CN103900871B - 一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器，包括滚筒式土壤筛、样品滚筒以及调速电机底座，调速电机底座包括传动轮，传动轮与样品滚筒外部摩擦传动设置，滚筒式土壤筛固定在样品滚筒内。本发明具有使用方便，减少误差，节省操作时间，提高工作效率等优点；本发明用简单的机械机构代替了手工剥离，避免了手工操作带来的不确定性误差的发生，通过简单的函数关系帮助建立较精确的土壤团聚体内各物质沿团聚体径向分布的数学模型；本发明可处理的土壤团聚体或团块样品直径范围广，尤其是对于原来手工剥离时难处理的小粒径样品亦能够胜任，同时还能有效地提高土壤团聚体或团块样品剥离物品质的可靠性，减少人为误差。

Description

一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器

技术领域

本发明涉及一种剥离器，具体涉及一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器。

背景技术

土壤团聚体是土壤学科研究的重要组成部分，其组成对土壤养分和水分及其作物的生长状况均具有重要的影响。由于受到研究手段的限制，以往有关土壤团聚体的研究只是将其作为一个整体来对待，研究过程中忽略了土壤团聚体本身的内部物理结构和空间变异。本仪器的发明将实现土壤团聚体的分层剥离，技术上使得精确建立土壤团聚体内各物质分布的数学模型（如植物营养元素、农药残留物、重金属污染物等）成为可能，因此对丰富土壤学研究手段以及推进土壤科学的发展具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的空缺，发明一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器。

本发明通过以下技术方案实现：

一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器，包括滚筒式土壤筛、样品滚筒以及调速电机底座，调速电机底座包括传动轮，传动轮与样品滚筒外部摩擦传动设置，滚筒式土壤筛固定在样品滚筒内。

所述调速电机底座包括开关、指示灯、调速装置、定时装置、反转装置、电源适配装置、传动装置；所述传动装置包括主动轮、传动轮与辅助轮。

所述传动轮与辅助轮表面设置凸起。

所述样品滚筒由有机玻璃板胶合而成，样品滚筒一端开窗并配盖板，滚筒式土壤筛与盖板固定设置，滚筒另一端开设出样品的导出孔，小孔配有倒出孔塞。

样品滚筒与盖板的连接装置包括弹性杆和偏心套筒扳手。

样品滚筒圆盘边沿设置一圈以橡胶材质制作的橡胶环。

所述滚筒式土壤筛筒由打孔钢板制成圆筒形骨架，其一端焊钢板做底，另一端焊以法兰盘以连接盖板，圆筒形骨架外侧包裹筛网。

本发明的有益效果是：

1.相比原始的手动切削剥离法，本发明具有使用方便，减少误差，节省操作时间，提高工作效率等优点；

2.本发明可处理的土壤团聚体或团块样品直径范围广(5mm-50mm)，尤其是对于原来手工剥离时难处理的小粒径样品(5mm-10mm)也能够胜任；

3.本发明能够有效地提高土壤团聚体或团块样品剥离物品质的可靠性，进而满足实验的可重复性和结果的可比性;

4.本发明用简单的机械机构代替了手工剥离，避免了手工操作带来的不确定性误差的发生，使得实验的结果准确性得到保证；

5.本发明可通过简单的函数关系帮助建立较精确的土壤团聚体内各物质沿团聚体径向分布的数学模型。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的调速电机底座示意图；

图3是本发明的样品滚筒示意图，范例尺寸标于其上（单位：mm）；

图4是本发明的滚筒式土壤筛图示，范例尺寸标于其上（单位：mm）；

图5是本发明的盖板固定装置正视示意图；

图6是本发明的盖板固定装置俯视示意图；

图7是本发明的正反转装置电示意图；

图8是本发明的定时装置电路示意图；

图9是本发明的调速电机电路示意图。

图中：1为滚筒式土壤筛，2为样品滚筒，3为传动轮，4为辅助轮，5为底座，6为调速旋钮，7为定时旋钮，8为指示灯，9为开关，10为主动轮，11为传动皮带，12为橡胶环，13为倒出孔，14为倒出孔塞，15为偏心套筒扳手，16为弹性杆，17为杆支座，18为螺母(10mm)，19为垫片(10mm)，20为盖板，21为橡胶垫圈，22为法兰盘，23为螺丝(10mm)，24为筛网(0.25mm)。

