[发明专利]深海沉积物重力柱状取样试验台及操作方法

权利要求书

1.一种深海沉积物重力柱状取样试验台，包括总机架、牵引机构总成、升降机构总成、连接装置、取样管总成、检测装置、缓冲装置、取样桶；其特征在于：

所述的总机架由上机架、下机架、角链接件及连接螺栓螺母组成，上、下机架在高度方向上设计为两级搭建的结构；

所述的牵引机构总成包括带刹车功能的绞车，驱动电机，上、下滑轮和上、下吊环，驱动电机的轴连接绞车的轴驱动绞车滚筒转动，绞车滚筒上缠绕有两段钢丝绳，两段钢丝绳均有一端固定在绞车滚筒上，两段钢丝绳中的上端绳头绕过上机架顶部的上滑轮与连接板上方的上吊环连接，两段钢丝绳中的下端绳头绕过上机架底部的下滑轮与连接板下方的下吊环连接，由两段钢丝绳形成环路，通过控制驱动电机的正、反转实现绞车的正、反转，通过钢丝绳牵引，达到滑块与连接板的上下移动；

所述的升降机构总成包括连接板、左右两个直线导轨和左右两个滑块，左右两个直线导轨通过螺栓分别固定于上机架左右两边，左右两滑块分别位于左右两个直线导轨中，两滑块之间用一块连接板通过螺钉连接为一个整体，连接板上方和下方通过螺栓分别设有上、下吊环，通过钢丝绳牵引，实现连接板与滑块在直线导轨中升降；

所述的连接装置设有两个电磁铁，电磁铁通过螺栓固定于连接板下方，通过控制电磁铁通电使电磁铁与下方的取样管总成吸合连接，或通过控制电磁铁断电释放开下方的取样管总成；

所述的取样管总成包括配重板、传感器安装板、套筒、电气保护盒、连接头、取样管、气体单向阀和刀头；配重板上方设有两个电磁铁连接槽，用于与连接装置的两个电磁铁连接，配重板与传感器安装板用螺栓连接，在传感器安装板与连接头之间通过四个两端带螺纹的套筒连接，在套筒中间安装有检测装置，在连接头中心安装有气体单向阀；

所述的检测装置设有倾角传感器和加速度传感器，通过所述的两种传感器自带的螺纹安装孔与连接头连接，并罩有电气保护盒，电气保护盒通过螺钉固定于连接头上，取样管通过上连接螺纹与连接头连接，取样管下端通过下连接螺纹与刀头连接，检测装置用于测量取样管在向下加速及贯入沉积物过程中的加速度的变化和与水平面的垂直度；

所述的缓冲装置包含安装板、缓冲套筒、压缩弹簧、导向支架和缓冲头，安装板一端设有螺栓孔，通过螺栓将安装板固定于下机架顶部上，安装板另一端安装缓冲套筒，缓冲套筒内装有压缩弹簧，压缩弹簧上方设有导向支架，导向支架顶部安装有缓冲头；在绞车的刹车失灵时，滑块与连接板落下，先触碰缓冲头并压缩弹簧，实现缓冲的效果；

所述的取样桶为盛放沉积物的桶，用于测量取样管贯入取样桶后沉积物的变形数据。

2.根据权利要求1所述的深海沉积物重力柱状取样试验台，其特征在于：所述的上、下机架均采用铝型材搭建，上机架尺寸小跨度小，下机架尺寸大跨度大。

3.根据权利要求1所述的深海沉积物重力柱状取样试验台，其特征在于：所述的牵引机构总成和升降机构总成通过钢丝绳与上、下滑轮连接成一个闭合环路，通过驱动电机正转带动滑块与取样管向下运动并达到大于重力加速度g的加速度，通过驱动电机反转带动滑块与取样管向上运动上升回到初始位置。

4.根据权利要求1所述的深海沉积物重力柱状取样试验台，其特征在于：所述的连接装置采用两个电磁铁通电或断电的方式实现与取样管的连接或断开，通过试验台外设的上位机所设定的加速时间来远程控制电磁铁通、断电的精确时间点。

5.一种使用权利要求1所述的深海沉积物重力柱状取样试验台进行贯入试验的操作方法，其特征在于，按如下步骤操作：

步骤一：先确定取样管贯入试验设定的取样管贯入沉积物中的初始速度，根据设定的取样管贯入的初始速度，计算出驱动电机驱动取样管向下加速时电磁铁及驱动电机的断电时间点，通过外设的上位机设置好电磁铁的断电时间以及驱动电机断电和绞车同步刹车的时间点；

步骤二：在初始状态下，根据上位机按所设定的加速时间来远程控制电磁铁通、断电的精确时间点控制电磁铁通电，吸合住取样管，及通过驱动电机驱动绞车转动，将连接板提升至最高点，使取样管悬挂在连接板下方；

步骤三：开启驱动电机驱动绞车滚筒高速旋转，直线导轨上的滑块和连接板带动取样管以超过重力加速度g的加速度向下，到达设定的断电时点，控制电磁铁与驱动电机同步断电，电磁铁磁力消失，绞车刹车功能启动，滑块及连接板减速，取样管在重力作用下自由下落，贯入取样桶的沉积物中；

步骤四：放下连接板，直到电磁铁贴合到配重板上的两个电磁铁连接槽中，然后给电磁铁上电，电磁铁吸住取样管，驱动电机驱动绞车，将连接板及取样管提升至初始位置，准备下一次贯入试验；

步骤五：分析检测装置中两传感器测得的测量数据，及测量取样桶中沉积物的变形数据，进行数据分析。