具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器的製造方法
2023-05-12 07:41:21 2
具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器的製造方法
【專利摘要】本實用新型的具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器屬於深海沉積物取樣【技術領域】。本實用新型提供了一種具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器，由吊放測力裝置（A），取樣筒裝置（C），振動衝擊裝置（B）和反扭裝置（D）組成；所述吊放測力裝置（A）和所述振動衝擊裝置（B）由鉸鏈杆（9）連接，所述振動衝擊裝置（B）和所述取樣筒裝置（C）由螺釘連接，所述取樣筒裝置（C）和所述反扭裝置（D）由滑動筒（30）連接。本實用新型的取樣裝置整體徑向尺寸小，結構緊湊，可通過冰架及浮冰上的小徑鑽孔取得冰下海底沉積物，並且其取樣效率高，並在冰孔凍結前回收設備。
【專利說明】具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及深海沉積物取樣【技術領域】，具體涉及一種具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器。
【背景技術】
[0002]冰架、浮冰下的海底沉積物以及冰下湖中的沉積物樣品，對於研究深海的生命形態、深海底層同位素的存在情況及冰下海底的資源存在情況極為重要。目前常用海底沉積物取樣器有抓斗式、重力式、活塞式、錘擊式及振動式等，其中屬振動式取樣器取樣效率最高。常規的振動式取樣器主要由吊放測力裝置、取樣筒機構、振動器三個部分組成，這三個部分均屬於現有技術，模塊化較強。現存的各種海底沉積物取樣器可以完成不同深度的海底取樣，但這些取樣器難以應用於冰架、浮冰以下的海底沉積物樣品以及冰下湖中的沉積物樣品，存在的問題主要有:(1)冰孔尺寸小，常規深海取樣設備難以通過；(2)取樣效率低，難以在冰孔凍結至極限尺寸前回收取樣設備；(3)作業距離遠，很難在地表實現精確控制，更難保證取樣過程中取樣器的垂直度。
[0003]因此，有必要設計一種新的深海沉積物取樣器來解決以上技術問題。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是，克服常規海底沉積物取樣設備受設備尺寸限制不適用於穿過冰孔完成取樣、筒形錘擊式沉積物取樣器受取樣方式限制及採樣水域水深較淺的缺欠。本實用新型提供一種能夠穿過冰孔、採樣水域較深的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器。
[0005]該取樣器由吊放測力裝置A和取樣筒裝置C組成，還包括振動衝擊裝置B和反扭裝置D ;所述吊放測力裝置A和所述振動衝擊裝置B由鉸鏈杆連接，所述振動衝擊裝置B和所述取樣筒裝置C由螺釘連接，所述取樣筒裝置C和所述反扭裝置D由滑動筒30連接。
[0006]本實用新型採用的具體技術方案是:
[0007]—種具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器，由吊放測力裝置A和取樣筒裝置C組成，其特徵是，還包括振動衝擊裝置B和反扭裝置D ;所述吊放測力裝置A和所述振動衝擊裝置B由鉸鏈杆9連接，所述振動衝擊裝置B和所述取樣筒裝置C由螺釘連接，所述取樣筒裝置C和所述反扭裝置D由滑動筒30連接；
[0008]所述的吊放測力裝置A由鎧裝電纜1、承載端蓋2、接線器3、彈簧4、滑軌5、滑塊6、位移傳感器7和連接端蓋8組成；所述滑塊6上設有通孔和階梯孔，滑軌5穿過所述滑塊6上的通孔並與所述承載端蓋2及所述連接端蓋8通過螺母連接，所述接線器3穿過所述滑塊6上的階梯孔與所述鎧裝電纜I連接；所述滑塊6與所述承載端蓋2之間裝有所述彈簧4，所述滑塊6與所述連接端蓋8間裝有位移傳感器7 ；
