CN104596800A - 一种轮式地表径流采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地表径流采样装置，可用于大范围的道路地表径流自动化采样。装置组成：导流器、计步器、车轮、转动电机、电子控制器、贮存器和底盘七大部分。本发明适用于城市地表径流采样，用于解决由于道路地表径流水位极低，通常泵吸式、截留式采样器无法进行有效采集的现状。同时本发明集合和轮式部件，使得采样器实现移动采样，有效地扩大采样区域，提高采样效率；并设计计步装置，结合步进电机控制电路，通过控制电路能对各种长度的地表径流进行分类采集，实现采样自动化。

Description

一种轮式地表径流采样装置

技术领域

本发明属于市政工程、环境保护技术领域，具体涉及一种轮式地表径流采样装置。

背景技术

随着城市建设高速发展，城市区域下垫面情况复杂程度增加，大气烟尘排放增加、车行量变大，降雨形成的雨水径流中，产汇流条件发生较大变化，主要含有化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、悬浮物(SS)及各种重金属等污染物。初降雨水水量有限，在地面行进过程中收集难度较大。而且，为了进一步研究需要，需要对不同片区的初降雨水进行收集、测试。

现有采样装置存在采样水位的限制，采样水量有限，采样点固定等缺点，急需提出一种移动式的高效道路雨水采样装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种轮式地表径流采样装置，采用轮胎毛细现象以及转动离心力，结合导流器及数控收集器，有效地对极浅地表径流进行收集。

本发明用于解决由于道路地表径流水位极低，通常泵吸式、截留式采样器无法进行有效采集的现状。同时本发明集合和轮式部件，使得采样器实现移动采样，有效地扩大采样区域，提高采样效率；并设计计步装置，结合步进电机控制电路，通过控制电路能对各种长度的地表径流进行分类采集，实现采样自动化。

本发明提出的一种轮式地表径流采样装置，包括导流器1、计步器2、车轮3、转动电机4、电子控制器5、贮存器6和底盘7，其中：

导流器1包括导流挡水弧板11、纵向导流槽12、纵向导流槽漏斗13、横向导流槽14和横向导流槽漏斗15；导流挡水弧板11和纵向导流槽12为前后各一个，两个纵向导流槽12位于横向导流槽14两侧，导流挡水弧板11通过焊接与纵向导流槽12相连，位于前部的纵向导流槽固定于位于前部的导流挡水弧板11弧段末端，位于后部的纵向导流槽固定于位于后部的导流挡水弧板11前端，所述前后两个纵向导流槽12向横轴延伸，在前后两个纵向导流槽12中部均焊接有纵向导流槽漏斗13；横向导流槽14位于纵向导流槽漏斗13正下方，且焊接于纵向导流槽12中线正下方，并沿着横轴线延伸连接两个纵向导流槽漏斗13；横向导流槽漏斗15焊接于横向导流槽14下部，且位于贮存器6中最后侧杯筒62圆心正上方；

计步器2包括变速齿轮箱21、引导齿轮22、计步器固定轴承架23、变速器固定支架24、转速探头25和转速指示齿轮26；变速齿轮箱21通过螺丝固定于变速器固定支架24上；变速齿轮箱21输入轴上装有引导齿轮22，所述输入轴固定于计步器固定轴承架23上；变速齿轮箱21输出轴上装有转速指示齿轮26，输出轴固定于计步器固定轴承架23上；转速探头25固定于变速器固定支架24上，所述转速探头25伸向转速指示齿轮26，并通过电缆连接步进电机控制器52；

车轮3包括轮胎31、轮轴32、主动齿轮33和车轮固定轴承架34；两个轮胎31中心焊接有轮轴32，轮轴32固定于两个车轮固定轴承架34上。位于前端的轮轴32上安装有主动齿轮33，主动齿轮33与计步器2中引导齿轮22相对接；位于后端的轮轴32上不安装主动齿轮33；

转动电机4包括步进电机41和滚轮42；步进电机41输出轴上安装有滚轮42，滚轮42与贮存器6上转动轮盘61相切；步进电机41通过电缆与电子控制器5中的电池组51、步进电机控制器52相连；

电子控制器5包括电池组盒51和步进电机控制器52；所述电池组盒51和步进电机控制器52放置于防水方盒内；

贮存器6包括转动轮盘61、杯筒62、轮盘转动外轴63、轮盘转动内轴64、轮盘转轴底部密封盖65、径向轴承66和推力轴承67；转动轮盘61外围均匀分布有杯筒62，杯筒62通过螺丝、螺母固定于转动轮盘61上。转动轮盘61中央有焊接有轮盘转动外轴63；轮盘转动内轴64上依次安装有径向轴承66、推力轴承67和径向轴承66；上端径向轴承66外圈安装在轮盘转动外轴63内壁，中部推力轴承67安装在底盘7中底板73与转动轮盘61之间，下端径向轴承66外圈安装在轮盘转轴底部密封盖65内壁；

