CN102825026A - 一种水气驱动的土壤根系分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水气驱动的土壤根系分离装置，该装置包括根系冲洗工作平台、循环供水系统、供气系统和电路控制系统；根系冲洗工作平台是完成冲洗根及取根的主要部分；循环供水系统的动力由水泵提供，向冲洗桶中注入水流并完成节水循环的功能；供气系统由气泵提供气源，将高压气体在冲洗桶靠近底部沿切向充入冲洗桶中的水体，由气流带动冲洗桶中的水形成涡流，使根系和土壤在冲洗桶中自动搅拌，同时气流形成的上浮气泡，促使根系上浮与土壤分离；电路控制系统用于实现对水泵、气泵与进气电磁阀的开启与关闭的控制。本发明结构简单、样式新颖。根系的冲洗及设备的开启和关闭由电路控制系统控制，操作简便，适用范围广。可批量处理根系且根的洗净率高，损失率低。不仅提高了工作效率而且大大减轻了劳动强度。

Description

一种水气驱动的土壤根系分离装置

技术领域

本发明涉及一种水气驱动的土壤根系分离装置，尤其是涉及一种多工位、高效、节水的水气驱动土壤根系快速分离装置。

背景技术

植物的根系研究是土壤学、植物学、农学、作物栽培学及许多领域学科的基础研究。根系作为植物的关键组成部分，与周围环境进行物质与能量的交换，它吸收、传输、存储水分与养分，具有着重要的生理功能。现代农业科学越来越重视对根系的研究，其研究结果可用于指导作物的栽培与管理，提高作物的产量与质量。从土壤中获取完整、干净的植物根系是根系研究工作中尤为重要的一个环节，科学实验要求对大批量的土壤根系进行快速高效的清洗和分离处理，在保证根系生理活性的前提下完成对根系的系统化研究。

目前把根系从土壤中分离出来的方法大致分为两类：第一类为人工手动分离法，主要用镊子、尖刀及其它工具将根系从土壤中剔出，并用放大镜挑选细根，然后再用水把根漂洗干净。此种方法虽然有着较高的精确度，但费时又费力。第二类为辅助器具分离法，将带土的根放在容器里采用不同的水压直接冲洗，待土冲净后再用镊子去掉根中含的杂草、异物。此种洗根器具对劳动效率稍有提高，但大部分都功能单一，且仍然存在取根率低、耗水量大等问题。

经对现有技术文献检索发现，中国实用新型专利“一种节水根系冲洗装置”，申请号为94215029.5。该根系冲洗装置包括上容器、下容器和底座。下容器与底座焊接成一体，上容器的底部卡放在下容器的上端，上容器与下容器之间设有排根管，上容器沿壁设有多个转向喷头、水控阀和进水管接头，下容器中排根管的下面设有滤筛，各转向喷头喷出的水在容器里形成涡流使土与根自动搅拌，根被分离节流在滤筛上，水循环使用。但该装置仍然存在以下缺点：（1）根系处理效率低。在现代农业科学对根系进行系统化研究中，需要快速获取根系的生物的生理生化特性，处理效率低下，容易造成根系脱水、生理活性下降等问题。（2）土壤根系分离过程中，需要进行人工搅拌并手动摘取排根管的多段圆锥管，操作复杂、对操作经验要求高、劳动强度大。

发明内容

为解决现有根系冲洗作业劳动强度大、工作效率低、操作不便等技术问题，本发明提供一种水气驱动的土壤根系分离装置，是一种多工位、高效、节水的水气驱动土壤根系快速分离装置。

一种水气驱动的土壤根系分离装置，包括：根系冲洗工作平台、循环供水系统、供气系统、电路控制系统。根系冲洗工作平台是完成冲洗根及取根的主要部分；循环供水系统的动力由水泵提供，向冲洗桶中注入水流并完成节水循环的功能；供气系统由气泵提供气源，将高压气体在冲洗桶靠近底部沿切向充入冲洗桶中的水体，由气流带动冲洗桶中的水形成涡流，使根系和土壤在冲洗桶中自动搅拌，同时气流形成的上浮气泡，促使根系上浮与土壤分离；电路控制系统用于实现对水泵、气泵与进气电磁阀的开启与关闭的控制。

