本方案属于地质勘探设备领域，具体涉及一种用于地质勘探的土质取样器。
背景技术：
“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。土质取样器，是指用于获取土壤样品的工具，常用的有土钻、铁锹和铁铲。土钻由硬质材料（钢或硬塑料）制成的钻头和手柄组成。钻头常为螺旋形或者筒形，螺旋形钻头的顶端是一对可以旋转切入土壤的锐利刀口，紧接着刀口有一个膨大的盛土空腔，随着手柄的旋转向下钻入土面，可将欲采集土层的土样导入空腔。现有的钻头取样时发热会比较严重，影响取样到土质的质量，很有可能会造成后期检测不准确并且持续的高温会对钻头的寿命有很大的影响。取样器的取样结构部分不能转动，不能对四周的土质都取到样，取样比较单一，也有可能造成后期的检测工作不准确。
现有申请号为cn201811103344.x的中国发明专利公开了一种便捷式地质勘探取样方法，此方法采用的土质取样器包括装料机构、固定柱、安装盒、驱动机构、两个传动机构、两个取样机构及调节机构，通过采用发明人特殊设计的土质取样器，可实现对不同深度泥土的取样，具有取样效率高，操作简便的特点。但是没有解决钻头发热和取样不准确的问题。
技术实现要素：
本方案提供一种用于地质勘探的土质取样器，以解决上述背景技术中提出的钻头发热和取样不准确的问题。
为了达到上述目的，本方案提供一种用于地质勘探的土质取样器，包括钻头、固定柱、手柄、上方开口的取样桶和驱动钻头转动的电机，所述钻头固定在固定柱的一端，所述手柄固定在固定柱的另一端，所述取样桶固定套设在固定柱上，所述电机固定在固定柱内，还包括冷缸、热缸、转盘和安装轴，所述固定柱内设有空腔，所述钻头尾部和空腔固定连接，所述热缸的固定端与空腔固定连接且连通，所述热缸内设有第一活塞，所述冷缸固定连接在固定柱内，所述冷缸内设有第二活塞，所述冷缸的尾部与空腔连通，所述冷缸的中心轴线与热缸的中心轴线垂直，所述转盘的中心通过安装轴与固定柱转动连接，所述转盘的端面设有与安装轴平行的驱动轴，所述驱动轴上套设有第一驱动杆和第二驱动杆，所述第一驱动杆远离转盘的一端与第一活塞转动连接，所述第二驱动杆远离转盘的一端与第二活塞转动连接，所述冷缸的外周壁设有散热片。
本方案原理：钻头工作旋转时会发热，与钻头连接的空腔内气体被加热后，热缸内的气体也会被空腔内气体加热，热缸内气体内加热后，热缸内的第一活塞由于气体的膨胀，由于热缸已经达到最大体积，而冷缸处于最小体积，气体通过空腔冲入冷缸，通过第一活塞和第二活塞的运动使第一驱动杆和第二驱动杆运动，第一驱动杆和第二驱动杆运动带动转盘旋转。加热后的气体通过空腔冲入冷缸后，与低温缸体大面积接触，降低温度。由于转盘的转动惯量，热缸准备开始收缩。大部分气体进入冷缸，充分冷却后，压强开始减小，结合转盘的转动惯量因素，气体在冷缸被压缩。气体的体积此时最小，热缸内的气体被加入后膨胀，由于第一驱动杆和第二驱动杆的位置，冷缸容量几乎不变，热缸容量变大，回到最开始的状态，循环往复。只要钻头在工作产生热量，本方案就能用冷缸和热缸间气体的往复交换，使冷的气体在空腔内降低钻头的温度，提高钻头的使用寿命和土壤取样的准确度。
本方案有益效果：利用冷缸、热缸、第一驱动杆、第二驱动杆和转盘等结构，把钻头工作产生的热量从热缸中传入到冷缸中，在冷缸中冷却以后又推回到热缸中，循环往复，降低空腔内气体的温度，从而降低钻头的温度。
