[發明專利]一種電磁調頻式孔底錘擊薄壁低阻取土器

有效

• 申請號: 201610609557.4
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN106087936B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 馮淑珍;李作奇;蔣偉;韓宜康
• 申請（專利權）人: 南京鐵道職業技術學院
• 主分類號: E02D1/04
• 分類號: E02D1/04
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙)31290
• 代理人: 葉鳳

技術領域

本發明屬于地質工程、巖土工程技術領域，尤其是涉及一種電磁調頻式孔底錘擊薄壁低阻取土器。

背景技術

工程鉆探過程中常常涉及原狀土樣采集，原有薄壁取土器錘擊裝置通常設置在地表以上，通過鉆桿傳力到底部從而將取土器擊入土中。然而，原有方法在傳力過程中會使鉆桿產生大幅振動與扭曲，這個過程會對取得的原狀土產生很大擾動。前人通過工程經驗總結創造出數種機械式孔內錘擊器，可以大大減小錘擊力傳遞對試樣產生的擾動。如，最接近現有技術，中國實用新型專利于2012年10月24日公開的《一種孔內捶擊采取濕陷黃土原狀樣品的裝置》，由于鉆機的升降裝置的鋼絲繩通過提引繩將沖錘提升一定高度，然后釋放沖錘，沖錘在護筒內自由下落，沖擊錘墊和取土器完成貫入取樣。然而，該已有發明均采用重錘機械提拉式掘進方式，該種方式重錘與采集器之間采用不完全封閉結構，當遇到較高地下水壓力時水浮力作用將大大減小有效錘擊力度，同時牽引繩常常存在變形滯后效應，很難保證錘擊頻率。

另外，由于取土器外側壁較長，在拔出過程中外壁與周邊土體之間會產生很大摩擦力使其難以移動。外力施加大小和頻率具有偶然性，擾動大，取土動作不精細，采集到的土樣失效。因此，砂性土原狀樣采集設備亟待開發與改進。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述技術缺陷而提供的一種電磁調頻式孔底錘擊薄壁低阻取土器。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種電磁調頻式孔底錘擊薄壁低阻取土器，包括薄壁低阻取土器、電磁調頻錘擊器、進尺及壓力傳感器、導線和地表控制器。

薄壁低阻取土器與電磁調頻錘擊器之間通過螺紋接口連接。

所述的電磁調頻錘擊器包括超導線圈、永磁錘、減震膠墊、排泄孔和螺紋接口。

超導線圈設置在永磁錘中心，可以通過改變定向電流(正/負電流)產生雙向磁場；

永磁錘位于錘擊點頂部位置，永磁錘由環狀永磁鐵構成，并被密閉在電磁調頻錘擊器內部環狀空腔內，在超導線圈產生磁場的作用下可以發生上升或下降運動；

減震膠墊安裝于永磁錘底部，覆蓋于整個錘擊接觸面，用于減小永磁錘下落產生的錘擊振動；

通過開設排泄孔使得電磁調頻錘擊器內部與薄壁低阻取土器直接連通，用于排出薄壁低阻取土器內部空氣或水。

電磁調頻錘擊器、進尺及壓力傳感器分別通過導線與地表控制器連接。

所述的進尺及壓力傳感器用于測量取土器進尺速率和掘進力，分別獲得參數V，F。

所述電磁調頻錘擊器包括電流控制模塊，電磁調頻錘擊器通過該電流控制模塊與市電連接，用于控制超導線圈中通電電流。

所述地表控制器包括作業控制軟件模塊，該作業控制軟件模塊的輸入與進尺及壓力傳感器輸出連接，其輸出與電磁調頻錘擊器電流控制模塊輸入連接由此根據采集得到的V、F實時根據掘進土層環境高精度調控電磁調頻錘擊器中超導線圈電流大小i和電流方向轉換頻率f，從而可以獲得最佳低擾動原狀土樣。

所述的薄壁低阻取土器包括減阻凹槽和螺紋接口，減阻凹槽主要用于減小取土器與周邊土體摩擦力。

本發明裝置還可以包括旋轉吊環，用于連接外部鋼絲繩，作業前用鋼絲繩將本發明裝置吊至鉆孔孔底。

具體實施中，共有3中掘進方式可供選擇：

1、全伺服掘進操作如下：首先選定勘探地點，將本發明用鋼絲繩吊至鉆孔孔底(鋼絲繩連接本發明裝置中的旋轉吊環)，在地表控制器內設定目標土樣基本類型，利用地表控制器開啟底部電磁調頻錘擊器進行試掘進，通過取土器進尺速率V_ori和掘進力F_ori及所采土樣軟硬、松散程度自動調節超導線圈電流大小i及電流方向轉換頻率f，從而控制永磁錘錘擊力度及頻率，最終在永磁錘的不斷錘擊作用下將薄壁低阻取土器擊入土中，從而可以獲得最佳低擾動原狀土樣。

所述地表控制器數學式表征為

式中：V表示進尺速率；F表示掘進力；i表示輸出電流；f表示電流正負轉換頻率；i_ori，f_ori表示前一次錘擊輸出電流和電流正負裝換頻率；ξ為土樣基本類型，其中包括兩個區間取值，即V_ξ＝[a，b]，F_ξ＝[c，d]，其中V_ξmax＝b；V_ξmin＝a；F_ξmax＝d；F_ξmin＝c，其中a，b，c，d為經驗常數根據不同土性預先設定在軟件中。