CN102175478B - 一种土壤取样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤取样系统，属于农业水土工程技术领域。该土壤取样系统包括取样器和成孔器，取样器包括可拆卸的四部分：环刀套筒、环刀柄、钢丝牵引装置和环刀，成孔器包括“T”型结构的把柄，以及与把柄下部固定连接的旋转切土装置，所述旋转切土装置为周边带有刃口的两片“S”型钢片相对焊接而成。本发明的土壤取样系统传统的环刀基础上，利用上部切土钢丝以及罗盘牵引带动的下部切土钢丝，实现了环刀上下两部分的完整切土，避免环刀取出后土壤断裂、或粘连现象的出现，对原土扰动极小，结合成孔器使用，可对深层土壤进行无扰动取样，且整个系统结构简单、操作方便，取样效率高。本发明还公开了使用上述土壤取样系统进行土壤取样的方法。

Description

一种土壤取样系统及方法

技术领域

本发明涉及一种土壤取样系统，属于农业水土工程技术领域。

背景技术

在农业水土工程技术领域，经常需要进行土壤取样。传统的土壤取样方法是将环刀平稳压入土中，在环刀中的土柱冒出环刀上端后，用铁铲挖开周围土壤，取出充满土壤的环刀。当需要对更深层的土壤进行测定时，则要大面积挖开土壤表面，经常需要挖掘至1-2m深度。对于耕作土壤来说，如此大面积、高强度地扰动土壤进行原土取样，对农作物耕作影响极大，因此取样时间和取样频次常常受到限制，而且传统取样方法耗时耗力，效率极低。因此需要在传统环刀法的基础上，研究一种对原土破坏性较小、效率较高的土壤取样工具。

沈阳农业大学在2008年5月16日申请的一份中国发明专利申请（申请号为200810011417.2，授权公告日为2010年9月28日，授权公告号为CN101271047B）中公开了这样一种《原位非破坏性土壤取样器》，该取样器包括筒钻、钻杆、手柄、内环、内环托和内推杆，，筒钻为中空的桶状结构，其前端的刃口部分为大半圆柱面，空出部分为安装内环的卡口，刃口圆柱面与筒钻主体圆柱面之间开有缺口，并将缺口部分的刃口向筒钻内部弯曲形成弹性刃口；筒钻连接中空管状的钻杆，内推杆连接内环托，内环托连同内推杆轴向活动安装在筒钻和钻杆内，内环为薄壁的圆柱筒结构，内环安装在筒钻内。该取样器在一定程度上避免了在取样过程中对土壤的大面积扰动，且操作比较方便。但该取样器本质上仍然是环刀取样，由于土壤的粘连性，当取出内环（相当于传统的环刀）后，需要人工将两端粘连的多余土切除，且由于所取样本是通过向筒钻内部弯曲的弹性刃口产生的内部斜上方的挤压力而与下方土壤脱离的，因此所取原土样本会受到挤压力所产生的较大扰动，对后续测定的准确性产生影响，且原土样本下部必然粘连较多的多余的土壤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述土壤取样器对原土样本扰动较大，影响后续测定精度，且粘连较多残土的技术问题，提供一种取样时扰动更小，且不会产生残土粘连的土壤取样系统。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种土壤取样系统，包括取样器，所述取样器包括可拆卸的四部分：环刀套筒、环刀柄、钢丝牵引装置和环刀；

环刀套筒为中空且下部开口的方型筒状结构，其下部的两侧壁上沿水平方向开有对称的钢丝轨道槽，两个钢丝轨道槽内各嵌有一个可沿该轨道槽滑动的钢丝固定滑块，两个钢丝固定滑块上系有一根垂直于钢丝轨道槽方向的下部切土钢丝，环刀套筒内部设置有用于固定环刀的环刀固定装置；

环刀柄为倒立“T”型结构，其中部设有柱状铰，能够使环刀柄上部向下弯曲，环刀柄下部接近两端处对称分布着两个向下突出的钢丝固定锚，两个钢丝固定锚之间布有一根上部切土钢丝，上部切土钢丝两端用钢丝固定锚固定；

钢丝牵引装置为带把手的罗盘，其内部中空，可套在环刀柄上，把手中部开有与环刀柄外径尺寸相适应的固定槽，当环刀柄通过柱状铰向下弯曲时，可固定在该固定槽内，罗盘上缠绕有两根方向相反的牵引钢丝，每根牵引钢丝对应一个钢丝固定滑块，牵引钢丝的两头分别固定于该钢丝固定滑块沿钢丝轨道槽方向的两端，当罗盘转动时，牵引钢丝带动钢丝固定滑块沿钢丝轨道槽滑动。

