一种可自行上浮式静力触探装置

1.本实用新型涉及土木工程勘测设备技术领域，具体涉及一种可自行上浮式静力触探装置。


背景技术：

2.在国家海洋强国的背景下，国家大力发展海洋经济、海洋科研，各类海洋工程的建设迫在眉睫，由于海洋地基环境的复杂性，海洋工程在设计和施工前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察工作，对海洋岩土进行分析，一般通过表层重力式取样、钻探取样、原位测试等手段，探测海底近表层沉积地层的结构特征，获取海底岩土的工程地质（包括物理、力学）性质，为海洋工程建设服务。
3.目前采用的全自动触探装置，在触探过程中因自身配重不足，会将整个装置顶起，导致触探效率低且触探结果不准确，若单纯增加配重块，工作完成后上浮时所需功耗将大幅度增加，且在触探过程中，由于海床凹凸不平，目前采用的全自动触探装置难以保持竖直贯入，因此在海洋软土触探中急需一种新型装置，来实现保持触探稳定性及贯入竖直，并实现高效上浮，以提高触探效率和精度，从而推动海洋岩土工程的发展。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的问题，本实用新型提出了一种可自行上浮式静力触探装置，包括探杆箱，探杆箱内设有探杆和探杆推动装置，探杆箱底部设有探头体，探杆一端与探杆推动装置连接，探杆另一端与探头体连接，所述探杆箱外侧设有配重上浮装置、调平机构和电源，配重上浮装置包括水箱、抽水机和小型电源，水箱上设有注水口和出水口，抽水机设置在出水口处，抽水机与小型电源连接，电源分别与配重上浮装置、调平机构以及探杆箱电连接。
5.优选的，所述配重上浮装置有两个，两个配重上浮装置分别设置在探杆箱的两侧，两个配重上浮装置中的水箱分别固定在探杆箱两侧的外壁上，所述调平机构设置在水箱远离探杆箱一侧的外壁上，调平机构有四个，四个调平机构两两分布于探杆箱的两侧。
6.优选的，所述出水口位于水箱底部，出水口通过管道与水箱连通，抽水机设置在出水口和水箱之间的管道上，抽水机抽水端通过管道与水箱连接，抽水机排水端通过管道与出水口连接。
7.优选的，所述水箱内部设有橡胶储水袋，橡胶储水袋一端与注水口连通，橡胶储水袋另一端与出水口连通。
8.优选的，所述水箱顶部设有辅助上浮装置，辅助上浮装置包括气罐和气球，气球位于气罐上方，气罐出气端通过输气通道分别与气球和水箱连接，气罐出气端设有开关，开关与电源连接。
9.优选的，所述调平机构包括底部开口的壳体、转轮以及加固杆，加固杆前侧外壁上沿长度方向设限位块，壳体内壁上沿竖向设有与限位块匹配的限位槽，加固杆通过限位块
与限位槽的匹配与壳体内壁滑动连接；
10.所述加固杆左、右两侧外壁上沿长度方向均设有齿条，转轮转动固定在壳体内，转轮与齿条相啮合，所述转轮有两个，两个转轮分别位于加固杆的左、右两侧；
11.所述转轮连接有驱动设备，驱动设备与电源连接。
12.优选的，所述壳体底部设有支撑底座，加固杆底端与支撑底8固定连接。
13.优选的，所述探杆箱上设有定位装置，定位装置与电源连接。
14.优选的，所述探杆箱底部设有环形倾角传感器，环形倾角传感器与电源连接。
15.本实用新型具有以下有益效果：
16.1、本实用新型能够增强水下触探时的稳定性，提高触探的精度和稳定性，且在触探结束后可以较快的完成上浮，上浮能耗低、效率高，解决了现有的触探设备在通过增加配重提高触探稳定性后难以实现快速上浮的问题。
17.2、本实用新型设有调平机构，可以使触探装置在凹凸不平的海床地形中，仍能够保证探头的竖直探入，提高触探的精度，也提高了触探的灵活性和广泛性。
18.3、本实用新型设置有位置信号发送装置，可快速确定触探装置的位置，提高了装置回收的效率和准确性，对全自动智能化海洋触探的发展起到了推动作用。
附图说明
19.图1为本实用新型整体结构示意图；
20.图2为本实用新型内部结构示意图；
21.图3为本实用新型辅助上浮装置结构示意图；
