專利名稱：管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鉆探技術(shù)，尤其是指一種海底土體原位靜動態(tài)探測技術(shù)錐探設(shè)備中的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)。
背景技術(shù)：
海底土體原位靜動態(tài)探測技術(shù)是用于調(diào)查海底土體的工程物理力學(xué)性質(zhì)的一項重要手段，其基本工作原理是將探測頭(簡稱CPT)以一定的速度壓入土層中，有探測頭測出壓入過程中的錐尖阻力、側(cè)壁摩擦力和孔隙水壓力，由此計算出土體的工程力學(xué)特性。傳統(tǒng)的探測技術(shù)中探測頭的壓入力和對壓入速度的控制只能在地表進行，對土體的有效探測深度也被限制在15米以內(nèi)，不能滿足深部土體探測的需要；由于海水及海上波浪的影響，傳統(tǒng)的探測技術(shù)更不能滿足對海底土體探測的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于設(shè)計一種管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，利用這種機構(gòu)，可以方便地對海底土體進行原位靜動態(tài)探測。
按照本實用新型所提供的設(shè)計方案，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)包括動力源、鎖緊裝置、懸掛裝置及鉆具機構(gòu)，其特征是整個錐探機構(gòu)的外形呈管狀，動力源、鎖緊裝置、懸掛裝置及掃孔鉆頭被安裝在管狀鉆管內(nèi)。
在鎖緊裝置與懸掛裝置之間的管狀空間內(nèi)安裝電液測控集成及伺服油缸，在懸掛裝置的右側(cè)安裝掃孔鉆頭中的探桿及其錐探頭。
在動力源中，電動機的輸出端連接油泵，油泵的出口與油箱連接，在油箱內(nèi)有浮動平衡活塞，油箱的另一端與提升連接機構(gòu)連接。在油箱與油泵間有連接座。
在鎖緊裝置中，帶有斜面的心軸與鎖緊油缸的活塞桿連接，鎖緊接頭的兩端分別與管狀鉆管連接，在鎖緊接頭的內(nèi)壁設(shè)置卡瓦，在卡瓦上設(shè)置可以與心軸上的斜面吻合的斜面。在鎖緊油缸的端部連接用于定位卡瓦的卡瓦座。
在懸掛裝置中，懸掛接頭的兩端分別與管狀鉆管連接，在懸掛架內(nèi)設(shè)置可以移動的凸塊軸，在懸掛架上鉸接懸掛鉤，在懸掛鉤的中部與懸掛架的右端之間連接復(fù)位彈簧，在懸掛鉤的左端設(shè)置掛鉤，在管狀鉆管的內(nèi)壁設(shè)置可以被該掛鉤勾住的定位凸臺，在懸掛架設(shè)置擴張彈簧。
本實用新型可提高鉆機的鉆孔掃孔深度能力，可以實現(xiàn)對更深部土體地層進行靜動態(tài)探測。從而擴大了靜動態(tài)探測技術(shù)的應(yīng)用范圍。


圖1為管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為動力源結(jié)構(gòu)圖。
圖3為懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖4為鎖緊裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
如圖1所示鉆孔掃孔鉆具8包括動力源1、鎖緊裝置2、懸掛裝置5及鉆具機構(gòu)，整個錐探機構(gòu)的外形呈管狀，動力源1、鎖緊裝置2、懸掛裝置5及掃孔鉆頭被安裝在管狀鉆管39內(nèi)。在鎖緊裝置2與懸掛裝置5之間的管狀空間內(nèi)安裝電液測控集成3及伺服油缸4，在懸掛裝置5的右側(cè)安裝掃孔鉆頭中的探桿6及其錐探頭7。其中，動力源1為伺服油缸4和鎖緊裝置2提供動力；鎖緊裝置2使錐探機構(gòu)相對于鉆桿內(nèi)孔壁軸向定位；懸掛裝置5為到位定位限制元件。懸掛裝置5上的掛鉤在彈簧力的作用下自動懸掛在鉆孔掃孔鉆具的懸掛接頭上；鎖緊裝置2上的卡瓦在鎖緊油缸的推力下經(jīng)斜面增力將其定位鎖緊在鉆孔掃孔鉆具的鎖緊接頭上；電液測控集成3密閉在管式密封罐中，通過水密接頭與其他執(zhí)行元件連接，對各執(zhí)行元件的動作進行測控，指令液壓控制閥控制伺服油缸4和鎖緊裝置2動作，并將測控數(shù)字信號傳輸?shù)姐@機控制計算機。