采用上述土壤取样系统进行土壤取样时，具体包括以下步骤：

步骤1、组装取样器，具体为：将环刀柄从下至上依次穿过环刀套筒和钢丝牵引装置，然后将环刀柄上部的可弯曲部分通过柱状铰向下弯曲，使其嵌入钢丝牵引装置的把手上部的固定槽内，使环刀柄、钢丝牵引装置和环刀套筒三者在垂直方向固定；将环刀通过环刀固定装置固定于环刀套筒内；

步骤2、将土壤开孔至所需的取样深度；

步骤3、均匀用力地将取样器下端的环刀套筒打入土体中；

步骤4、旋转钢丝牵引装置上的把手；

步骤5、均匀用力上提钢丝牵引装置上的把手，直至取出取样器；

步骤6、将环刀柄上部拉直，轻轻敲击环刀柄，使环刀柄和环刀一起慢慢滑出环刀套筒，然后取出环刀，环刀内的土壤即为所取的样本，取样完成。

     进一步的，本发明的土壤取样系统还包括用于将土壤开孔至预定的取样深度的成孔器，所述成孔器包括“T”型结构的把柄，以及与把柄下部固定连接的旋转切土装置，所述旋转切土装置为周边带有刃口的两片“S”型钢片相对焊接而成。

     本发明的土壤取样系统在传统的环刀基础上，利用上部切土钢丝以及罗盘牵引带动的下部切土钢丝，实现了环刀上下两部分的完整切土，避免环刀取出后土壤断裂、或粘连现象的出现，对原土扰动极小，结合成孔器使用，可对深层土壤进行无扰动取样，且整个系统结构简单、操作方便，取样效率高。

附图说明

图1为本发明的土壤取样系统的取样器的整体结构示意图，其中图a为A方向立面剖视图，图b为A-A方向剖视图；

图2为本发明的土壤取样系统的取样器的钢丝牵引装置的结构示意图，其中图a为侧面剖视图，图b为俯视图；

图3为牵引钢丝在罗盘上的缠绕方式示意图；

图4为本发明的土壤取样系统的取样器的环刀柄的结构示意图；

图5为本发明的土壤取样系统的取样器的环刀套筒的结构示意图，其中图a为一个侧面的剖视图，图b为另一个侧面剖视图，图c为俯视图；

图6为本发明的土壤取样系统的成孔器的结构示意图，其中图a为主视图，图b为侧视图，图c为俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的土壤取样系统包括取样器和成孔器，其中取样器包括环刀套筒、环刀柄、钢丝牵引装置和环刀四部分；

其中环刀套筒为中空且下部开口的方型筒状结构，其具体结构如附图5所示，其中（a）为一个侧面的视图，（b）为另一个侧面剖视图，（c）为俯视图，本具体实施方式中，环刀套筒10为钢质，其下部的两侧壁上沿水平方向开有对称的钢丝轨道槽15，两个钢丝轨道槽15内各嵌有一个可沿该轨道槽滑动的钢丝固定滑块14，两个钢丝固定滑块14上系有一根垂直于钢丝轨道槽15方向的下部切土钢丝9，环刀套筒10内部设置有用于固定环刀的环刀固定装置，本具体实施方式中环刀固定装置为对称地焊在环刀套筒内部四壁上的四个环刀固定柱12，相对的环刀固定柱12之间的距离与环刀的外径相适应，当然，也可采用卡槽等类似方式固定环刀。

环刀柄1为倒立“T”型结构，如附图4所示，其中部设有柱状铰17，能够使环刀柄1上部向下弯曲，环刀柄1下部接近两端处对称分布着两个向下突出的钢丝固定锚8，两个钢丝固定锚8之间布有一根上部切土钢丝7，上部切土钢丝7两端用钢丝固定锚8固定。

钢丝牵引装置为带把手2的罗盘16，结构如附图2所示，其内部中空，可套在环刀柄1上，把手2中部开有与环刀柄1外径尺寸相适应的固定槽6，当环刀柄1通过柱状铰17向下弯曲时，可固定在该固定槽6内，罗盘16上缠绕有两根方向相反的牵引钢丝，每根牵引钢丝对应一个钢丝固定滑块14，牵引钢丝的两头分别固定于该钢丝固定滑块14沿钢丝轨道槽15方向的两端，当罗盘16转动时，牵引钢丝带动钢丝固定滑块14沿钢丝轨道槽15滑动；为了便于取样时便于定位，本具体实施方式中钢丝牵引装置设置有用于定位的滑动浮标3和滑动指针4，滑动浮标3为套在钢丝牵引装置上并用螺栓固定的钢质圆环，滑动指针4为套在钢丝牵引装置上并能自由滑动的钢质圆环形指针。

