥齿轮608带动第二传动锥齿轮609、第三转轴606和第二单向齿轮603旋转，第二单向齿轮603带动、第三圆柱齿轮610和第一转轴52旋转，第一转轴52带动转盘53旋转，限位套71随第一转轴52旋转，并将弹簧柱塞72顶出限位槽74；当第一接近开关8接近机架1顶端时获取检测信号，长轴电机21停止工作，此时升降架31上升至最高位置，转盘53转动90度，下一样品储存筒54切换至承接位55，弹簧柱塞72卡入下一限位槽74，从而对第一转轴52起到一定限位作用，避免第一转轴52随意转动，保证在无较大外力作用下，第一转轴52保持稳定，从而使样品存储筒处于承接位55；在转盘53转动时，L形杆584位于单向挑爪573上端面上，单向挑爪573不会限制L形杆584旋转，从而使转盘53正常转动，当L形杆584脱离单向挑爪573后，在限位件58自身重力作用下，限位件58自动下降复位；

再次取样时，可直接启动长轴电机21，齿条602下降与第二圆柱齿轮607啮合时不会带动第二转轴605旋转，从而避免转盘53转动，保证取样工作顺利进行。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。