[0009]所述振動衝擊裝置B由壓力艙上端蓋10、電機套11、電動機12、壓力艙外筒13、角度傳感器14、聯軸器15、T型減速器16、第一齒形帶輪17、齒形帶18、第二齒形帶輪20、輸出軸21、可調偏心塊19、軸承22、支撐架23和壓力艙下端蓋24組成；所述壓力倉上端蓋10通過螺釘與所述壓力倉外筒13通過O型密封圈連接並密封，所述壓力倉下端蓋24通過螺釘與所述壓力倉外筒13通過O型密封圈連接並密封，所述電機套11通過螺釘與所述壓力倉上端蓋10連接，所述電動機12嵌套在所述電機套11內，所述電動機12的輸出軸通過所述聯軸器15與所述T型減速器16的輸入軸連接，所述T型減速器16通過嵌套及螺釘固定在所述支撐架23上，所述T型減速器16的輸出軸通過平鍵與所述第一齒形帶輪17連接，所述第一齒形帶輪17通過所述齒形帶18與所述第二齒形帶輪20連接，所述第二齒形帶輪20通過平鍵與所述輸出軸21連接，所述輸出軸21通過平鍵與所述可調偏心塊19連接，所述輸出軸21通過所述軸承22及其他軸承固定在所述支撐架23上，所述輸出軸21可通過軸承在所述支撐架23上轉動，並帶動所述可調偏心塊19旋轉，所述支撐架23通過螺釘固定在所述壓力倉下端蓋24上，所述角度傳感器14通過螺釘固定在所述電機套11上；
[0010]所述取樣筒裝置C由外管25、單向閥26、襯筒27、爪簧31和切削頭33組成；所述襯筒27嵌套在所述外管25內，所述單向閥26固定在所述襯筒27的上端並與所述外管25上的孔連接，所述切削頭33通過螺紋連接在所述外管25下端，所述爪簧31及所述襯筒27通過所述外管25與所述切削頭33之間的槽固定；
[0011]所述反扭裝置D由滾輪28、銷釘29、滑動筒30、定位針35、鉸鏈32和反扭部件38組成；所述滾輪28通過所述銷釘29連接到所述滑動筒30上，使所述滑動筒30能在所述外管25上沿軸向無扭轉自由滑動，所述反扭部件38通過所述鉸鏈32與所述滑動筒30連接，所述反扭部件38能通過所述鉸鏈32與所述滑動筒30產生環繞所述鉸鏈32的相對扭轉，所述滑動筒30上焊接所述定位針35，能保證所述反扭部件38與所述滑動筒30相對旋轉過程中不會與所述定位針35幹涉，以便同時完成所述滑動筒30與所述外管25間的無扭轉滑動運動以及所述反扭部件38與所述滑動筒30間的旋轉運動。
[0012]所述的反扭部件38優選為沉入式，切入式或綜合式；沉入式反扭部件的末端，即連杆末端添加一個具有設計質量的重塊，通過重塊的質量以及連杆的長度所產生的靜慣性矩來實現反扭功能；切入式反扭部件通過將反扭部件設置為片狀，通過切入沉積物層產生阻力來實現反扭功能；綜合式反扭部件是前兩種的結合，即既具有重塊，又將重塊設置為片狀，使其通過反扭部件產生的靜慣性矩及切入沉積物層產生的阻力來實現反扭功能。工作原理是，沉入式以沉入沉積物層時的自身慣性矩作為反扭力，切入式以切入沉積物層時沉積物層提供的阻力作為反扭力，綜合式為二者的結合，即同時以兩種力提供反扭。
[0013]具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的工作過程如下:
[0014](I)整套取樣器通過冰孔下放，完全進入海水時，由於海水的浮力作用，與吊放測力裝置A相連的地表測力儀表的讀數發生第一次改變，標誌著取樣器由空氣進入海水；
[0015](2)當取樣器的反扭部件38第一次觸底時，繼續下放時會由於沉積物承擔了反扭部件38的重量，吊放測力機構A的地表測力儀表讀數發生第二次改變，標誌著取樣器觸底，此時取樣器停止下放；
[0016](3)繼續緩慢下放取樣器，由於反扭部件38接觸海底後會偏斜向一邊，當吊放測力機構A的地表讀數突然減至極小時，標誌著切削頭33觸底，停止下放，由於信號傳輸距離較遠，會有少量的延遲，停止下放後整個取樣器仍會有一些偏斜；
[0017](4)緩慢上提取樣器，通過觀察與角度傳感器14相連的地表儀表的度數，調整取樣器逐漸接近垂直，吊放測力裝置A地表讀數同時會改變，當偏斜不超過5°時，停止上提取樣器，開啟振動衝擊裝置B，並以設定的速度均勻下降，開始進行取樣；取樣過程中，沉積物會撐開爪簧31進入襯筒27中，並將襯筒27內部的海水通過單向閥26排出，以保證襯筒27內外的壓力平衡；
[0018](5)取樣完成後，與吊放測力裝置A角度傳感器14相連的地表測力儀表的讀數會再次減至極小，此時停止為電動機12供電，上提取樣器直至地表，取樣完成。
[0019]本設備的幾項關鍵技術:
[0020](I)上提下放時，位移傳感器7通過滑軌5上的滑塊6精確測出彈簧4的壓縮量，而鎧裝電纜I通過接線器3及滑塊6來承擔整個取樣器的垂直受力，通過彈簧的彈力係數及滑塊6即可計算出電纜瞬時所承受的拉力，並顯示在地表測力儀表上。