进一步，所述安装轴上固定连接有安装轴齿轮，所述取样桶固定连接有取样桶轴，所述取样齿轮固定在取样桶轴上，所述安装轴齿轮和取样齿轮相啮合，所述取样桶上固定设有刀片。钻头工作时产生热量，使空腔内气体被加热膨胀，然后在热缸、冷缸、第一驱动杆、第二驱动杆等结构驱动下，转盘一直在不停转动，转盘上固定的安装轴也随转盘转动，取样桶上固定连接取样桶轴，取样桶轴上固定连接取样齿轮，取样齿轮和安装轴上的安装轴齿轮啮合。在转盘转动时，带动取样桶一起转动，取样桶上固定设有刀片，取样桶旋转的过程中可把周围的土样标本通过刀片刮下，并且甩进取样桶中完成土质样本收集，这样在钻头钻孔时，取样桶所取的土质样本不再是来自一个方向或者一个位置，而是取样桶旋转后取到的四周的样本，使样本更多元化，取样结果更准确。
进一步，所述安装轴上固定连接有风扇。安装轴上有风扇，在转盘转动时，风扇会随转盘一起转动，对冷缸和钻头进行降温。
进一步，所述空腔内固定设有导热片。导热片是为了让钻头更快更好的把热量传到空腔中，利用冷缸、热缸、第一驱动杆、第二驱动杆和转盘等结构提高钻头的降温效率。
进一步，所述手柄为推拉式手柄，所述手柄底部设有限位块。手柄是起到握持取样器的作用，在取样器工作时，钻头高速在土壤和岩石中旋转，会造成很大的反作用力，推拉式手柄能够卸掉一部分反作用力，使取样器在握持时更省力。限位块能够防止手柄被拉出固定柱，防止土质取样器损坏。
进一步，所述手柄上套设有弹簧。弹簧套设在手柄上，在手柄推拉时起缓冲作用，进一步减小取样器工作时的反作用力，增强省力效果。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例安装轴和取样轴部分的侧视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：钻头1、固定柱2、取样桶3、热缸4、冷缸5、散热片6、导热片7、空腔8、第二驱动杆9、第一驱动杆10、转盘11、安装轴12、取样桶轴13、手柄14、弹簧15、风扇16、安装轴齿轮17、取样齿轮18。
实施例基本如附图1所示：
电机是用来驱动钻头1转动的。
钻头1为金刚石钻头，金刚石钻头的主要优势在于能够适应研磨性较高、地质较硬的地层，切割性能也比较优良。在高速钻探方面具有非常显著的优势。钻头1是用来破碎土壤和岩石的。钻头1尾部固定连接在固定柱2下端的空腔8上。
固定柱2为中空的金属壳体。固定柱2上固定套设有取样桶3，固定柱2上端滑动连接有手柄14。固定柱2的底部设有空腔8。
取样桶3为圆柱形的上端开口的空箱，取样桶3用来收集土壤中的土质样本。取样桶3的横截面尺寸大于固定柱2的横截面尺寸。取样桶3上固定设有刀片，取样桶3旋转的过程中可把周围的土样标本通过刀片刮下，并且甩进取样桶3中完成土质样本收集。
热缸4为密闭的气缸，热缸4内设有第一活塞，第一活塞在热缸4内滑动。热缸4固定连接在固定柱2下端的空腔8上，热缸4的固定端和空腔8连通，热缸4的中心轴线与冷缸5的中心轴线垂直。第一活塞的上端和第一驱动杆10远离转盘11的一端转动连接。
冷缸5为密闭的气缸，冷缸5内设有第二活塞，第二活塞在冷缸5内活动。冷缸5固定连接在固定柱2的侧壁上，冷缸5的尾部和空腔8连通。第二活塞的上端和第二驱动杆9远离转盘11的一端转动连接。热缸4和冷缸5通过空腔8连通，冷缸5处于固定柱2内温度较低的位置，并且冷缸5外周壁上固定设有散热片6，散热性能更好。
