專利名稱：自鉆水壓活塞式薄壁取土器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工程地質(zhì)鉆探的取土器，特別是涉及一種水壓活塞式薄壁取土器。
在工程地質(zhì)鉆探中，需采取地層中的土樣進(jìn)行試驗，以便就該地層作出物理、力學(xué)方面的定性和定量評價，并了解場地范圍內(nèi)的地層變化。在現(xiàn)有技術(shù)中，采取地層中的土樣的工序是先清理地層表皮，再進(jìn)行清孔(即占孔，同時排出泥土)，然后用取土器采取土樣。這樣，鉆機(jī)的鉆桿需要多次上下往復(fù)操作，很不方便?，F(xiàn)有技術(shù)中所用的取土器只能用于采取土樣而不能進(jìn)行清孔。已有的取土器分為厚壁取土器和薄壁取土器兩類。厚壁取土器取樣擾動大，質(zhì)量差，已逐漸處于被淘汰中。薄壁取土器有固定活塞式取土器、自由活塞式取土器、敞口活塞式取土器和水壓活塞式取土器四種。在深層取樣時，鉆桿細(xì)長，受壓則彎曲嚴(yán)重，這種情況最宜采用水壓活塞式取土器。
現(xiàn)有的水壓活塞式取土器是空心鉆桿下端連接著分水頭，分水頭連接著空心活塞桿和外套筒，一個動活塞密封滑套于活塞桿上并與外套筒的內(nèi)壁密封滑配，動活塞連接著一個土樣筒(即薄壁筒)，活塞桿的下端連接著一個固定活塞。當(dāng)水壓由鉆桿通至動活塞上時，將動活塞壓下，帶動土樣筒也就壓入土內(nèi)，固定活塞不能活動，土樣筒被壓下時固定活塞就相對上升，造成封閉，使土樣不致脫落，起撥時外套筒與土樣筒一樣提起。這種取土器適用于軟土、輕亞粘土、淤泥、飽和粉砂等。但是這種取土器操作復(fù)雜，要取下土樣筒時，需拆開整個取土器，因而效率低。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適于深層取樣的、兼具清孔和取樣功能的操作簡便、效率高的水壓活塞式薄壁取土器。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本取土器包含有與空心鉆桿螺紋連接的鉆桿接頭、與鉆桿接頭螺紋連接的分水頭、連接于分水頭的空心活塞桿和外套筒、密封滑套于活塞桿上并與外套筒內(nèi)壁密封滑配的動活塞、與動活塞相連接的土樣筒以及螺紋連接于活塞桿下端的固定活塞。其特點(diǎn)是外套筒的下端固定連接著環(huán)形鉆頭，其外徑大于外套筒的外徑，并沿圓周分布幾個出水口；固定活塞的下端連接著一個中心鉆頭，其中心孔的下端接通一個錐形噴水口，上端通過一個自動截流閥接通活塞桿的中心孔，中心鉆頭最大直徑處的直徑略小于土樣筒的內(nèi)徑；從分水頭中心孔至動活塞上腔室的通路上有一個溢流閥。在清孔時，鉆桿通過外套筒帶動環(huán)形鉆頭轉(zhuǎn)動，并通過活塞桿和固定活塞帶動中心鉆頭轉(zhuǎn)動，此時自動截流閥開啟，壓力水通過鉆桿中心孔經(jīng)活塞桿中心孔和自動截流閥，從中心鉆頭下端的錐形噴水口噴水，而后從環(huán)形鉆頭的出水口流出，從而沖刷中心鉆頭和環(huán)形鉆頭鉆下的泥土從孔中排出孔口。在清孔至所需深度要采取土樣時，鉆桿停鉆并略為上提一下使自動截流閥關(guān)閉，錐形噴水口停止噴水，水壓從分水頭頂開溢流閥傳至動活塞的上，將動活塞推下并帶動土樣筒下壓采取土樣。這樣，本取土器就兼具清孔和采樣的功能，減少鉆桿的上下往復(fù)次數(shù)，簡化操作。
本取土器的中心鉆頭可由一根帶有突肩的空心軸焊接著分水錐和刀片構(gòu)成，此空心軸配合著鍵與一個帶突肩的套筒滑配，該套筒與固定活塞螺紋連接。自動截流閥可由螺紋連接于中心鉆頭空心軸上端的軸蓋及其緊套著的錐形塞構(gòu)成，在其下方的套筒上端部加工成內(nèi)錐形作為閥座與錐形塞的錐面相匹配。在自動截流閥下面的中心鉆頭空心軸上開有進(jìn)水口。固定活塞通過一個側(cè)噴頭與活塞桿螺紋連接，側(cè)噴頭上開有出水口溝通活塞桿中心孔至自動截流閥上游腔的通道。在清孔時，中心鉆頭碰到孔底而被頂上，從而使自動截流閥自動打開；在取樣時，由于鉆桿略為上提一下，中心鉆頭脫離孔底泥土的推壓以及鉆頭自重和水壓的作用下，自動截流閥自動關(guān)閉。