22.图4为本实用新型加固杆与壳体连接关系示意图。
23.图中标号：1-探杆箱、2-辅助上浮装置、201-气罐、202-支撑架、203-开关、204-高强度气球、205-上部通道、206-下部通道、3-定位装置、4-水箱、5-出水口、6-转轮、7-探头体、8-支撑底座、9-加固杆、91-限位块、10-抽水机、11-小型电源、12-注水口、13-电源、14-支撑架、15-环形倾角传感器、16-壳体、161-限位槽。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的技术方案、目的和优点更加清楚明白，以下结合附图说明和实施例，对本实用新型做进一步的描述，应当理解，所提供的的实施例仅仅为实现技术方案的一种方式，并不代表全部实施例，以本实施例为基础，本领域中的普通技术人员对本实用新型做出的任何没有创造性的实施例，都在本实用新型的保护范围内。
25.在本文中，“左、右、前”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。
26.结合附图1-4，一种可自行上浮式静力触探装置，包括探杆箱1，探杆箱1内设有探杆和探杆推动装置，探杆箱1底部设有探头体7，探杆一端与探杆推动装置连接，探杆另一端与探头体7连接，所述探杆箱1外侧设有配重上浮装置、调平机构和电源13，配重上浮装置包括水箱4、抽水机10和小型电源11，水箱4上设有注水口12和出水口5，抽水机10设置在出水口5处，抽水机10与小型电源11连接，电源13分别与配重上浮装置、调平机构以及探杆箱1电
连接。
27.具体的，所述配重上浮装置有两个，两个配重上浮装置分别设置在探杆箱1的两侧，两个配重上浮装置中的水箱4分别固定在探杆箱1两侧的外壁上，所述调平机构设置在水箱4远离探杆箱1一侧的外壁上，调平机构有四个，四个调平机构两两分布于探杆箱1的两侧。
28.具体的，所述出水口5位于水箱4底部，出水口5通过管道与水箱4连通，抽水机10设置在出水口5和水箱4之间的管道上，抽水机10抽水端通过管道与水箱4连接，抽水机10排水端通过管道与出水口5连接，触探工作开始前，从注水口12向水箱4内注满水，实现对触探装置的配重，使触探装置能够下沉到待勘测的海床上，触探结束后工作人员远程控制抽水机10开启，抽水机10启动抽取水箱4内部的水，并从出水口5将水排出，随着水箱4内的水排出后，触探装置减减失去配重效果，可在海水浮力作用下上浮，再具体的，抽水机10与出水口5之间设置有密封环，保证连接处的水密性，小型电源11可采用小型蓄电池，为抽水机10供电。
29.具体的，所述水箱4内部设有橡胶储水袋，橡胶储水袋为高强度橡胶储水袋，橡胶储水袋一端与注水口12连通，橡胶储水袋另一端与出水口5连通，水注入到橡胶储水袋内后，橡胶储水袋会膨胀，当进行排水时，橡胶储水袋由于自身的弹力会呈收缩趋势，从而会给橡胶储水袋内的水一个挤压力，设置橡胶储水袋可进一步加快水的排空效率。
30.具体的，所述水箱4顶部设有辅助上浮装置2，辅助上浮装置2包括气罐201和气球204，气球204位于气罐201上方，气球204为高强度气球，气罐201出气端通过输气通道分别与气球204和水箱4连接，气罐201出气端设有开关203，开关203与电源13连接。再具体的，气罐201与气球204之间的通道为上部通道205，气罐201与水箱4之间的通道为下部通道206，辅助上浮装置2可以带动触探装置上浮，提高上浮效率，触探工作结束后，工作人员远程控制开关203开启，使气罐201内的气体通过上部通道205输入到气球204内、通过下部通道206输入到水箱4内，气罐201内的气体输入到气球204内后，气球204会膨胀并开始上升，为触探装置提供上浮的动力，进一步的提高触探装置的上浮效率；气罐201内的气体输入到水箱4内后，可以给水箱4内的水一个压力，增加水箱4内的压强，使水箱内的水加快排出，从而能够降低抽水机10的工作负荷，降低上浮能耗，并加了快触探装置的上浮效率。