散热片6为铝制金属片，铝片的散热性能较好。散热片6固定设在冷缸5的外周壁上，提高冷缸5的散热性能。
导热片7为导热硅胶片，导热硅胶片填充发热器件和散热片或金属底座之间的空气间隙，它们的柔性、弹性特征使其能够用于覆盖不平整的表面,热量从分离器件或整个pcb传导到金属外壳或扩散板上,从而能提高发热电子组件的效率和使用寿命。导热系数0.8-8w/m-k，是现代电子，工业，仪器仪表，军工等行业广泛使用的导热材料。
空腔8为固定柱2下端设有的空腔，用于连通热缸4和冷缸5,使热缸4和冷缸5内的冷热气体可以进行移动和交换。
第二驱动杆9一端转动连接在冷缸5的第二活塞上，另一端转动连接在驱动轴上。驱动轴为设在转盘11端面与安装轴12平行的轴。冷缸5内的第二活塞移动可驱动第二驱动杆9绕驱动轴运动。
第一驱动杆10一端转动连接在热缸4的第一活塞上，另一端转动连接在驱动轴上。热缸4内的第一活塞移动可驱动第一驱动杆10绕驱动轴运动。第二驱动杆9和第一驱动杆10的合力使驱动轴不停转动。
转盘11为圆形金属盘，转盘11的中心通过安装轴12与固定柱2转动连接。
安装轴12为金属轴，转动连接在固定柱2内。安装轴12上固定连接有安装轴齿轮17。
取样桶轴13为金属轴，固定连接在取样桶3的中心上。取样桶轴13驱动取样桶3转动。
手柄14为“t”形推拉式手柄，通过弹簧15滑动连接在固定柱2上端，手柄的底部设有限位块。手柄14是起到握持取样器的作用，在取样器工作时，钻头1高速在土壤和岩石中旋转，会造成很大的反作用力，推拉式手柄能够卸掉一部分反作用力，使取样器在握持时更省力。限位块能够防止手柄14被拉出固定柱。
弹簧15为金属弹簧，套设在手柄上，在手柄14推拉时起缓冲作用，进一步减小取样器工作时的反作用力，增强省力效果。
如图2所示：
风扇16固定连接在安装轴12上，当安装轴12转动时，风扇16随安装轴12一起转动。风扇16能够为热缸4和冷缸5降温，达到更好的降温效果。
安装轴齿轮17固定连接在安装轴12上，为锥齿轮。安装轴齿轮17与取样齿轮18啮合。
取样齿轮18固定连接在取样桶轴13上，取样齿轮18转动带动取样桶轴13转动。
具体实施时：
热缸4、冷缸5、第一活塞、第二活塞、第一驱动杆10、第二驱动杆9、转盘11、驱动轴、空腔8和散热片6构成了一个斯特林发动机。斯特林发动机是英国物理学家罗巴特斯特林于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。
电机启动驱动钻头1转动进行土壤和碎石的破碎工作，钻头1在转动破碎土壤和碎石的同时会产生大量的热量，使钻头1的工作效率降低，并且极易损坏。钻头1产生的热量加热与钻头1固定连接的空腔8和热缸4内的气体，空腔8内的气体通过接触钻头1和空腔8内的导热片7被加热，由于热缸4和空腔8连通，空腔8内的热气进入到热缸4中，热缸4内开始膨胀，气体膨胀带动第一活塞移动，第一活塞带动第一驱动杆10绕驱动轴运动。当热缸4内的气体达到最大体积后，冷缸5处于最小体积，所以气体冲入冷缸5，冷缸5内的奇异膨胀带动第二活塞移动，第二活塞带动第二驱动杆9绕驱动轴运动。这时转盘11就在第一驱动杆10和第二驱动杆9的共同作用下转动。转盘11转动的过程中，带动与转盘11同轴的风扇16和安装轴齿轮17转动，风扇16为冷缸5降温。安装轴齿轮17带动与其啮合的取样齿轮18转动，取样齿轮18转动带动与其同轴的取样桶3转动，取样桶3由于转动可以收集到来自不同方向和周边的土壤样本，使样本更加多样化，样本多样化检测结果也更准确。