本取土器的土樣筒與外套筒之間可以有一個環(huán)形空腔，使得土樣筒能夠在其上端部通過一個連接套與一個余土筒的下端部連接，余土筒的上端部與動活塞螺紋連接，余土筒的中部開有排水孔，余土筒下端部靠近土樣筒上端頭的螺紋處有放氣小孔，外套筒的下部有出水孔。這種在土樣筒的上方加接余土筒的結(jié)構(gòu)，使得不要拆開整個取土器，只要旋下連接套即可取下土樣筒，大大簡化操作，而且土樣筒能取滿整筒土樣，利用率高。
本取土器的外套筒上端可以通過一個套筒蓋和一個緊定螺母與分水頭連接，分水頭的中部滑套在套筒蓋內(nèi)，并用定位銷定位。采用這種結(jié)構(gòu)，定位銷傳遞鉆桿扭矩，可避免分水頭與鉆桿的螺紋連接由扭矩的作用而過于擰緊而難以拆卸。同時，外套筒與分水頭成為整體套入式結(jié)構(gòu)，裝拆容易。在分水頭上有一個對動活塞上腔室放氣的放氣孔和堵塞放氣口的放氣螺塞，以便在安裝好土樣筒后要將土樣筒推入外套筒中，動活塞的上腔室能夠放氣。
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施方案作進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)總圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的水壓活塞式薄壁取土器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是
圖1所示取土器下段放大圖。
圖4是
圖1所示取土器中段放大圖。
圖5是
圖1所示取土器上段放大圖。
圖中標(biāo)號表示1－出水口，2－刀片，3－分水錐，4－中心鉆頭，5－鍵，6－套筒，7、8、9、10、11－O型密封圈，12－錐形塞，13－自動截流閥，14－固定活塞，15－側(cè)噴頭，16－活塞桿，17－土樣筒，18－連接套，19－余土筒，20－O形密封圈，21－V型密封圈，22－動活塞，23－O型密封圈，24－尼龍墊圈，25－螺蓋，26－緊定螺絲，27－彈簧，28－溢流閥，29－簧座螺絲，30－套筒蓋，31－排氣孔，32－排氣螺塞，33－放氣槽，34－O型密封圈，35－緊定螺母，36－分水頭，37－鉆桿接頭，38－溢流孔，39－定位孔，40－定位銷，41－排水孔，42－放氣小孔，43－外套筒，44－突肩，45－擴(kuò)孔段，46－出水口，47－進(jìn)水孔，48－排水孔槽，49－出水孔，50－錐形噴水口，51－環(huán)形鉆頭，52－硬質(zhì)合金牙粒。
參見
圖1，本取土器包含有可與空心鉆桿旋接的鉆桿接頭37，其下端旋接著分水頭36并用緊定螺母35旋緊套筒蓋30，套筒蓋30用定位銷40與分水頭36定位并在下端旋接外套筒43，分水頭36上設(shè)有溢流閥28，它是半圓形的閥頭，彈簧27和簧座螺絲29構(gòu)成。在套筒蓋30上設(shè)有排氣孔31其出口處旋著放氣螺塞32，此放氣螺塞32上有放氣槽33，當(dāng)放氣螺塞32旋轉(zhuǎn)至放氣槽33對著排氣孔31并露出通大氣即放氣?；钊麠U16的上部套裝著動活塞22，它通過O型密封圈20、23與外套筒43密封，通過V型密封圈21和尼龍墊圈24與活塞桿15密封，它們由螺蓋25壓緊，活塞桿16上端旋接于分水頭36，下端旋接著側(cè)噴頭15。動活塞22旋接著余土筒19，余土筒19下端通連接套18連接土樣筒17。側(cè)噴頭15上有出水口14，下面旋接固定活塞14。固定活塞14通過O形密封圈7、8、9、10與土樣筒17密封，密封的中段開有排水孔槽48。固定活塞14下部旋轉(zhuǎn)接套筒6，通過鍵5與中心鉆頭4的中心軸匹配，此中心軸上端旋接自動截流閥13而使中心鉆頭吊掛在固定活塞14的下面。該中心軸下端焊接著分水錐3和刀片2。外套筒43的下端旋接著環(huán)形鉆頭51，它是一個圓形端頭焊接著硬質(zhì)合金牙粒52，并在圓周上分布幾個出水口1。土樣筒17為一下端帶有刃口、上端外圓稍下部分帶有突肩44的薄壁圓筒，其刃口以上一小段的外徑略大于筒身外徑，而刃口一小段的內(nèi)徑略小于筒身內(nèi)徑。這樣可減小土樣筒插入泥土的阻力和減少對土樣的擾動。