31.具体的，所述调平机构包括底部开口的壳体16、转轮6以及加固杆9，加固杆9前侧外壁上沿长度方向设限位块91，壳体16内壁上沿竖向设有与限位块91匹配的限位槽161，加固杆9通过限位块91与限位槽161的匹配与壳体16内壁滑动连接；
32.所述加固杆9左、右两侧外壁上沿长度方向均设有齿条，转轮6转动固定在壳体16内，转轮6与齿条相啮合，所述转轮6有两个，两个转轮6分别位于加固杆9的左、右两侧；
33.所述转轮6连接有驱动设备，驱动设备与电源13连接。需要调平时启动驱动设备，驱动设备可采用小型电机，由电机驱动转轮6转动，由于转轮6与加固杆9上的齿条相啮和，转轮6转动时能够驱动加固杆9沿限位槽161滑动，所述四个调平机构可以各自单独控制，可通过分别调节四个调平机构中的加固杆9伸出壳体16底部的长度来调整触探装置的水平程度，例如当触探装置在海床上呈左高右低的倾斜状态时，可启动右侧的调平机构中加固杆9的伸出长度，通过加固杆9支撑触探装置右侧升高，确保触探装置在任何海床地形中都能够呈水平状态，从而保证探头体7贯入时为竖直方向，提高触探精度。
34.具体的，所述壳体16底部设有支撑底座8，加固杆9底端与支撑底座8固定连接，加固杆9延伸出壳体16时带动支撑底座8移动，由支撑底座8作为调平机构与海床的接触点，支撑底座8可增大调平机构与海床的接触面积，避免加固杆9伸出时贯入海床中。
35.具体的，所述探杆箱1上设有定位装置3，定位装置3与电源13连接，定位装置3为位置信号发射器，当触探装置上浮至海面后，由定位装置3持续发射位置信息，使工作人员能够快速确定触探装置的所在位置，对触探装置进行回收打捞。
36.具体的，所述探杆箱1底部设有环形倾角传感器15，环形倾角传感器15与电源13连接，环形倾角传感器15用于检测出触探装置的倾斜状态，并读出触探装置的倾斜度，调平机构依据所检测的倾斜度来调整触探装置的水平位置，调平机构和环形倾角传感器15可同时连接一个用于信号处理的控制器，通过控制器接收处理环形倾角传感器15所检测的倾斜度数值，然后控制器根据倾斜度数给需要进行调节工作的调平机构下达指令，利用控制器接收处理信号以及发送指令为常规技术，在此不做赘述。
37.工作流程：在静力触探装置到达海域后，工作人员从注水口12将水箱4内装满水，触探装置沉入海底后，由环形倾角传感器15检测出触探装置的倾斜度，调平机构依据所检测的倾斜度来调整触探装置的水平位置，调平机构调平时由转轮6转动带动加固杆9竖向运动，从而实现对触探装置水平状态的调整，待环形倾角传感器15读数正常后，停止调整，此时探杆箱1内的探杆推动装置推动探杆下移，从而带动探头体7贯入海床土体进行精力触探，静力触探完成后，抽水机10开始工作，将水箱4内部的水经出水口5排出，同时打开气罐201的开关203，气罐201向气球204以及水箱4内输入气体，使气球204膨胀并加快水箱4内水的排出，待水箱4内部的水完全排空后，触探装置加快上浮，并且膨胀后的气球204为触探装置提供一个向上的力，进一步提高触探装置的上浮效率，当触探装置上浮至海面后，定位装置3持续发射位置信息，工作人员根据信号确定触探装置的所在位置，对触探装置进行回收打捞，完成触探工作。
38.以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本实用新型进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种可自行上浮式静力触探装置，包括探杆箱（1），探杆箱（1）内设有探杆和探杆推动装置，探杆箱（1）底部设有探头体（7），探杆一端与探杆推动装置连接，探杆另一端与探头体（7）连接，其特征在于：所述探杆箱（1）外侧设有配重上浮装置、调平机构和电源（13），配重上浮装置包括水箱（4）、抽水机（10）和小型电源（11），水箱（4）上设有注水口（12）和出水口（5），抽水机（10）设置在出水口（5）处，抽水机（10）与小型电源（11）连接，电源（13）分别与配重上浮装置、调平机构以及探杆箱（1）电连接。