所述的根系冲洗工作平台由四个结构及功能完全相同的冲洗工位及汇流板与出水口组成，是完成冲洗根及取根的主要部分。每个冲洗工位包括冲洗桶、排根管、冲洗桶支撑板、移动抽屉、滤筛、滤筛架和滤筛架支撑板，四个冲洗工位同时工作；每个冲洗工位包括冲洗桶、排根管、冲洗桶支撑板、移动抽屉、滤筛、滤筛底圆桶状的冲洗桶固接在冲洗桶支撑板上，冲洗桶支撑板构成冲洗桶的底部；冲洗桶底部中心位置开有一圆孔，排根管固接于该圆孔上，排根管的高度为冲洗桶高度的90%；冲洗桶底部在排根管和冲洗桶内壁之间另开设有一窗口，窗口的一端位于近冲洗桶内壁处，另一端位于近排根管外缘处，使窗口两端形成同向半圆形，窗口的另外两条边平行，且窗口下边沿处设有卡槽，卡槽内有密封橡胶条；所述移动抽屉经冲洗桶支撑板侧面的开口安装在窗口下面的卡槽上，移动抽屉可在卡槽内移动，推入移动抽屉后可将冲洗桶支撑板上的窗口密封；滤筛架支撑板位于冲洗桶支撑板的下部，其上设有导轨，滤筛架上铺设滤筛并放置于滤筛架支撑板上，沿导轨移动。四个滤筛架和四个移动抽屉依次对应四个冲洗桶，滤筛架和移动抽屉可向冲洗桶外侧拉出；汇流板位于滤筛架支撑板的下部，排根管和窗口均与汇流板连通。根系冲洗及清洗冲洗桶中泥沙的水经汇流板的汇聚导向由出水口流入蓄水池，循环使用。

所述的循环供水系统包括蓄水池、水泵、过滤网、进水管、出水管。所述的蓄水池盛放循环使用的水源，蓄水池底部沉淀的泥沙需要按时清理。所述的水泵是水循环的动力装置，进水管一端安装过滤网并放置在蓄水池中，进水管与出水管通过水泵连接，出水管另一端连接冲洗桶。

所述的供气系统由气泵、进气总管、进气分管、进气支管、进气电磁阀、进气接头组成。所述气泵是气体供应的动力装置，气泵与进气总管相接。所述气源气压范围推荐为0.5～2MPa；所述的进气总管下分两个进气分管，每个进气分管上安装有进气电磁阀，控制各进气分路的开关，每个进气分管又下接八个进气支管。其中一条进气分管下接的八个进气支管与四个冲洗桶上逆时针喷气的八个进气接头相接，则另一条进气分管下接的八个进气支管与四个冲洗桶上顺时针喷气的八个进气接头相接；进气接头安装在冲洗桶的底部，进气接头沿冲洗桶底部圆周分布，每隔90°安装一个进气接头，进气接头的轴向方向沿冲洗桶的切线方向布置，相对两个进气接头开口的安装方向一致，且与另外两个相对进气接头的安装方向相反，即其中相对两进气接头的朝向为逆时针，另两相对进气接头的朝向为顺时针。

所述的电路控制系统包括水泵开闭控制电路、气泵开闭控制电路和进气电磁阀开闭控制电路。其中水泵及气泵的开闭分别采用普通船型开关，进气电磁阀的开闭采用单联三态船型开关。进气电磁阀开关控制电路用于控制两条进气分管上两个进气电磁阀的联动开闭，拨动开关到顺时针进气状态时，一路进气分管上的进气电磁阀打开，另一进气分管上的进气电磁阀关闭，实现冲洗桶内水流顺时针方向的旋转。拨动开关到逆时针进气状态时，实现冲洗桶内水流逆时针方向的旋转。拨动开关到中间状态时，两路进气管同时关闭。

所述根系冲洗装置的工作过程为：

步骤1：取土样。将采集来的带根系的土样分别装入各冲洗桶中；

步骤2：冲洗根阶段。首先启动水泵和气泵，向冲洗桶中注水，待冲洗桶中水的高度接近冲洗桶高度的80%时，关闭水泵。然后，打开顺时针方向的进气电磁阀开关，将高压气体注入冲洗桶中的水中，高速气流推动水流形成顺时针方向的涡流，交替改变进气电磁阀开关状态，形成正反交替旋转的涡流，促使根系与土壤分离和根系上浮；

步骤3：排根阶段。待根系与土分离完全时，开启水泵，水再次注入冲洗桶中，当水面高度到达排根管开口后，高压气体带动根系上浮，经排根管流到滤筛上，完成排根过程，关闭气泵与水泵；

步骤4：取根阶段。将滤筛架移出，取走滤筛上的根系；

步骤5：清洗泥沙阶段。移出各移动抽屉，再次开启水泵注水，将冲洗桶中的泥沙清理干净后，关闭水泵。最后将移动抽屉及滤筛架复位。

本发明一种水气驱动的土壤根系分离装置的有益效果是：1）本发明结构简单，可有效分离土壤和根系，能实现四个工位同时工作，操作简便，省时高效。2）本发明通过水气混合驱动，使水的利用率提高。3）本发明使用气体推动水流转动，形成立体的、全方位的涡流，从而促使根系上浮与土分离。带压力的气体按顺时针与逆时针方向依次交替喷出，从而使涡流方向交替改变，水流逆转的冲击力不仅可以冲破体积较大的泥块，而且喷出的气体形成气泡，有利于带动根系上浮。使土壤和根系分离率高，根系完整度好。4）根系冲洗及水气流的启闭由电路控制系统控制，可根据分离效果人为决定分离工作时间，不仅提高了工作效率而且大大减轻了劳动强度。