具体实施方式

本发明的具体实施方式，如附图所示，一种滚筒式土壤团聚体剥离器，包括滚筒式土壤筛1、样品滚筒2以及调速电机底座。调速电机底座由开关9、指示灯8、调速装置、定时装置、反转装置、电源适配装置、传动装置及其他附属部分构成；样品筒由有机玻璃板胶合而成，样品滚筒一端开窗并配盖板20，用以固定滚筒式土壤筛，样品滚筒圆盘边沿设置一圈以橡胶材质制作的橡胶环12，以增大与传动轮的摩擦，样品滚筒另一端开倒出孔13用以倒出磨下的土样粉粒，平时以倒出孔塞14堵住；滚筒式土壤筛由打孔钢板制成圆筒形骨架，其一端焊钢板做底，另一端焊以法兰盘22以连接盖板，骨架外侧包裹0.25mm孔径的不锈钢筛网24，接口处以热熔胶密封防止土样粉粒漏出。

滚筒式土壤筛通过螺丝23、同规格的垫片19和螺帽与滚筒盖板连接，放入滚筒内部；滚筒与盖板的连接是通过弹性杆16和偏心套筒扳手15实现的，套在弹性杆上的偏心套筒扳手通过偏心转动压迫弹性杆产生力，再通过偏心套筒扳手传到盖板，将盖板压在滚筒上；滚筒直接放置在底座上，通过与一组传动轮3、一组辅助轮4接触，依靠摩擦力转动。底座的传动轮、辅助轮上设有一圈凸起，以增大与样品滚筒的摩擦，滚筒式土壤筛和盖板之间夹以与法兰盘尺寸相同的环形橡胶垫圈，以防土样粉粒漏出

本专利能够实现土壤团聚体的分层剥离；通过设定研磨时间、滚筒转速控制分层剥离的程度和速度；能够实现工作时指示灯亮；能够实现滚筒的自动正反转；能够实现分层剥离出的土样样品在不打开盖板的情况下顺利取出。

数学模型说明：

为便于计算，以下数学模型将单颗的土壤团聚体或团块样品作为质量均匀分布的球体考虑。使用所述的滚筒式土壤团聚体剥离器时，可根据初始放入滚筒式土壤筛的土壤团聚体或团块样品质量M，剥离下的土样碎屑质量ΔM，初始土样平均半径R和土样密度ρ，换算出ΔM与剥离深度ΔR（自剥离前土样表面沿径向至剥离后土样表面的距离）的函数关系，根据已知条件的不同可得到两种结果：

①考录到实际的ρ值较易测得，但已知R、M和ΔM时，ΔR可由下式计算：

（1）

由于筛网筒直径为180mm，为保证剥离效果，式中R的取值范围为5mm≤R≤50mm。

令=K（0≤K≤1），当R为单位值（R=R₀=1mm）时，将K值与对应的ΔR₀值列表如下（对于不同的R值只需将对应的ΔR乘以R倍即可，所计算所得K在表中无直接对应数值，可使用线性插值法近似求得。如表1（a）所示，将K值于小数点后第一位与第二位间截断，分为两部分，以两部分之和表示K。表中第一行为K整数部分和小数点后第一位的，左边第一列为K小数点后第二位及以下的部分，两者之和为K值，两者横纵交叉所对应的数值即为相应的ΔR₀。由于K＞0.99时所对应的ΔR₀数值较大变化，故将K＞0.99时的数值单独列出如下（表1（b）） (R和ΔR单位为mm，M和ΔM单位为g。) 。

表1（a）

表1（b）

②若ρ、M和ΔM已知，而R未知但是样品粒径范围不大时，ΔR可由下式计算（R和ΔR单位为mm，M和ΔM单位为g，ρ单位为g/cm³）：

（2）

R可由下式计算

(3)

工作方式举例一：

称取质量328.50g已筛好的平均半径R为12.5mm的土壤团聚体样品放入筛网筒，通过橡胶垫圈、螺丝、同尺寸垫片和螺母与盖板连接，放入滚筒内；将偏心圆套筒扳手套在弹性杆上，将弹性杆插入滚筒的杆座中，转动扳手压紧盖板；将滚筒底部的倒出孔用塞子塞住；将滚筒放在主动轮和辅助轮上。

接通电源，打开开关，指示灯亮。设定合适的研磨时间和滚筒转速，主动轮通过传动皮带动传动轮转动，触动轮通过摩擦带动滚筒转动，筛网筒中土样相互摩擦。工作完成后，将滚筒底部塞子拔出，倒出磨下的土样碎屑，称量其质量为13.14g，K=13.14g/328.50g=0.04，查表1得ΔR₀=0.0135，ΔR=R·ΔR₀=12.5mm×0.0135=0.16875mm。收集好磨下的土样以备后续化学分析用。