本具体实施方式中，上述两根牵引钢丝的走向按照以下方式， a、b分别表示两根牵引钢丝。以a牵引钢丝为例，其一头系于钢丝固定滑块14沿钢丝轨道槽15方向的一端，并沿钢丝轨道槽15方向引出，然后贴着最近的环刀套筒10的一条竖直边向上，接着按顺时针绕罗盘16两圈后引出（牵引钢丝在罗盘16上的缠绕方式如附图3所示），再沿着最近的环刀套筒10的另一条竖直边向下，最后沿钢丝轨道槽15方向拉紧并系于钢丝固定滑块14沿钢丝轨道槽15方向的另一端。b牵引钢丝与此类似，其两头分别系于另一个钢丝固定滑块14沿钢丝轨道槽15方向的两端。当罗盘16转动时，两根牵引钢丝分别拉动两个钢丝固定滑块14向同一方向滑动，从而带动固定在两个钢丝固定滑块14之间的下部切土钢丝9在水平方向上沿钢丝轨道槽15移动，将环刀11中的原土样本下部切割开。为了防止牵引钢丝出现跑偏，从而影响对钢丝固定滑块14的牵引效果，可以在环刀套筒四面外壁靠近竖直边的部位分别设置有沿垂直方向的牵引钢丝导轨，每根牵引钢丝的两头从罗盘引出后，分别嵌入与所对应钢丝轨道槽相邻的两个牵引钢丝导轨。这样，当罗盘转动时，牵引钢丝始终沿预先设定的走向（即牵引钢丝导轨导引的方向）牵引钢丝固定滑块滑动。考虑到牵引钢丝导轨的作用是导引牵引钢丝走向，不需要很长，因此本具体实施方式中，所述牵引钢丝导轨由位于环刀套筒上部和下部的两段较短的导轨构成，即上部牵引钢丝导轨5和下部牵引钢丝导轨13。

使用上述取样器时，需先将其组装起来，具体按照以下方法：

将环刀柄1从下至上依次穿过环刀套筒10和钢丝牵引装置，然后将环刀柄1上部的可弯曲部分通过柱状铰17向下弯曲，使其嵌入钢丝牵引装置的把手2上部的固定槽6内，使环刀柄1、钢丝牵引装置和环刀套筒10三者在垂直方向固定；将环刀11通过环刀固定柱12固定于环刀套筒10内。环刀11可以根据实际需要，采用现有的各种标准环刀，本具体实施方式中采用标准的10立方厘米环刀。组装完成的取样器结构如附图1所示（图中所示为环刀柄1上部的可弯曲部分尚未弯曲的状态），图中1为环刀柄，2为钢丝牵引装置的把手，3为滑动浮标，4为滑动指针，5为上部牵引钢丝导轨， 6为固定槽，7为上部切土钢丝，8为钢丝固定锚，9为下部切土钢丝 ，10为环刀套筒，11为环刀，12为环刀固定柱，13为下部牵引钢丝导轨，14为钢丝固定滑块，15为钢丝轨道槽，16为罗盘，17为柱状铰，图中箭头表示牵引钢丝从罗盘16引出后进入上部牵引钢丝导轨5。

成孔器的结构如附图6所示，包括“T”型结构的把柄18，以及与把柄18下部固定连接的旋转切土装置19，所述旋转切土装置19为周边带有刃口的两片“S”型钢片相对焊接而成。为了使成孔器能够适应各种不同深度，本具体实施方式中所述成孔器包括至少两个可相互更换的不同长度的把柄，例如，可以是长度分别为1m、2m的两个把柄，从而满足大多数情况下的需要。

采用本发明的土壤取样系统进行取样时，按照以下方法：

步骤1、组装取样器，具体为：将环刀柄从下至上依次穿过环刀套筒和钢丝牵引装置，然后将环刀柄上部的可弯曲部分通过柱状铰向下弯曲，使其嵌入钢丝牵引装置的把手上部的固定槽内，使环刀柄、钢丝牵引装置和环刀套筒三者在垂直方向固定；将环刀通过环刀固定装置固定于环刀套筒内；

步骤2、使用成孔器将土壤开孔至所需的取样深度，具体为：将成孔器插入土中，旋转成孔器把柄，带动旋转切土装置旋转，此时旋转切土装置两侧的土壤会松动并存储于“S”型中空结构中，然后提起成孔器把柄，即可将土壤取出洞外，重复上述操作，直至成孔至所需的取样深度；

步骤3、将安装好的取样器放入成孔器开挖好的孔中，将滑动指针贴近成孔地面，滑动浮标拉至滑动指针以上2.5cm处（环刀高度+0.5cm），用锤子均匀用力地将取样器下端的环刀套筒打入土体中，直至滑动指针靠近滑动浮标，此时环刀内已成功取土；