本取土器工作原理如下(1)、清孔在取土器接于鉆桿上放至孔底，鉆桿上接上水龍頭后打開泥漿泵送水，再開動鉆機(jī)迥轉(zhuǎn)。中心鉆頭4被孔底泥土頂起，于是自動截流閥13打開，壓力水從鉆桿中心孔流經(jīng)分水頭36，再經(jīng)活塞桿16中心孔和側(cè)噴頭15，從出水口46流出，然后經(jīng)進(jìn)水口47流入中心鉆頭4的空心軸內(nèi)，最后從錐形噴水口52噴出，沖走中心鉆頭鉆下的泥土，再經(jīng)出水口1和出水孔49流出，帶走環(huán)形鉆頭51鉆下的泥土，并外套筒43外排出鉆探孔。此時溢流閥28在彈簧作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，動活塞22不動。(2)、采樣清孔至要求深度，停止鉆機(jī)迥轉(zhuǎn)，略為上提鉆桿，于是吊掛于固定活塞14下面的中心鉆頭4下落，使得自動截流閥13自動關(guān)閉；此時壓力水無出路，壓力升高，終于頂開溢流閥28，壓力水流入動活塞22的上腔室，推動動活塞22并帶動余土筒19和土樣筒17，土樣筒17下壓采取土樣，直至固定活塞14和中心鉆頭4進(jìn)入余土筒19內(nèi)；當(dāng)固定活塞14上的排水孔槽48接通余土筒19上排水孔41時，同時動活塞22處于外套筒43的擴(kuò)孔段45，活塞桿中的壓力水從排水孔槽48排出，動活塞22上腔室的壓力水從擴(kuò)孔段45排出，則動活塞22不再推進(jìn)，采樣工作結(jié)束。(3)、自洗當(dāng)動活塞22停止推動時，壓力水從擴(kuò)孔段45和排水孔槽48和出水孔41排出，從而對土樣筒17、余土筒19和外套筒43的內(nèi)外壁進(jìn)行清洗。(4)、真空吸附采樣結(jié)束時，壓力表壓力驟降，即可向上提取取土器，在上提的過程中需要真空吸附土樣。由于固定活塞14配有O形密封圈7、8，自動截流閥13配有錐形塞12，從而確保土樣筒17的真空吸附。(5)、消除真空取土器被提出地面后，在取下土樣筒17前必須先消除土樣筒17上端部的真空吸力后才能取下，以避免取下土樣筒造成抽吸而擾動土樣。本取土器在旋下連接套18時，通過放氣小孔42的進(jìn)氣而消除真空。(6)、安裝放氣在裝上新的空土樣筒后，要將土樣筒17推入取土器內(nèi)時，必須排出動活塞22上腔室內(nèi)的空氣，此時單向閥28已關(guān)閉，只要將放氣螺絲32擰松至放氣槽33外露，即行放氣，使土樣筒17順利推入取土器，然后再將放氣螺絲32擰緊即告安裝完成。
本取土器與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)1、由于將清孔與取樣兩個鉆次合一，減少鉆桿上下升降次數(shù)和卸裝次數(shù)，提高裝探工效，節(jié)省勞力和能耗；同時也避免了兩鉆分開操作可能造成鉆孔沉淀、塌孔、縮孔等孔底不清而影響取樣質(zhì)量和避免塌孔引起的埋鉆事故。
2、由于自鉆清孔的進(jìn)尺不受限制，可以根據(jù)需要一次清成，采樣時自行按規(guī)定尺寸采樣，不會發(fā)生超壓采樣而擾動土樣，保證取樣質(zhì)量。
3、由于設(shè)有余土筒，使土樣筒能采得滿筒土樣，上部無空缺段，簡化了土樣筒裝運(yùn)封啟操作，提高土樣筒的利用率，在等同的土樣長度情況下，可使土樣筒長度縮短四分之一。
4、由于采用連接套連接土樣筒，因而不必拆散整個取土器即能方便地拆下土樣筒，簡化操作。