将塞子塞回滚筒，设定合适的研磨时间和滚筒转速，继续剥离土样，工作完成后，倒出磨下的土样碎屑，称量其质量为26.28g，K=(13.14g+26.28g)/328.50g=0.12，查表1得ΔR₀=0.0417，ΔR=R·ΔR₀=12.5mm×0.0417=0.52125mm。收集好磨下的土样以备后续化学分析用。

根据需要重复上步。

使用结束后，关掉开关，断掉电源，取下滚筒，拆下筛网筒清理干净，整理仪器设备，以备下次使用。

工作方式举例二：

称取已知ρ为1.25g/cm³的土壤团聚体样品281.38g，放入筛网筒，通过橡胶垫圈、螺丝、同尺寸垫片和螺母与盖板连接，放入滚筒内；将偏心圆套筒扳手套在弹性杆上，将弹性杆插入滚筒的杆座中，转动扳手压紧盖板；将滚筒底部的倒出孔用塞子塞住；将滚筒放在主动轮和辅助轮上。

接通电源，打开开关，指示灯亮。设定合适的研磨时间和滚筒转速，主动轮通过传动皮带动传动轮转动，触动轮通过摩擦带动滚筒转动，筛网筒中土样相互摩擦。工作完成后，将滚筒底部塞子拔出，倒出磨下的土样碎屑，称量其质量为7.27g，根据式(2)计算有=0.32784mm。收集好磨下的土样以备后续化学分析用。

根据需要重复上步。

使用结束后，关掉开关，断掉电源，取下滚筒，拆下筛网筒清理干净，整理仪器设备，以备下次使用。

本发明现无相似技术，相比原始的手动切削剥离法，具有使用方便，减少误差，节省操作时间，提高工作效率等优点。本发明用简单的机械机构代替了手工剥离，避免了手工操作带来的不确定性误差的发生，通过简单的函数关系帮助建立较精确的土壤团聚体内各物质沿团聚体径向分布的数学模型。本发明可处理的土壤团聚体或团块样品直径范围广，尤其是对于原来手工剥离时难处理的小粒径样品亦能够胜任，同时还能有效地提高土壤团聚体或团块样品剥离物品质的可靠性，减少人为误差。

Claims (7)

1.一种滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：包括滚筒式土壤筛、样品滚筒以及调速电机底座，调速电机底座包括传动轮，传动轮与样品滚筒外部摩擦传动设置，滚筒式土壤筛固定在样品滚筒内；

初始放入滚筒式土壤筛的土壤团聚体质量为M，初始土壤团聚体的平均半径为R，密度为ρ，使用该滚筒式土壤团聚体剥离器后，剥离下的土样碎屑质量为ΔM，ΔR为自剥离前土样表面沿径向至剥离后土样表面的距离，简称剥离深度；R和ΔR的单位均为mm，M和ΔM的单位均为g，ρ单位为g/cm³；

根据已知条件的不同，通过以下两种函数关系计算得到ΔR：以建立精确的土壤团聚体内各物质沿团聚体径向分布的数学模型，数学模型将单颗的土壤团聚体作为质量均匀分布的球体考虑；

①测得ρ值，已知R、M和ΔM时，ΔR可由下式计算：

（1）；

②ρ、M和ΔM已知，R未知，但样品粒径范围不大时，ΔR可由下式计算得到：

（2）；

R可由下式计算：

(3)。

2.如权利要求1所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：所述调速电机底座包括开关、指示灯、调速装置、定时装置、反转装置、电源适配装置、传动装置；所述传动装置包括主动轮、传动轮与辅助轮。

3.如权利要求2所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：所述传动轮与辅助轮表面设置凸起。

4.如权利要求1或2或3所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：所述样品滚筒由有机玻璃板胶合而成，样品滚筒一端开窗并配盖板，滚筒式土壤筛与盖板固定设置，滚筒另一端开设出样品的导出孔，导出孔配有导出孔塞。

5.如权利要求4所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：样品滚筒与盖板的连接装置包括弹性杆和偏心套筒扳手。

6.如权利要求5所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：样品滚筒圆盘边沿设置一圈以橡胶材质制作的橡胶环。

7.如权利要求6所述滚筒式土壤团聚体分层剥离器，其特征在于：所述滚筒式土壤筛筒由打孔钢板制成圆筒形骨架，其一端焊钢板做底，另一端焊以法兰盘以连接盖板，圆筒形骨架外侧包裹筛网。