底盘7包括左右盖板锁紧架71、前后盖板锁紧架72、底板73、盖板74和牵引杆75，底板73四周焊接有左右盖板锁紧架71、前后盖板锁紧架72，牵引杆75焊接于底板73前端中央，盖板74放置于底板73正上方，通过螺丝与左右盖板锁紧架71、前后盖板锁紧架72紧固连接；

所述导流器1通过挡水弧板11下端支架上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板73上；计步器2通过计步器固定轴承架23上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板73前端；车轮3通过车轮固定轴承架34上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板73上；所述挡水弧板11包围于轮胎31上部；转动电机4通过主体步进电机41底部的孔洞用螺丝固定在底板73上；电子控制器5的防水方盒直接焊接在底板73后端；贮存器6通过轮盘转轴底部密封盖65，将轮盘转轴底部密封盖65焊接在底板73中部，贮存器6中最后侧杯筒62圆心位于横向导流槽漏斗15正下方。

本发明中，所述计步器2将装置行进距离变成数字信号，驱动贮存器转动变更灌注采样瓶，实现可变等距离自动采样、分类贮存。

本发明的有益效果在于：

1、  装置采用轮胎的毛细现象，能更好地收集通常情况下水泵无法采集的地表径流。

2、  装置采用轮胎转动的离心力，将雨水引导到导流器上，能进行有效的富集。

3、  装置采用计步装置，结合步进电机控制电路，通过控制电路能对各种长度的地表径流进行分类采集。

4、  装置采用盘式贮存器，有效增大了水样采集量，并对水样按照距离进行分类储存。

5、  采用轮式驱动，使得装置能有广阔的采用区间。

附图说明

图1装置俯视图。

图2装置侧视图。

图中标号：1为导流器，2为计步器，3为车轮，4为转动电机，5为电子控制器，6为贮存器，7为底盘，11为导流挡水弧板，12为纵向导流槽，13为纵向导流槽漏斗，14为横向导流槽，15为横向导流槽漏斗，21为变速齿轮箱，22为引导齿轮，23为计步器固定轴承架，24为变速器固定支架，25为转速探头，26为转速指示齿轮，31为轮胎，32为轮轴，33为主动齿轮，34为车轮固定轴承架，41为步进电机，42为滚轮，51为电池组盒，52为步进电机控制器，61为转动轮盘，62 杯筒，63为轮盘转动外轴，64为轮盘转动内轴，65为轮盘转轴底部密封盖，66为径向轴承，67为推力轴承，71为左右盖板锁紧架，72为前后盖板锁紧架，73为底板，74为盖板，75为牵引杆。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

将轮式地表径流采样装置放置于需要采样的地面，用缆绳通过牵引杆75与牵引车辆相连。

在贮存器6的杯筒62中放置采样所用水杯，将电源放入电池组盒51中，接通电源并结合采样距离L、采样瓶个数M，按照F=L/（π*D/N*M）在步进电机控制器52上设置采用频率F。并盖上盖板74，使用螺丝通过左右盖板锁紧架71、前后盖板锁紧架72将盖板74锁紧。

启动牵引车辆，牵引轮式地表径流采样装置前行。车轮3上轮胎31带动轮轴32及主动齿轮33转动。主动齿轮33带动计步器2上的引导齿轮22转动，引导齿轮22通过变速齿轮箱21的输入轴承带动变速齿轮箱21转动，转速经过变速齿轮箱21减速后，通过变速齿轮箱21的输出轴承带动转速指示齿轮26转动。固定在变速器固定支架24的转速探头25读取转速指示齿轮26转速，并通过电缆将信号传输到步进电机控制器52。

根据轮胎直径D，变速器速比N，通过调节步进电机控制器52设定采样频率F，步进电机控制器52每隔π*D/N*F的距离向转动电机4的步进电机41发射启动信号，步进电机41启动通过滚轮42带动转动轮盘61转动，切换到下一杯筒62，使得下一杯筒62正对横向导流槽漏斗15。

当轮式地表径流采样装置经过地表润湿或者存在地表径流区域时，通过轮胎31表面纹路的毛细现象，地面积水汲取到轮胎纹路中，并随轮胎31转动提升到高处。在轮胎31转动离心力的作用下，离开地面并吸附在纹路中的雨水部分被甩到导流挡水弧板11内弧面，并随导流挡水弧板11流入纵向导流槽12中，纵向导流槽12中的雨水通过纵向导流槽漏斗13汇集到横向导流槽14中，最后通过横向导流槽漏斗15流入贮存器6的杯筒62中的采样瓶内。