5、在土樣筒內(nèi)外圓上采用了內(nèi)外間距比，提高了取土質(zhì)量，擴(kuò)大了薄壁取土器的范圍(已有的水壓式取土器N＝0－4，本取土器N＝0－16)。
6、本取土器具有自清洗的功能，從而可以免去專為清洗取土器而配備人員，減少勞力。
7、本取土器的薄壁外套筒采用整體套入式結(jié)構(gòu)，避免外套筒螺紋連接在拆卸中的困和損失，使裝卸簡便。
權(quán)利要求1.一種工程地質(zhì)鉆探用的自鉆水壓活塞式薄壁取土器，包括用于空心鉆桿螺紋連接的鉆桿接頭37、與鉆桿接頭37螺紋連接的分水頭36、連接于分水頭36的空心活塞桿16和外套筒43、密封滑套于活塞桿16上并與外套筒43內(nèi)壁密封滑配的動滑塞22、與動活塞22相連接的土樣筒17以及螺紋連接于活塞桿16下端的固定活塞14，其特征在于(1)、外套筒的下端固定連接著環(huán)形鉆頭51，其外徑大于外套筒43的外徑，并沿圓周分布著出水口45；(2)、固定活塞14的下端連接著一個中心鉆頭4，其中心孔的下端接通一個錐形噴水口50，上端通過一個自動截流閥13接通活塞桿16的中心孔，中心鉆頭4最大直徑處的直徑略小于土樣筒17的內(nèi)徑；(3)、從分水頭36中心孔至動活塞22上腔室的通路上有一個溢流閥28。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取土器，其特征在于中心鉆頭4是由一根帶有突肩的空心軸焊接著分水錐3和刀片2所構(gòu)成，此空心軸配合著鍵5與一個帶突肩的套筒6滑配，套筒6與固定活塞14螺紋連接；自動截流閥13是螺紋連接于中心鉆頭4空心軸上端的軸蓋及其緊套著的錐形塞12所構(gòu)成，套筒6的上端部加工成內(nèi)錐形作為閥座與錐形塞12的錐形面相匹配，在自動截流閥13下面的中心鉆頭4空心軸上開有進(jìn)水口47；固定活塞14通過一個側(cè)噴頭15與活塞桿16螺紋連接，側(cè)噴頭15上開有出水口46溝通活塞桿16中心孔至自動截流閥13上游腔的通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的取土器，其特征在于土樣筒17與外套筒43之間有環(huán)形空腔，土樣筒17上端部通過連接套18與一個余土筒19的下端部連接，余土筒19的上端部與動活塞22螺紋連接，余土筒19的中部開有排水孔41，余土筒19下端部靠近土樣筒17上端頭的螺紋處有放氣小孔42，外套筒43的下部有出水孔49。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的取土器，其特征在于外套筒43的上端通過一個套筒蓋30和一個緊定螺母35與分水頭36連接，分水頭36的中部滑套在套筒蓋30內(nèi)，并用定位銷40定位；分水頭36上有對動活塞22上腔室放氣的放氣孔31和堵塞放氣口的氣螺塞32。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和4所述的取土器，其特征在于土樣筒17下端部刃口以上一小段的外徑略大于筒身外徑，而其刃口一小段的內(nèi)徑略小于筒身內(nèi)徑。
專利摘要一種工程地質(zhì)鉆探用的自鉆水壓活塞式薄壁取土器，它包含有鉆桿接頭、分水頭、動活塞、固定活塞、土樣筒和外套筒。其主要特點(diǎn)是固定活塞下方連接一個中心鉆頭，外套筒下端連接一個環(huán)形鉆，從而同時具備清孔和取樣兩種功能，并能自清洗，因而簡化操作，提高工效，節(jié)省勞力和降低能耗，保證土樣質(zhì)量。本取土器尤為適用于軟土、輕亞粘土、淤泥、飽和粉砂等采樣。
文檔編號E21B49/00GK2052813SQ89211519
公開日1990年2月14日 申請日期1989年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月15日
發(fā)明者王子平 申請人:王子平