在動力源1中，電動機16的輸出端連接油泵15，油泵15的出口與油箱13連接，在油箱13內(nèi)有浮動平衡活塞12，油箱13的另一端與提升連接機構(gòu)11連接。在油箱13與油泵15間有連接座14。動力源1為伺服油缸4和鎖緊裝置2提供動力；油箱13為管狀密封容器，左端設(shè)有提升連接裝置11和浮動平衡活塞12，右端經(jīng)連接座14與油泵15及潛海水電機16相聯(lián)接。浮動平衡活塞用于平衡油箱內(nèi)油液與油箱外海水之間的壓力差。
電液測控集成3是機構(gòu)的檢測和控制中樞，包括壓力傳感器、位移傳感器、接近傳感器、486芯片和集成控制電路板等組成的電子測控裝置以及電磁換向閥和電磁比例調(diào)速閥等元件。所有元件集中設(shè)置在管式密封室中，密封室的上端與鎖緊裝置相連接，下端與伺服油缸相連接，在密封室的上下兩端設(shè)置有密封接頭作為檢測和控制線路的通道。
伺服油缸4是管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的主要執(zhí)行機構(gòu)，為探桿6和錐探頭7提供必需的推進力和推進速度。在伺服油缸4內(nèi)裝置有磁致伸縮式線性位移傳感器，能準(zhǔn)確地測量出活塞桿的移動量，亞且以數(shù)字方式傳輸?shù)诫娮訙y控裝置，電子測控裝置根據(jù)檢測到的油缸推進速度，調(diào)節(jié)控制電磁比例調(diào)速閥供給油缸的油量及壓力，從而達到控制錐探頭7的推進速度。
在鎖緊裝置2中，帶有斜面的心軸34與鎖緊油缸33的活塞桿連接，鎖緊接頭36的兩端分別與管狀鉆管39連接，在鎖緊接頭36的內(nèi)壁設(shè)置卡瓦31，在卡瓦31上設(shè)置可以與心軸34上的斜面吻合的斜面，在鎖緊油缸33的端部連接用于定位卡瓦31的卡瓦座32。鎖緊裝置2的左側(cè)與動力源1相連接，右端經(jīng)接頭室35與電液測控集成3的管式密封室相連接?？ㄍ?1與心軸34之間具有斜面增力效果，鎖緊油缸33在壓力油作用下，推動卡瓦31伸縮。當(dāng)卡瓦31卡緊在鉆孔掃孔鉆具8的鎖緊接頭36上時，可以實現(xiàn)管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)總成的鎖緊定位。
在懸掛裝置5中，懸掛接頭26的兩端分別與管狀鉆管連接，在懸掛架22內(nèi)設(shè)置可以移動的凸塊軸23，在懸掛架22上鉸接懸掛鉤21，在懸掛鉤21的中部與懸掛架22的右端之間連接復(fù)位彈簧25，在懸掛鉤21的左端設(shè)置掛鉤38，在管狀鉆管39的內(nèi)壁設(shè)置可以被該掛鉤勾住的定位凸臺37，在懸掛架22設(shè)置擴張彈簧24。懸掛裝置5的左側(cè)與伺服油缸4的活塞桿相連接，下部與探桿6相連接。懸掛鉤21在擴張彈簧24的作用下，能自動張開懸掛在鉆孔掃孔鉆具8的懸掛接頭26上實現(xiàn)懸掛定位。
鉆孔掃孔鉆具8包括若干根鉆管39，一個或多個懸掛裝置5和鎖緊裝置2以及一個掃孔鉆頭。鎖緊裝置2的左端與鉆桿相連接，鎖緊裝置2、懸掛裝置5以及掃孔鉆頭之間用鉆管相連接，掃孔鉆頭接在鉆孔掃孔鉆具的最右端。鉆孔掃孔鉆具8可實現(xiàn)對已探測地層進行鉆孔掃孔作業(yè)；在進行錐探探測時，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的懸掛裝置2和鎖緊裝置5分別作用在懸掛接頭26和鎖緊接頭36上，實現(xiàn)懸掛與鎖緊定位，為錐探探測提供作用反力。