附图说明

图1是本发明的整体布局图。

图2是根系冲洗工作平台的结构图。

图3是冲洗桶的结构图。

图中：1.蓄水池 2.过滤网 3.进水管 4.水泵 5.出水管 6.电路控制系统 7.气泵 8.进气总管 9.进气分管 10.进气电磁阀 11.进气支管 12.根系冲洗工作平台 13.进气接头 14.冲洗桶 15.汇流板 16.滤筛架支撑板 17.移动抽屉 18.滤筛架 19.滤筛 20.排根管 21.冲洗桶支撑板 22.出水口 23.窗口 24.桶身

具体实施方式

图1为根系冲洗装置的整体布局图。该装置包括：根系冲洗工作平台（12）、循环供水系统、供气系统、电路控制系统（6）。根系冲洗工作平台（12）包括四个结构及功能完全相同的冲洗工位，是完成冲洗根及取根的主要部分，四个工位可同时工作；循环供水装置的动力由水泵（4）提供，向冲洗桶（14）中注入水流并完成节水循环的功能。进水管（3）一端安装过滤网（2）并放置在蓄水池（1）中，进水管（3）与出水管(5)通过水泵(4)连接，出水管(5)另一端连接冲洗桶(14)。蓄水池（1）盛放循环使用的水源，蓄水池（1）底部沉淀的泥沙需要按时清理；供气系统由气泵(7)提供气源，将高压气体在冲洗桶(14)靠近底部沿切向充入冲洗桶(14)中的水体，由气流带动冲洗桶(14)中的水形成涡流，使根系和土壤在冲洗桶(14)中自动搅拌，同时气流形成的上浮气泡，促使根系上浮与土壤分离。气泵（7）与进气总管（8）相接。进气总管（8）下分两个进气分管（9），每个分管（9）上安装有进气电磁阀（10），控制各分路的开关。每个进气分管（9）又下接八个进气支管（11）。其中一条进气分管（9）下接的八个进气支管（11）与四个冲洗桶（14）上逆时针喷气的八个进气接头（13）相接，则另一条进气分管（9）下接的八个进气支管（11）与四个冲洗桶（14）上顺时针喷气的八个进气接头（13）相接；电路控制系统用于实现对水泵（4）、气泵（7）与进气电磁阀（10）的开启与关闭的控制。

图2为根系冲洗工作平台的结构图。所述的根系冲洗工作平台（12）由四个结构及功能完全相同的冲洗工位及汇流板（15）与出水口（22）组成，是完成冲洗根及取根的主要部分。每个冲洗工位包括冲洗桶（14）、排根管（20）、冲洗桶支撑板（21）、移动抽屉（17）、滤筛（19）、滤筛架（18）、滤筛架支撑板（16），四个冲洗工位同时工作；无底圆桶状的冲洗桶（14）固接在冲洗桶支撑板（21）上，冲洗桶支撑板（21）上对应冲洗桶（14）中心位置开有一圆孔，排根管（20）垂直固接于该圆孔上，排根管（20）的高度为冲洗桶（14）高度的90%；冲洗桶支撑板（21）上对应冲洗桶（14）底部位置开设有一窗口（23），窗口（23）的一端位于冲洗桶（14）内缘，另一端位于排根管（20）外缘，两端形状为同向半圆形，且窗口（23）下边沿处设有卡槽，卡槽内设有密封橡胶条。冲洗桶支撑板（21）侧面设有开口，移动抽屉（17）经此开口安装在窗口卡槽上，可在卡槽上移动，将移动抽屉（17）推入时可将冲洗桶支撑板（21）上的窗口（23）密封。四个移动抽屉（17）依次对应四个冲洗桶（14）；滤筛架支撑板（16）位于冲洗桶支撑板（21）的下部，其上设有导轨，滤筛架（18）上铺设滤筛（19）并放置于滤筛架支撑板（16）上，沿导轨移动。四个滤筛架（18）依次对应四个冲洗桶（14），可向冲洗桶的外侧拉出；汇流板（15）位于滤筛架支撑板（16）的下部，排根管（20）和窗口（23）均将冲洗桶（14）与汇流板（15）相连通。根系冲洗及清洗冲洗桶中泥沙的水经汇流板（15）的汇聚导向由出水口（22）流入蓄水池（1），循环使用。

