CN102661875B - 机械式土壤采样装置 - Google Patents
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Abstract
一种机械式土壤取样装置，包括电动机、土壤采样钻、土壤采集圆盘和固定箱体，土壤采样钻下端设有螺旋形内凹槽，凹槽外缘有外伸小凸缘，采样钻底端制成一尖的圆头钻型面，土壤采样钻的上端设有被动直齿轮，被动直齿轮与主动直齿轮配合运动，在主动直齿轮安装在与第一减速装置的主轴上，第一减速装置与第一电机的输出轴连接，第一减速装置的主轴与土壤采样钻上端固定连接；土壤采样钻可垂直旋转移动穿过其中一个土壤收集室，固定箱体内安装挡板，挡板位于土壤采集圆盘的上方，挡板端部伸入土壤采样钻的螺旋形内凹槽内。本发明使用方便、工作可靠、结构简单、效率高、适用性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械式土壤采样装置，特别涉及一种松软湿润土壤采集装置。
背景技术
目前，公知的土壤釆样器按照动力驱动类型进行分类，分为手动土壤采样器和机械土壤采样器两种。其基本构造是由釆样头、连接杆及动力驱动单元组成。手动土壤采样器驱动单元是手柄，机械土壤采样器驱动单元是电动机等。操作过程是将采样头垂直插入土壤中，然后通过向下挤压、转动等动作将土壤压入采样头中，最后通过向上的抬举、转动等反作用将土壤样品抽出土层后分离土壤样品，完成取样。手动土壤采样器在向上抬举将采样器抽离土壤的过程中，费力费时，有时甚至因耗力过大而不能完成采样。手动土壤采样器完全依靠人力驱动，效率较低。机械土壤采样器结构复杂，难于维护，体积和重量较大，且需另备动力资源，不适合野外携带和使用。手动土壤采样器和机械土壤采样器适应土壤土质有限，尤其在干硬板结土壤或松散土壤中采样时，土壤样品难以成型且易从土壤采样头中滑脱，难以完成采样。
发明内容
为了克服现有的机械土壤采样器的结构复杂、难于维护、效率较低、适用性较差的不足，本发明提供一种使用方便、工作可靠、结构简单、效率高、适用性好的机械式土壤采样装置。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种机械式土壤取样装置，包括土壤采样钻、土壤采集圆盘和固定箱体，所述土壤采样钻下端设有螺旋形内凹槽，所述凹槽外缘有外伸小凸缘，所述采样钻底端制成一尖的圆头钻型面，所述土壤采样钻的上端设有被动直齿轮，所述被动直齿轮与主动直齿轮配合运动，在所述主动直齿轮安装在与第一减速装置的主轴上，所述第一减速装置与第一电机的输出轴连接，所述第一减速装置的主轴与所述土壤采样钻上端固定连接；
所述土壤采集圆盘为一水平配置旋转的土壤收集圆盘，圆盘中心开有一中心孔，中心孔的内圆周分布有内棘轮机构，置于所述箱体底部的中心旋转轴上，所述土壤收集圆盘共设有至少三个等间距圆周分布的圆柱形收集室，所述土壤采样钻可垂直旋转移动穿过其中一个土壤收集室，所述固定箱体内安装挡板，所述的挡板位于土壤采集圆盘的上方，所述挡板端部伸入土壤采样钻的螺旋形内凹槽内。
进一步，所述土壤采集圆盘安装底盘，所述底盘的中心轴与所述土壤收集圆盘中心轴重合，所述底盘设有一与所述圆柱形收集室孔径一致的通孔，且两中心轴重合一致。
再进一步，所述土壤取样装置还包括槽轮机构，所述槽轮机构包括主动拨盘和从动槽轮，所述主动拨盘安装在所述被动齿轮的轴上，所述主动拨盘上的圆销与所述从动槽轮的径向槽配合。
更进一步，所述内棘轮机构包括棘轮、棘爪和弹簧，所述中心旋转轴与所述箱体底部通过轴承固定，且所述中心旋转轴与从动槽轮、盘底盘的中心孔之间均为紧配合，所述棘轮通过弹簧使棘爪和棘轮保持接触。