[0021](2)使用T型減速器16傳遞電動機12輸出的動力，由T行減速器16帶動第一齒形帶輪17轉動，使動力通過齒形帶18傳遞給第二齒形帶輪20，第二齒形帶輪20將動力傳遞給輸出軸21，最終由輸出軸21帶動可調偏心塊19旋轉產生高頻離心力，離心力方向為軸向時與設備整體的重心重合，以高頻激振力作為進尺動力能大大提高鑽進效率。
[0022](3)要使可調偏心快19高頻旋轉需要大功率的電動機12，相應的軸向尺寸也會增力口，因此電動機12採用豎直放置，通過T型減速器16完成動力換向，使電動機的選型範圍大大增加。
[0023](4)豎直放置的電動機12運轉時會產生周向扭矩，因此在外管25上加工出滑槽，滑動筒30與外管25使用滑槽連接只能產生軸向相對運動，滑動筒30與反扭部件38使用鉸鏈32連接使之只能產生環繞鉸鏈32的相對轉動，在反扭刀片38旋轉展開插入沉積物層並完成取樣器的垂直矯正後，運行電動機12，由反扭刀片38提供反扭力，能保證取樣過程中取樣器不會與沉積物發生相對轉動而破壞沉積物的層面結構。
[0024](5)切削頭33的外徑大於外管25的外徑，以便在進入沉積物後留下較大的空間，減少外管25與沉積物之間的摩擦力，方便進尺。
[0025]本實用新型的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器，其整體徑向尺寸小，結構緊湊，能通過冰架及浮冰上的小徑鑽孔取得冰下海底沉積物，並且其取樣效率高，能在冰孔凍結前回收設備。在取樣過程中，本實用新型的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器不存在周向扭矩，不會破壞樣品的層面結構，以保證其研究價值，克服了常規深海取樣器體積大、回次時間長、操作困難、取樣率低、樣品質量難以保證等技術問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1實施例1的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的外部結構示意圖。
[0027]圖2實施例2的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的內部結構示意圖。
[0028]圖3實施例1的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的吊放測力裝置A示意圖。
[0029]圖4實施例1的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的振動衝擊裝置B示意圖。
[0030]圖5實施例1的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的反扭裝置D示意圖。
[0031]圖6實施例1的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的工作過程示意圖。
[0032]圖7實施例3的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的沉入式反扭部件示意圖。
[0033]圖8實施例3的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的切入式反扭部件示意圖。
[0034]圖9實施例3的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器的綜合式反扭部件示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但不限於此。
[0036]實施例1
[0037]結合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的結構。圖1中，A，吊放測力裝置，B，振動衝擊裝置，C，取樣筒裝置，D，反扭裝置；圖2中，1.鎧裝電纜，2.承載端蓋，3.接線器，4.彈簧，5.滑軌，6.滑塊，7.位移傳感器，8.連接端蓋，9.鉸鏈杆，10.壓力倉上端蓋，11.電機套，12.電動機，13.壓力艙外筒，14.角度傳感器，15.聯軸器，16.T型減速器，17.第一齒形帶輪，18.齒形帶，19.可調偏心塊，20.第二齒形帶輪，21.輸出軸，22.軸承，23.支撐架，24.壓力艙下端蓋，25.外管，26.單向閥，27.襯筒，28.滾輪，29.銷釘，30.滑動筒，31.爪簧，32.鉸鏈，33.切削頭，34.旋轉件，35.定位針，36.反扭刀片，37.定位銷，38.反扭部件。