2.根据权利要求1所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述配重上浮装置有两个，两个配重上浮装置分别设置在探杆箱（1）的两侧，两个配重上浮装置中的水箱（4）分别固定在探杆箱（1）两侧的外壁上，所述调平机构设置在水箱（4）远离探杆箱（1）一侧的外壁上，调平机构有四个，四个调平机构两两分布于探杆箱（1）的两侧。3.根据权利要求1或2所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述出水口（5）位于水箱（4）底部，出水口（5）通过管道与水箱（4）连通，抽水机（10）设置在出水口（5）和水箱（4）之间的管道上，抽水机（10）抽水端通过管道与水箱（4）连接，抽水机（10）排水端通过管道与出水口（5）连接。4.根据权利要求1或2所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述水箱（4）内部设有橡胶储水袋，橡胶储水袋一端与注水口（12）连通，橡胶储水袋另一端与出水口（5）连通。5.根据权利要求1或2所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述水箱（4）顶部设有辅助上浮装置（2），辅助上浮装置（2）包括气罐（201）和气球（204），气球（204）位于气罐（201）上方，气罐（201）出气端通过输气通道分别与气球（204）和水箱（4）连接，气罐（201）出气端设有开关（203），开关（203）与电源（13）连接。6.根据权利要求1或2所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述调平机构包括底部开口的壳体（16）、转轮（6）以及加固杆（9），加固杆（9）前侧外壁上沿长度方向设限位块（91），壳体（16）内壁上沿竖向设有与限位块（91）匹配的限位槽（161），加固杆（9）通过限位块（91）与限位槽（161）的匹配与壳体（16）内壁滑动连接；所述加固杆（9）左、右两侧外壁上沿长度方向均设有齿条，转轮（6）转动固定在壳体（16）内，转轮（6）与齿条相啮合，所述转轮（6）有两个，两个转轮（6）分别位于加固杆（9）的左、右两侧；所述转轮（6）连接有驱动设备，驱动设备与电源（13）连接。7.根据权利要求6所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述壳体（16）底部设有支撑底座（8），加固杆（9）底端与支撑底座（8）固定连接。8.根据权利要求1所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述探杆箱（1）上设有定位装置（3），定位装置（3）与电源（13）连接。9.根据权利要求1所述的一种可自行上浮式静力触探装置，其特征在于：所述探杆箱（1）底部设有环形倾角传感器（15），环形倾角传感器（15）与电源（13）连接。

技术总结
本实用新型提出了一种可自行上浮式静力触探装置，包括探杆箱，探杆箱内设有探杆和探杆推动装置，探杆箱底部设有探头体，探杆一端与探杆推动装置连接，探杆另一端与探头体连接，所述探杆箱外侧设有配重上浮装置、调平机构和电源，配重上浮装置包括水箱、抽水机和小型电源，水箱上设有注水口和出水口，抽水机设置在出水口处，抽水机与小型电源连接，电源分别与配重上浮装置、调平机构以及探杆箱电连接。本实用新型能提高全自动静力触探装置探测时的稳定性、提高探测精度，帮助静力触探装置快速上浮，且能够进行定位，提高了勘探的效率，推动了海洋岩土工程的发展。推动了海洋岩土工程的发展。推动了海洋岩土工程的发展。


技术研发人员：程金凯 于森 臧燕 尹瑞莹 樊鸽 徐子裕 邢念文 闫明浩 范庆来
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/8/19