所述土壤取样装置还包括齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构包括圆柱齿轮和齿条，所述固定箱体内臂一侧延伸出固定框架，固定框架一侧的为一垂直支柱，垂直支柱的一侧设有线性的渐开线齿形，作为齿轮齿条机构的齿条；第二电机安装在所述支撑臂的侧面，所述旋转电机的输出轴上安装有所述圆柱齿轮，所述圆柱齿轮置于所述支撑臂的内部一侧，同时与所述箱体内部一侧的齿条啮合。
在所述支撑臂的内部另一侧设有两个圆柱滚子，与所述箱体齿条的非齿形一侧为平面高副配合。
所述支撑臂的下端面延伸出第一平面支座，侧端面延伸出第二平面支座，所述第一平面支座位于所述主动圆柱齿轮的上方，第一平面支座上开有四个螺纹孔，用于第一电机的安装固定，所述第二平面支座位于所述支撑平台构件侧面，用于第二电机的安装固定。
本发明的有益效果为：（1）自动土壤采样钻采用螺旋的内凹槽形，可方便有效的采集相对湿润的土壤样品，非常适合南方土壤采样工作，且本螺旋采样钻为新提出的发明设计；（2）槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地、间歇的进行转位，非常适合用于本土壤采样装置速度不太高的场合；（3）结构简单，使用方便，工作可靠，一次性可采样多次样品，效率高且可保证取样质量。
附图说明：
图1是自动土壤采样钻的结构示意图。
图2是槽轮机构主动拨盘的立体图。
图3是图2的主视图。
图4是槽轮机构从动槽轮的立体图。
图5是土壤采集圆盘的立体图。
图6是图5的俯视图。
图7是采集圆盘底盘的立体图。
图8是支撑臂的结构立体图。
图9是图8的俯视图及其剖面图。
图10是固定箱体的结构立体图。
图11是槽轮机构的结构原理示意图。
图12是图11的仰视图。
图13是棘轮机构的结构原理示意图。
图14是齿轮齿条机构的结构原理示意图。
图15是图14的俯视图。
图16是土壤取样装置全局装配立体图。
图17是图16的主视图。
图中：1、固定箱体；2、支撑臂；3、挡板；4、采集圆盘；5、底盘；6、从动槽轮；7、主动拨盘；8、土壤采样钻；9、主动直齿轮；10、第一减速装置；11、第一电机；12、被动直齿轮；13、小齿轮3；14、滚子；15、第二电机；16、旋转轴；17、弹簧；18、棘爪；19、第二减速装置；20、轴承
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参照图1~图16，土壤采样装置由箱体，土壤采样钻，电机，减速装置，土壤采样圆盘，圆盘底盘，槽轮机构，棘轮机构及齿轮齿条机构组成。将土壤采样钻下端制成尖圆头型，在所述凹槽采样钻尖头上方设有较长的特制的螺旋形内凹槽，所述土壤采样钻的结构简图如图1所示。在所述土壤采样钻的上端设有渐开线直齿轮，即主动直齿轮9，所述主动直齿轮9的齿较厚，与所述主动拨盘上的被动直齿轮12配合使用，所述主动直齿轮9的上端面有一减速装置轴孔，与所述第一减速装置10输出轴配合，带动其旋转，所述第一减速装置10则安装在所述第一电机11的输出轴上，增大电机转矩。
所述被动直齿轮12的齿形与所述主动直齿轮9一致，所述被动齿轮12位于所述传动机构中心轴的偏上端，所述中心轴的上端与所述固定箱体通过轴承配合。所述传动机构中心轴下端为一间歇性槽轮主动拨盘，所述主动拨盘下端面距所述固定箱体内底面有1~2cm的余量，所述传动机构中心轴下端同样与所述固定箱体通过轴承配合。
所述槽轮机构主动拨盘的结构图如图2-3所示，主动拨盘由上下两层面组成，上层面为有内凹弧的半圆盘，其中，半圆盘的外圆弧尺寸与所述从动槽轮的内凹弧尺寸相一致；下面层则在小圆盘上突出一块外凸弧，圆弧边缘伸出小圆柱，作为主动拨盘的圆销。
