[发明专利]一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具及制备方法

说明书

本发明公开了一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具及制备方法，包括依次连接的公接头、杆体和母接头，且公接头、杆体和母接头的外壁组成圆柱形钻具外壁，在钻具外壁上设有连续沟槽将钻具外壁分隔成多个有序排布的相同规则块以能破坏钻具与土壤接触界面的水膜连续性，进而减小钻具的实际接触土壤面积降低土壤粘附力，且在钻具外壁上涂覆有超疏水涂层以提高钻具表面抗粘附能力。本发明基于仿生学原理，通过“仿生非光滑表面降阻+超疏水涂层减粘”耦合作用，破坏与土壤接触界面的水膜连续性，减小钻具的实际触土面积，降低土壤对钻具表面的粘附力，提高土壤钻进效率和质量，降低功耗。

技术领域

本发明属于土壤钻探技术领域，涉及一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具及制备方法。

背景技术

随着环境科学发展和人们对环境保护的日益重视，土壤环境问题越来越受到人们的关注。为了更好地支撑生态文明建设，打好污染防治攻坚战，国家对土壤环境调查和保护职能提出了新要求，为此需要开展土壤环境调查工作，而土壤钻进取样是土壤环境调查不可或缺的技术方法。

土壤钻进取样中，为了减少冲洗液对土壤的污染与扰动，一般采用无冲洗液循环钻进工艺，常用的钻进工艺有：直推静压钻进、螺旋钻进、声频振动钻进、冲击钻进。这些钻进工艺在施工过程中，存在的最大问题就是土壤粘附钻具，造成钻进效率较低、功耗大。

土壤钻进过程中，在压力作用下，钻具与土体直接接触，钻具首先给接触土体一个挤压力，土壤受到钻具挤压后产生变形，土壤空隙水被挤出，在接触截面再分布形成很薄的水膜，水膜的表面张力就形成了土壤与钻具的粘附力，造成大量的土壤粘附在钻具表面；随后，在快速拉脱力的作用下粘附界面的水分来不及反向流动，从而造成局部负压，使钻具与土壤产生真空吸附造成钻进功耗大，钻进质量差、效率低。由于以上两种形式的粘附作用的影响，土壤钻进的质量、效率和进尺深度都受到了很大影响。因此，如果能有效地降低土壤与钻具的粘附力，分析土壤粘附问题，设计一种具有减粘脱附能力的钻具，必将大大提高钻进施工速度和质量，具有重要的理论意义和实用价值。

为此，本发明鉴于上述使用工况和技术现状，研究设计出了一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具，以克服上述缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了提供一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具及制备方法，以解决上述不足。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种土壤钻进用减粘脱附仿生钻具，包括依次连接的公接头、杆体和母接头，且公接头、杆体和母接头的外壁组成圆柱形钻具外壁，在钻具外壁上设有连续沟槽将钻具外壁分隔成多个有序排布的相同规则块以能破坏钻具与土壤接触界面的水膜连续性，进而减小钻具的实际接触土壤面积降低土壤粘附力，且在钻具外壁上涂覆有超疏水涂层以提高钻具表面抗粘附能力。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述规则块的外接圆半径为6-15mm，连续沟槽的槽宽为0.5-3mm，连续沟槽的槽深为1-2mm。

具体的，所述连续沟槽由多个顺时针螺旋槽和多个逆时针螺旋槽相交得到，顺时针螺距和逆时针螺旋槽的螺距相同且均为220mm，顺时针螺旋槽和逆时针螺旋槽的槽宽均为2mm，槽深均为2mm；顺时针螺旋槽和逆时针螺旋槽将钻具分隔成的规则块为四边形结构，且该四边形结构的外接圆半径为12mm。

具体的，所述连续沟槽将钻具分隔成的规则块为六边形结构，且该六边形结构的外接圆半径为10mm；该连续沟槽的槽宽为2mm，槽深为2mm。

具体的，所述六边形结构的规则块沿轴向依次排布，并在周向均布。

具体的，公接头与杆体之间以及母接头与杆体之间均通过摩擦焊接连接，公接头、杆体和母接头内部设有轴向贯通的中心孔。