加热后的气体冲入冷缸5后，与低温缸体大面积接触，降低温度，由于转盘11的转动惯量，热缸4准备开始收缩。大部分气体进入冷缸5，充分冷却后，压强开始减小，结合转盘11的转动惯量因素，气体在冷缸5被压缩。气体的体积此时最小，热缸4的气体被加热后膨胀，由于第一驱动杆10和第二驱动杆9的相对位置，冷缸5的容量几乎不变，热缸4的容量变大，回到最初的状态。
以上为一个循环，在循环过程中，钻头1在转动破碎土壤和碎石产生的热量不停的加热空腔8内的空气和使热缸4内气体膨胀，当气体在热缸4内膨胀到最大体积，热气就会冲入到冷缸5中进行冷却，带走钻头1的热量。同时，第一驱动杆10和第二驱动杆9也在第一活塞和第二活塞的作用下不停的运动，驱动转盘11带动风扇16转动，不停地给热缸4和冷缸5降温。转盘11转动的同时也能驱动取样桶3转动，使取样桶3收集的土质材料和标本更加多样化和准确。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
1.一种用于地质勘探的土质取样器，包括钻头（1）、固定柱（2）、手柄（14）、上方开口的取样桶（3）和驱动钻头（1）转动的电机，所述钻头（1）固定在固定柱（2）的一端，所述手柄（14）固定在固定柱（2）的另一端，所述取样桶（3）固定套设在固定柱（2）上，所述电机固定在固定柱（2）内，其特征在于：还包括冷缸（5）、热缸（4）、转盘（11）和安装轴（12），所述固定柱（2）内设有空腔（8），所述钻头（1）尾部和空腔（8）固定连接，所述热缸（4）的固定端与空腔（8）固定连接且连通，所述热缸（4）内设有第一活塞，所述冷缸（5）固定连接在固定柱（2）内，所述冷缸（5）内设有第二活塞，所述冷缸（5）的尾部与空腔（8）连通，所述冷缸（5）的中心轴线与热缸（4）的中心轴线垂直，所述转盘（11）的中心通过安装轴（12）与固定柱（2）转动连接，所述转盘（11）的端面设有与安装轴（12）平行的驱动轴，所述驱动轴上套设有第一驱动杆（10）和第二驱动杆（9），所述第一驱动杆（10）远离转盘（11）的一端与第一活塞转动连接，所述第二驱动杆（9）远离转盘（11）的一端与第二活塞转动连接，所述冷缸（5）的外周壁设有散热片（6）。
2.根据权利要求1所述的一种用于地质勘探的土质取样器，其特征在于：所述安装轴（12）上固定连接有安装轴齿轮（17），所述取样桶（3）固定连接有取样桶轴（13），所述取样齿轮（18）固定在取样桶轴（13）上，所述安装轴齿轮（17）和取样齿轮（18）相啮合，所述取样桶（3）上固定设有刀片。
3.根据权利要求1所述的一种用于地质勘探的土质取样器，其特征在于：所述安装轴（12）上固定连接有风扇（16）。
4.根据权利要求1所述的一种用于地质勘探的土质取样器，其特征在于：所述空腔（8）内固定设有导热片（7）。
5.根据权利要求1所述的一种用于地质勘探的土质取样器，其特征在于：所述手柄（14）为推拉式手柄，所述手柄（14）底部设有限位块。
6.根据权利要求1所述的一种用于地质勘探的土质取样器，其特征在于：所述手柄（14）上套设有弹簧（15）。
技术总结