本實用新型將所有零部件都設(shè)計成柱狀結(jié)構(gòu)，安裝于管狀的鉆管內(nèi)，通過升降絞車和鎧裝承載電纜提拉，由鉆桿內(nèi)孔中下放至海底鉆孔掃孔鉆具8內(nèi)并自動定位鎖緊，經(jīng)船載鉆機機臺計算機控制伺服油缸4工作，使錐探桿6及錐探頭7按一定的速度錐進，對海底(孔底)土體實行靜動態(tài)探測。
當(dāng)伺服油缸完成一次推進行程后，懸掛裝置5又能在鉆孔掃孔鉆具8的下一個懸掛接頭位置再次自動懸掛定位，電液測控集成3控制伺服油缸4自動復(fù)位并且繼續(xù)進行下一個推進行程的錐探作業(yè)。如此實現(xiàn)在一個鉆孔掃孔作業(yè)回次進行連續(xù)多次錐探探測，提高了錐探探測的效率。
采用管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)為主要組成部分的探測技術(shù)后，不僅能滿足對深部土體探測的需要，也能實現(xiàn)在海上對海底土體進行探測。其工作原理為船載鉆機通過鉆桿連接鉆孔掃孔鉆具，可實現(xiàn)對已探測地層進行鉆孔掃孔作業(yè)；當(dāng)鉆孔掃孔作業(yè)完成后，用升降絞車和鎧裝承載電纜提拉將管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)總成從鉆桿內(nèi)孔中放入，在到達鉆孔掃孔鉆具的預(yù)定位置后，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的懸掛裝置能自動懸掛在鉆孔掃孔鉆具上，再有鎖緊裝置鎖緊使管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)總成相對于鉆桿內(nèi)壁軸向定位。
啟動鉆機計算機控制后，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的電子測控裝置控制液壓控制閥，使液壓推進裝置動作，驅(qū)動錐探桿及錐探頭，以一定的推進速度進行錐探作業(yè)；管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)產(chǎn)生的錐探推進反力則通過定位鎖緊裝置傳遞給鉆桿，由鉆桿柱及夾持它的海底基座來加以平衡。
錐探頭的推進速度由管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的電子測控裝置實時進行檢測和控制，通過自動調(diào)整壓力油的流量和壓力來獲得穩(wěn)定的推進速度；錐探頭獲得的錐探數(shù)據(jù)則經(jīng)鎧裝電纜傳輸?shù)姐@機計算機進行處理和儲存，從而達到探明海底土體物理力學(xué)性能的目的。
當(dāng)要探測更深部土體地層時，首先用升降絞車和鎧裝承載電纜提拉將管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)總成從鉆桿內(nèi)孔中提出，開動鉆機，利用鉆孔掃孔鉆具8將已經(jīng)探測的地層段鉆掃掉，然后再用升降絞車和鎧裝承載電纜提拉將管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)總成從鉆桿內(nèi)孔中放入進行下一回次的錐探作業(yè)。
如在鉆孔掃孔鉆具8中設(shè)置多個定位接頭和懸掛接頭，則可實現(xiàn)在一個鉆孔掃孔作業(yè)回次進行多級錐探探測作業(yè)。即當(dāng)伺服油缸完成一次推進行程后，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)的定位裝置恰好到達鉆孔掃孔鉆具8的下一個懸掛接頭位置，并且自動進行定位，船上鉆機計算機指令電子控制裝置使伺服油缸復(fù)位，伺服油缸復(fù)位后鎖緊裝置到達鉆孔掃孔鉆具的下一個鎖緊接頭位置并且自動鎖緊定位，緊接著對土體地層進行第二次推進探測。如此可以反復(fù)進行多次探測，達到使用較短行程的伺服油缸來獲得較長探測深度的目的，提高探測工作的效率。