步骤4、旋转钢丝牵引装置上的把手，牵引钢丝牵引两个钢丝固定滑块向同一方向平行滑动，带动下部切土钢丝将环刀内的原土样本下部切开；同时，由于环刀柄上部弯曲并嵌入固定槽中，环刀柄随钢丝牵引装置上的把手一起旋转，带动环刀柄下部的上部切土钢丝旋转，从而将环刀内原土样本的上部切割开；

步骤5、均匀用力上提钢丝牵引装置上的把手，直至取出取样器；

步骤6、将环刀柄上部拉直，轻轻敲击环刀柄，使环刀柄和环刀一起慢慢滑出环刀套筒，然后取出环刀，环刀内的土壤即为所取的样本，取样完成。

Claims (10)

1.一种土壤取样系统，包括取样器，其特征在于，所述取样器包括可拆卸的四部分：环刀套筒、环刀柄、钢丝牵引装置和环刀；

环刀套筒为中空且下部开口的方型筒状结构，其下部的两侧壁上沿水平方向开有对称的钢丝轨道槽，两个钢丝轨道槽内各嵌有一个可沿该轨道槽滑动的钢丝固定滑块，两个钢丝固定滑块上系有一根垂直于钢丝轨道槽方向的下部切土钢丝，环刀套筒内部设置有用于固定环刀的环刀固定装置；

环刀柄为倒立“T”型结构，其中部设有柱状铰，能够使环刀柄上部向下弯曲，环刀柄下部接近两端处对称分布着两个向下突出的钢丝固定锚，两个钢丝固定锚之间布有一根上部切土钢丝，上部切土钢丝两端用钢丝固定锚固定；

钢丝牵引装置为带把手的罗盘，其内部中空，可套在环刀柄上，把手中部开有与环刀柄外径尺寸相适应的固定槽，当环刀柄通过柱状铰向下弯曲时，可固定在该固定槽内，罗盘上缠绕有两根方向相反的牵引钢丝，每根牵引钢丝对应一个钢丝固定滑块，牵引钢丝的两头分别固定于该钢丝固定滑块沿钢丝轨道槽方向的两端，当罗盘转动时，牵引钢丝带动钢丝固定滑块沿钢丝轨道槽滑动。

2.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，所述环刀为标准的10立方厘米环刀。

3.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，所述环刀套筒为钢质。

4.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，所述环刀套筒四面外壁靠近竖直边的部位分别设置有沿垂直方向的牵引钢丝导轨，每根牵引钢丝的两头从罗盘引出后，分别嵌入与所对应钢丝轨道槽相邻的两个牵引钢丝导轨。

5.如权利要求4所述土壤取样系统，其特征在于，所述牵引钢丝导轨由位于环刀套筒上部和下部的两段较短的导轨构成。

6.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，所述环刀套筒内部的环刀固定装置为对称地焊在环刀套筒内部四壁上的四个环刀固定柱，相对的环刀固定柱之间的距离与环刀的外径相适应。

7.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，所述钢丝牵引装置设置有用于定位的滑动浮标和滑动指针，滑动浮标为套在钢丝牵引装置上并用螺栓固定的钢质圆环，滑动指针为套在钢丝牵引装置上并能自由滑动的钢质圆环形指针。

8.如权利要求1所述土壤取样系统，其特征在于，该取样系统还包括用于将土壤开孔至预定的取样深度的成孔器，所述成孔器包括“T”型结构的把柄，以及与把柄下部固定连接的旋转切土装置，所述旋转切土装置为周边带有刃口的两片“S”型钢片相对焊接而成。

9.如权利要求8所述土壤取样系统，其特征在于，所述成孔器包括至少两个可相互更换的不同长度的把柄。

10.使用权利要求1所述土壤取样系统进行土壤取样的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、组装取样器，具体为：将环刀柄从下至上依次穿过环刀套筒和钢丝牵引装置，然后将环刀柄上部的可弯曲部分通过柱状铰向下弯曲，使其嵌入钢丝牵引装置的把手上部的固定槽内，使环刀柄、钢丝牵引装置和环刀套筒三者在垂直方向固定；将环刀通过环刀固定装置固定于环刀套筒内；

步骤2、将土壤开孔至所需的取样深度；

步骤3、均匀用力地将取样器下端的环刀套筒打入土体中；

步骤4、旋转钢丝牵引装置上的把手；

步骤5、均匀用力上提钢丝牵引装置上的把手，直至取出取样器；

步骤6、将环刀柄上部拉直，轻轻敲击环刀柄，使环刀柄和环刀一起慢慢滑出环刀套筒，然后取出环刀，环刀内的土壤即为所取的样本，取样完成。

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