[0038]參見圖1和圖2的具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器，由吊放測力裝置A，振動衝擊裝置B，取樣筒裝置C及反扭裝置D組成；吊放測力裝置A和振動衝擊裝置B由鉸鏈杆9連接，振動衝擊裝置B和取樣筒裝置C由螺釘連接，取樣筒裝置C和反扭裝置D由滑動筒30連接。
[0039]參見圖3，所述吊放測力裝置A由鎧裝電纜1、承載端蓋2、接線器3、彈簧4、滑軌
5、滑塊6、位移傳感器7、和連接端蓋8組成；滑塊6上設有通孔和階梯孔，滑軌5穿過滑塊6上的通孔並與承載端蓋2、連接端蓋8通過螺母連接，接線器3穿過滑塊6上的階梯孔與鎧裝電纜I連接；滑塊6與承載端蓋2之間裝有彈簧4，，滑塊6與連接端蓋8間裝有位移傳感器7。
[0040]參見圖4，所述振動衝擊裝置B由壓力艙上端蓋10、電機套11、電動機12、壓力艙外筒13、角度傳感器14、聯軸器15、T型減速器16、第一齒形帶輪17，齒形帶18、第二齒形帶輪20、輸出軸21、可調偏心塊19、軸承22、支撐架23、壓力艙下端蓋24組成；壓力倉上端蓋10通過螺釘與壓力倉外筒13通過O型密封圈連接並密封，壓力倉下端蓋24通過螺釘與壓力倉外筒13通過O型密封圈連接並密封，電機套11通過螺釘與壓力倉上端蓋10連接，電動機12嵌套在電機套11內，電動機12的輸出軸通過聯軸器15與T型減速器16的輸入軸連接，T型減速器16通過嵌套及螺釘固定在支撐架23上，T型減速器16的輸出軸通過平鍵與第一齒形帶輪17連接，第一齒形帶輪17通過齒形帶18與第二齒形帶輪20連接，第二齒形帶輪20通過平鍵與輸出軸21連接，輸出軸21通過平鍵與可調偏心塊19連接，輸出軸21通過軸承22及其他軸承固定在支撐架23上，輸出軸21可通過軸承在支撐架23上轉動，支撐架23通過螺釘固定在壓力倉下端蓋24上，角度傳感器14通過螺釘固定在電機套11上。
[0041]上述的各部件都是有國家標準的常用零件；除了輸出軸21，其餘的如聯軸器15、偏心塊19、第一齒形帶輪17、第二齒形帶輪20等，都是形狀對稱零件。角度傳感器14市場上可以購到就兩種，一種是裸晶片的一種是有包裝的。
[0042]所述取樣筒裝置C由外管25、單向閥26、襯筒27、爪簧31和切削頭33組成；襯筒27嵌套在外管25內，單向閥26固定在襯筒27的上端並與外管25上的孔連接，切削頭33通過螺紋連接在外管25下端，爪簧31及襯筒27通過外管25與切削頭33之間的槽固定。
[0043]參見圖5，所述反扭裝置D由滾輪28、銷釘29，滑動筒30、定位針35、鉸鏈32，反扭部件38組成；滾輪28通過銷釘29連接到滑動筒30上，使滑動筒30能在外管25上沿軸向無扭轉自由滑動，反扭部件38通過鉸鏈32與滑動筒30連接，反扭部件38能通過鉸鏈32與滑動筒30產生相對扭轉，滑動筒30上焊接定位針35，能保證反扭部件38與滑動筒30相對扭轉過程中不會與定位針35幹涉，以便同時完成滑動筒30與外管25間的無扭轉滑動運動以及反扭部件38與滑動筒30間的旋轉運動。
[0044]實施例3
[0045]一種具有反扭功能的振動衝擊式小直徑深海沉積物取樣器，其中反扭部件38為沉入式，切入式或綜合式，如圖7，圖8和圖9所示；沉入式反扭部件的末端，即連杆末端添加一個具有設計質量的重塊，通過重塊的質量以及連杆的長度所產生的靜慣性矩來實現反扭功能；切入式反扭部件通過將反扭部件設置為片狀，通過切入沉積物層產生阻力來實現反扭功能；綜合式反扭部件是前兩種的結合，即既具有重塊，又將重塊設置為片狀，使其通過反扭部件產生的靜慣性矩及切入沉積物層產生的阻力來實現反扭功能。
【權利要求】
1.一種具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器，由包括吊放測力裝置(A)和取樣筒裝置(C)組成，其特徵是，組成還有振動衝擊裝置(B)和反扭裝置(D);所述吊放測力裝置(A)和所述振動衝擊裝置(B)由鉸鏈杆(9)連接，所述振動衝擊裝置(B)和所述取樣筒裝置(C)由螺釘連接，所述取樣筒裝置(C)和所述反扭裝置(D)由滑動筒(30)連接； 