图3为冲洗桶的结构图。冲洗桶由桶身（24）、进气接头（13）、窗口（23）、移动抽屉（17）和排根管（20）组成。且窗口(23)下端边沿开有卡槽，用来与移动抽屉(17)边沿的卡环相配合。根系冲洗过程中移动抽屉(17)封闭窗口(23)，禁止冲洗桶(14)中的水流走。清理泥沙时，拉出移动抽屉(17)，将窗口与汇流板连通，向冲洗桶(14)中再次注入水流，水流带着泥沙通过窗口(23)流入蓄水池(1)；进气接头(13)安装在冲洗桶(14)的底部，进气接头(13)沿冲洗桶底部圆周分布，每隔90°安装一个进气接头(13)，进气接头的轴向方向沿冲洗桶的切线方向布置，相对两个进气接头开口的安装方向一致，且与另外两个相对进气接头的安装方向相反，即其中相对两进气接头（13）开口的朝向为逆时针，另两相对进气接头（13）开口的朝向为顺时针。气体由进气接头(13)喷出，推动水流转动，从而形成立体的、全方位的涡流，使根与土在冲洗桶(14)中形成自动搅拌，水流不断循环冲洗，根从土中分离出来。带压力的气体按顺时针与逆时针方向依次交替喷出，从而使涡流方向交替改变，水流逆转的冲击力不仅可以冲破体积较大的泥块，而且喷出的气体形成气泡，有利于带动根系上浮。

Claims (1)

1.一种水气驱动的土壤根系分离装置，其特征在于包括：根系冲洗工作平台、循环供水系统、供气系统和电路控制系统；

所述的根系冲洗工作平台由四个结构及功能完全相同的冲洗工位及汇流板与出水口组成；每个冲洗工位包括冲洗桶、排根管、冲洗桶支撑板、移动抽屉、滤筛、滤筛架和滤筛架支撑板，四个冲洗工位同时工作；无底圆桶状的冲洗桶固接在冲洗桶支撑板上，冲洗桶支撑板构成冲洗桶的底部；冲洗桶底部中心位置开有一圆孔，排根管垂直固接于该圆孔上，排根管的高度为冲洗桶高度的90%；冲洗桶底部在排根管和冲洗桶内壁之间另开设有一窗口，窗口的一端位于近冲洗桶内壁处，另一端位于近排根管外缘处，使窗口两端形成同向半圆形，窗口的另外两条边平行，且窗口下边沿处设有卡槽，卡槽内有密封橡胶条；所述移动抽屉经冲洗桶支撑板侧面的开口安装在窗口下面的卡槽上，移动抽屉可在卡槽内移动，推入移动抽屉后可将冲洗桶支撑板上的窗口密封；滤筛架支撑板位于冲洗桶支撑板的下部，其上设有导轨，滤筛架上铺设滤筛并放置于滤筛架支撑板上，沿导轨移动；四个滤筛架和四个移动抽屉依次对应四个冲洗桶，滤筛架和移动抽屉可向冲洗桶外侧拉出；汇流板位于滤筛架支撑板的下部，排根管和窗口均与汇流板连通；

所述的循环供水系统包括蓄水池、水泵、过滤网、进水管和出水管；所述进水管一端安装过滤网并放置在蓄水池中，进水管与出水管通过水泵连接，出水管另一端连接冲洗桶；

所述的供气系统由气泵、进气总管、进气分管、进气支管、进气电磁阀和进气接头组成；所述气泵与进气总管相接；所述气泵气压范围为0.5~2MPa；所述进气总管下分两个进气分管，每个进气分管上安装有进气电磁阀；每个进气分管又下接八个进气支管；其中一条进气分管下接的八个进气支管与四个冲洗桶上逆时针喷气的八个进气接头相接，另一条进气分管下接的八个进气支管与四个冲洗桶上顺时针喷气的八个进气接头相接；进气接头安装在冲洗桶的底部，进气接头沿冲洗桶底部圆周分布，每隔90°安装一个进气接头，进气接头的轴向方向沿冲洗桶的切线方向布置；相对两个进气接头的安装方向一致，且与另外两个相对进气接头的安装方向相反，即相对两进气接头朝向为逆时针，另两个相对的进气接头朝向为顺时针；

所述的电路控制系统包括水泵开闭控制电路、气泵开闭控制电路和进气电磁阀开闭控制电路；其中水泵及气泵的开闭分别采用普通船型开关，进气电磁阀的开闭采用单联三态船型开关；进气电磁阀开关控制电路用于控制两条进气分管上两个进气电磁阀的联动开闭，拨动开关到顺时针进气状态时，一路进气分管上的进气电磁阀打开，另一进气分管上的进气电磁阀关闭，实现冲洗桶内水流顺时针方向的旋转；拨动开关到逆时针进气状态时，实现冲洗桶内水流逆时针方向的旋转；拨动开关到中间状态时，两路进气管同时关闭。

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