權(quán)利要求1.管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，包括動力源(1)、鎖緊裝置(2)、懸掛裝置(5)及鉆具機構(gòu)，其特征是整個錐探機構(gòu)的外形呈管狀，動力源(1)、鎖緊裝置(2)、懸掛裝置(5)及掃孔鉆頭被安裝在管狀鉆管(39)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在鎖緊裝置(2)與懸掛裝置(5)之間的管狀空間內(nèi)安裝電液測控集成(3)及伺服油缸(4)，在懸掛裝置(5)的右側(cè)安裝掃孔鉆頭中的探桿(6)及其錐探頭(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在動力源(1)中，電動機(16)的輸出端連接油泵(15)，油泵(15)的出口與油箱(13)連接，在油箱(13)內(nèi)有浮動平衡活塞(12)，油箱(13)的另一端與提升連接機構(gòu)(11)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在油箱(13)與油泵(15)間有連接座(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在鎖緊裝置(2)中，帶有斜面的心軸(34)與鎖緊油缸(33)的活塞桿連接，鎖緊接頭(36)的兩端分別與管狀鉆管(39)連接，在鎖緊接頭(36)的內(nèi)壁設(shè)置卡瓦(31)，在卡瓦(31)上設(shè)置可以與心軸(34)上的斜面吻合的斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在鎖緊油缸(33)的端部連接用于定位卡瓦(31)的卡瓦座(32)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)，其特征是在懸掛裝置中，懸掛接頭(26)的兩端分別與管狀鉆管連接，在懸掛架(22)內(nèi)設(shè)置可以移動的凸塊軸(23)，在懸掛架(22)上鉸接懸掛鉤(21)，在懸掛鉤(21)的中部與懸掛架(22)的右端之間連接復(fù)位彈簧(25)，在懸掛鉤(21)的左端設(shè)置掛鉤(38)，在管狀鉆管(39)的內(nèi)壁設(shè)置可以被該掛鉤勾住的定位凸臺(37)，在懸掛架(22)設(shè)置擴張彈簧(24)。
專利摘要本實用新型涉及鉆探技術(shù)，尤其是指一種海底土體原位靜動態(tài)探測技術(shù)錐探設(shè)備中的管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)。按照本實用新型所提供的設(shè)計方案，管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)包括動力源、鎖緊裝置、懸掛裝置及鉆具機構(gòu)，其特征是整個錐探機構(gòu)的外形呈管狀，動力源、鎖緊裝置、懸掛裝置及掃孔鉆頭被安裝在管狀鉆管內(nèi)。應(yīng)用該機構(gòu)將錐探探測設(shè)備設(shè)計成柱狀結(jié)構(gòu)，由升降絞車和鎧裝承載電纜提拉通過鉆桿內(nèi)孔下放至海底鉆孔掃孔鉆具內(nèi)，經(jīng)船載鉆機機臺計算機控制管內(nèi)內(nèi)置式錐探機構(gòu)工作，推動錐探探頭按一定的速度錐進，實現(xiàn)對海底土體進行原位靜動態(tài)探測。
文檔編號G01N33/00GK2752756SQ20042005419
公開日2006年1月18日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者石要紅, 朱國平, 王德龍, 關(guān)彪 申請人:無錫市雙帆鉆鑿設(shè)備有限公司, 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局