所述振動衝擊裝置(B)由壓力艙上端蓋(10)、電機套(11)、電動機(12)、壓力艙外筒(13)、角度傳感器(14)、聯軸器(15)、T型減速器(16)、第一齒形帶輪(17)、齒形帶(18)、第二齒形帶輪(20)、輸出軸(21)、可調偏心塊(19)、軸承(22)、支撐架(23)和壓力艙下端蓋(24)組成；所述壓力倉上端蓋(10)通過螺釘與所述壓力倉外筒(13)通過O型密封圈連接並密封，所述壓力倉下端蓋(24)通過螺釘與所述壓力倉外筒(13)通過O型密封圈連接並密封，所述電機套(11)通過螺釘與所述壓力倉上端蓋(10)連接，所述電動機(12)嵌套在所述電機套(11)內，所述電動機(12)的輸出軸通過所述聯軸器(15)與所述T型減速器(16)的輸入軸連接，所述T型減速器(16)通過嵌套及螺釘固定在所述支撐架(23)上，所述T型減速器(16)的輸出軸通過平鍵與所述第一齒形帶輪(17)連接，所述第一齒形帶輪(17)通過所述齒形帶(18)與所述第二齒形帶輪(20)連接，所述第二齒形帶輪(20)通過平鍵與所述輸出軸(21)連接，所述輸出軸(21)通過平鍵與所述可調偏心塊(19 )連接，所述輸出軸(21)通過所述軸承(22)及其他軸承固定在所述支撐架(23)上，所述輸出軸(21)可通過軸承在所述支撐架(23 )上轉動，並帶動所述可調偏心塊(19 )旋轉，所述支撐架(23 )通過螺釘固定在所述壓力倉下端蓋(24)上，所述角度傳感器(14)通過螺釘固定在所述電機套(11)上； 所述反扭裝置(D )由滾輪(28 )、銷釘(29 )、滑動筒(30 )、定位針(35 )、鉸鏈(32 )和反扭部件(38)組成；所述滾輪(28)通過所述銷釘(29)連接到所述滑動筒(30)上，使所述滑動筒(30 )能在外管(25 )上沿軸向無扭轉自由滑動，所述反扭部件(38 )通過所述鉸鏈(32 )與所述滑動筒(30 )連接，所述反扭部件(38 )能通過所述鉸鏈(32 )與所述滑動筒(30 )產生環繞所述鉸鏈(32)的相對扭轉，·所述滑動筒(30)上焊接所述定位針(35)，能保證所述反扭部件(38 )與所述滑動筒(30 )相對旋轉過程中不會與所述定位針(35 )幹涉，以便同時完成所述滑動筒(30)與所述外管(25)間的無扭轉滑動運動以及所述反扭部件(38)與所述滑動筒(30)間的旋轉運動。
2.根據權利要求1所述的具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器，其特徵是，所述的吊放測力裝置(A)由鎧裝電纜(I)、承載端蓋(2)、接線器(3)、彈簧(4)、滑軌(5)、滑塊(6)、位移傳感器(7)和連接端蓋(8)組成；所述滑塊(6)上設有通孔和階梯孔，滑軌(5)穿過所述滑塊(6 )上的通孔並與所述承載端蓋(2 )及所述連接端蓋(8 )通過螺母連接，所述接線器(3)穿過所述滑塊(6)上的階梯孔與所述鎧裝電纜(I)連接；所述滑塊(6)與所述承載端蓋(2)之間裝有所述彈簧(4)，所述滑塊(6)與所述連接端蓋(8)間裝有位移傳感器(7)。
3.根據權利要求1所述的具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器，其特徵是，所述取樣筒裝置(C)由外管(25)、單向閥(26)、襯筒(27)、爪簧(31)和切削頭(33)組成；所述襯筒(27 )嵌套在所述外管(25 )內，所述單向閥(26 )固定在所述襯筒(27 )的上端並與所述外管(25)上的孔連接，所述切削頭(33)通過螺紋連接在所述外管(25)下端，所述爪簧(31)及所述襯筒(27)通過所述外管(25)與所述切削頭(33)之間的槽固定。
4.根據權利要求1~3所述的任一具有反扭功能的振動衝擊式深海沉積物取樣器，其特徵是，所述反扭部件(38)為沉入式、切入式或綜合式；沉入式反扭部件的末端，即連杆末端添加一個具有設計質量的重塊，通過重塊的質量以及連杆的長度所產生的靜慣性矩來實現反扭功能；切入式反扭部件通過將反扭部件設置為片狀，通過切入沉積物層產生阻力來實現反扭功能；綜合式反扭部件是前兩種的結合，即既具有重塊，又將重塊設置為片狀，使其通過反扭部件產生的靜慣性矩及·切入沉積物層產生的阻力來實現反扭功能。
【文檔編號】G01N1/02GK203643190SQ201320444147
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年7月24日 優先權日:2013年7月24日
【發明者】達拉拉伊·帕維爾, 宮達, 鄭治川, 張楠, 王如生, 曹品魯, 於達慧, 範曉鵬, 胡正毅, 楊成, 塞索耶夫·米哈伊爾, 洪嘉琳 申請人:吉林大學