所述从动槽轮的外形结构图如图4所示，圆盘中心开有一通孔，该通孔直径与所述中心旋转轴的直径一致，所述中心旋转轴通过轴承与所述箱体底部的固定。所述从动槽轮的中间另开有一稍大的开孔，与所述的采集圆盘上的采集室孔径一致，且位置可重合。所述从动槽轮的外缘为三个一致的内凹弧，其尺寸半径与所述的主动拨盘上部的外凸弧一致，它们之间另设有两个径向槽，与所述主动拨盘上的圆销配合使用。
所述采集圆盘的外形结构图如图5-6所示，采集圆盘为一具有一定高度的圆柱体，中心开有一通孔，该通孔直径比所述中心旋转轴的直径略大，且在通孔一侧的内缘上设有棘齿，与棘爪、弹簧构成内接棘轮机构。所述采集圆盘外边缘设有八个尺寸一致，且绕中心轴等间距分布的采集室，每个采集室都为一通孔，且采集室的直径比所述自动采样钻的外形尺寸直径稍大一些。
所述圆盘底盘的外形结构图如图7所示，所述圆盘底盘外形直径与所述采集圆盘外形直径相一致，底盘中心开有一通孔，该通孔直径与所述中心旋转轴的直径一致，所述中心旋转轴通过轴承与所述箱体底部的固定。所述圆盘底盘中间另开有一稍大的开孔，与所述的采集圆盘上的采集室孔径一致，且位置可重合。
所述支撑臂大致的外形结构图如图8-9所示，是一内空的长方体。所述支撑臂中间另开有一第一矩形槽21，在支撑臂的下端面延伸出第一平面支座22，侧端面延伸出第二平面支座23。所述第一平面支座22位于距所述主动直齿轮9上端面有约1cm的间隙余量，平面支座为一矩形平台，用于放置与固定电机。所述第一平面支座上22上开有一个与所述第一减速装置10外径尺寸一致的通孔和四个螺纹孔，所述通孔用于所述第一减速装置10的放置安装，所述螺纹孔与所述第一电机的顶部电机安装座上的螺纹孔一致配合，用于所述第一电机11的安装固定，所述第二平面支座23位于所述支撑臂构件的侧面，所述支撑臂的一侧同样开有四个螺纹通孔，用于所述第二电机15的第二减速装置19的安装固定。所述第二平面支座23的设计，主要为了减小所述电机2自身的重量对电机输出轴弯曲变形的影响。所述第二平面支座23主要由两个平面构成，其中平面为一竖直平面，与所述支撑平台构件侧面相连，以为电机提供支撑力；平面则为一水平分布的长方形。同时，所述支撑臂的左侧内部另开有一的第二矩形槽24，用于安装固定另有一小型圆柱直齿轮，所述圆柱直齿轮上设有一轴孔，配合安装第二减速装置19的输出轴，所述减速装置则安装在所述第二电机15的输出轴上。所述支撑臂内部右侧同样开有一稍大的第三矩形槽25，用于安装固定有两个小圆柱滚子。
所述槽轮机构结构简图如图11-12所示，它由主动拨盘7、从动槽轮6组成。所述主动拨盘7由所述直齿轮12驱动作周期回转运动，当所述主动拨盘7上的圆销未进入所述从动槽轮6的径向槽时，由于所述从动槽轮6的内凹锁止弧被所述主动拨盘7 的外凸锁止弧卡住，故所述从动槽轮6不动。图示为圆销刚进入所述从动槽轮6径向槽时的位置，锁止弧也刚被松开。此时，槽轮受圆销的驱使而转动。当圆销在另一边离开所述从动槽轮6径向槽时，锁止弧又被卡住，所述从动槽轮6又静止不动。直至圆销26再次离开所述从动槽轮6的另一径向槽时，又重复上次运动。所以，所述从动槽轮6作时动时停的间歇运动。
所述棘轮机构结构简图如图13所示，所述内接棘轮机构用于所述采集圆盘4的单向间歇性运动。所述中心旋转轴16与所述箱体1底部通过所述轴承20固定，且所述旋转轴16与所述从动槽轮6、所述圆盘底盘5的中心孔之间均为紧配合，所述棘轮机构通过弹簧17使棘爪18和棘轮保持接触。当所述槽轮机构主动拨盘7驱动所述从动槽轮6逆时针转动时，所述从动槽轮6带动所述中心旋转轴16旋转，所述中心旋转轴16则又带动所述圆盘底盘5同步逆时针转动，所述采集圆盘4则通过棘爪推动棘轮转过1/8的圆周角度。相反，当所述槽轮机构主动拨盘7反方向转动时，带动所述从动槽轮6顺时针转动，从而带动所述旋转中心轴16顺时针转动，进一步带动所述圆盘底盘5沿顺时针同步转动，此时，所述棘爪18在所述棘轮的齿背上滑过，所述采集圆盘4静止不动。故通过上述棘轮机构，可实现所述从动槽轮6及所述圆盘底盘5的双向间歇旋转运动，而所述采集圆盘4只能实现单向的间歇旋转运动。
所述齿轮齿条机构的结构原理图如图14-15所示，所述旋转电机11安装在所述支撑臂2的侧面，其输出轴上安装有所述圆柱齿轮13，所述圆柱齿轮13置于所述支撑臂2的内部一侧，同时与所述箱体1内部一侧的齿条啮合。为保证所述圆柱齿轮13与所述箱体1上的齿条在运动过程中始终保持充分啮合，在所述支撑臂2的内部另一侧设有两个圆柱滚子14，与所述箱体1齿条的非齿形一侧为平面高副配合，当所述旋转电机12驱动所述圆柱齿轮13转动时，所述圆柱滚子14亦可沿所述齿条的非齿形面上下滚动。至此，通过与所述电机15带动齿轮齿条运动，完成所述支撑臂2沿所述垂直支柱平稳可靠的上下移动。
所述固定箱体的外形结构图如图10所示，所述固定箱体1上的挡板3下端面与水平面的夹角约为10°，与所述采样钻8的螺纹升角一致相等，且所述挡板3的宽度略小于所述采样钻8的凹形槽缺口宽度。为满足在所述采样钻8下行和退回的过程中 ，所述挡板3能够始终不与所述采样钻8的凹形槽运动冲突，所述第一电机和第二电机的转速必须满足一定的关系。设取样装置正常工作时，第一电机的转速为n1，第二电机的转速为n2，所述第一减速装置的传动比为i1；所述第二减速装置的传动比为i2。由于所述采样钻8的螺纹槽螺距已知，设为S1，所述小齿轮的齿数和所述齿条的齿间距也为已知，设其分别为Z3和S2，则两电机的转速n1和n2必须满足下式：
S1*n1/i1=S2*Z3*n2/i2(式1-1)
即n1和n2必须满足：n1/n2=S2*Z3*i1/S1*i2
本发明土壤采样装置可采用铝合金、碳钢或 锰钢等金属材料制成。
综上所述，本发明确实已达突破性的结构设计，而具有改良的创作内容，同时又能够达到产业上的利用性与进步性。 以上所述，仅为本发明一个较佳实施例而已，当不能以的限定本发明实施的范围；即凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (1)
1.一种机械式土壤取样装置，其特征在于：所述土壤取样装置包括土壤采样钻、土壤采集圆盘和固定箱体，所述土壤采样钻下端设有螺旋形内凹槽，所述凹槽外缘有外伸小凸缘，所述采样钻底端制成一尖的圆头钻型面，所述土壤采样钻的上端设有被动直齿轮，所述被动直齿轮与主动直齿轮配合运动，所述主动直齿轮安装在第一减速装置的主轴上，所述第一减速装置与第一电机的输出轴连接，所述第一减速装置的主轴与所述土壤采样钻上端固定连接；
所述土壤采集圆盘为一水平配置旋转的土壤收集圆盘，圆盘中心开有一中心孔，中心孔的内圆周分布有内棘轮机构，置于所述箱体底部的中心旋转轴上，所述土壤收集圆盘共设有至少三个等间距圆周分布的圆柱形收集室，所述土壤采样钻可垂直旋转移动穿过其中一个土壤收集室，所述固定箱体内安装挡板，所述的挡板位于土壤采集圆盘的上方，所述挡板端部伸入土壤采样钻的螺旋形内凹槽内；所述土壤采集圆盘安装底盘，所述底盘的中心轴与所述土壤收集圆盘中心轴重合，所述底盘设有一与所述圆柱形收集室孔径一致的通孔，且两中心轴重合一致；所述土壤取样装置还包括槽轮机构，所述槽轮机构包括主动拨盘和从动槽轮，所述主动拨盘安装在所述被动直齿轮的轴上，所述主动拨盘上的圆销A与所述从动槽轮的径向槽配合；所述内棘轮机构包括棘轮、棘爪和弹簧，所述中心旋转轴与所述箱体底部通过轴承固定，且所述中心旋转轴与从动槽轮、底盘的中心孔之间均为紧配合，所述棘轮通过弹簧使棘爪和棘轮保持接触。
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Non-Patent Citations (1)
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