当完成采样距离时，缓慢停下牵引车辆，松开左右盖板锁紧架71、前后盖板锁紧架72与盖板74锁紧的螺丝，取下盖板74。取出贮存器6的杯筒62中的采样瓶内。拿出电池组盒51中的电池，冲洗采样器并烘干，为下次采样做准备。

Claims (2)

1.一种轮式地表径流采样装置，包括导流器(1)、计步器(2)、车轮(3)、转动电机(4)、电子控制器(5)、贮存器(6)和底盘(7)，其特征在于：

导流器(1)包括导流挡水弧板(11)、纵向导流槽(12)、纵向导流槽漏斗(13)、横向导流槽(14)和横向导流槽漏斗(15)；导流挡水弧板(11)和纵向导流槽(12)为前后各一个，两个纵向导流槽(12)位于横向导流槽(14)两侧，导流挡水弧板(11)通过焊接与纵向导流槽(12)相连，位于前部的纵向导流槽固定于位于前部的导流挡水弧板(11)弧段末端，位于后部的纵向导流槽固定于位于后部的导流挡水弧板(11)前端，所述前后两个纵向导流槽(12)向横轴延伸，在前后两个纵向导流槽(12)中部均焊接有纵向导流槽漏斗(13)；横向导流槽(14)位于纵向导流槽漏斗(13)正下方，且焊接于纵向导流槽(12)中线正下方，并沿着横轴线延伸连接两个纵向导流槽漏斗(13)；横向导流槽漏斗(15)焊接于横向导流槽(14)下部，且位于贮存器(6)中最后侧杯筒(62)圆心正上方；

计步器(2)包括变速齿轮箱(21)、引导齿轮(22)、计步器固定轴承架(23)、变速器固定支架(24)、转速探头(25)和转速指示齿轮(26)；变速齿轮箱(21)通过螺丝固定于变速器固定支架(24)上；变速齿轮箱(21)输入轴上装有引导齿轮(22)，所述输入轴固定于计步器固定轴承架(23)上；变速齿轮箱(21)输出轴上装有转速指示齿轮(26)，输出轴固定于计步器固定轴承架(23)上；转速探头(25)固定于变速器固定支架(24)上，所述转速探头(25)伸向转速指示齿轮(26)，并通过电缆连接步进电机控制器(52)；

车轮(3)包括轮胎(31)、轮轴(32)、主动齿轮(33)和车轮固定轴承架(34)；两个轮胎(31)中心焊接有轮轴(32)，轮轴(32)固定于两个车轮固定轴承架(34)上；位于前端的轮轴(32)上安装有主动齿轮(33)，主动齿轮(33)与计步器(2)中引导齿轮(22)相对接；位于后端的轮轴(32)上不安装主动齿轮(33)；

转动电机(4)包括步进电机(41)和滚轮(42)；步进电机(41)输出轴上安装有滚轮(42)，滚轮(42)与贮存器(6)上转动轮盘(61)相切；步进电机(41)通过电缆与电子控制器(5)中的电池组(51)、步进电机控制器(52)相连；

电子控制器(5)包括电池组盒(51)和步进电机控制器(52)；所述电池组盒(51)和步进电机控制器(52)放置于防水方盒内；

贮存器(6)包括转动轮盘(61)、杯筒(62)、轮盘转动外轴(63)、轮盘转动内轴(64)、轮盘转轴底部密封盖(65)、径向轴承(66)和推力轴承(67)；转动轮盘(61)外围均匀分布有杯筒(62)，杯筒(62)通过螺丝、螺母固定于转动轮盘(61)上；转动轮盘(61)中央有焊接有轮盘转动外轴(63)；轮盘转动内轴(64)上依次安装有径向轴承(66)、推力轴承(67)和径向轴承(66)；上端径向轴承(66)外圈安装在轮盘转动外轴(63)内壁，中部推力轴承(67)安装在底盘(7)中底板(73)与转动轮盘(61)之间，下端径向轴承(66)外圈安装在轮盘转轴底部密封盖(65)内壁；

底盘(7)包括左右盖板锁紧架(71)、前后盖板锁紧架(72)、底板(73)、盖板(74)和牵引杆(75)，底板(73)四周焊接有左右盖板锁紧架(71)、前后盖板锁紧架(72)，牵引杆(75)焊接于底板(73)前端中央，盖板(74)放置于底板(73)正上方，通过螺丝与左右盖板锁紧架(71)、前后盖板锁紧架(72)紧固连接；

所述导流器(1)通过挡水弧板(11)下端支架上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板(73)上；计步器(2)通过计步器固定轴承架(23)上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板(73)前端；车轮(3)通过车轮固定轴承架(34)上的孔洞用螺丝、螺母固定在底板(73)上；所述挡水弧板(11)包围于轮胎(31)上部；转动电机(4)通过主体步进电机(41)底部的孔洞用螺丝固定在底板(73)上；电子控制器(5)的防水方盒直接焊接在底板(73)后端；贮存器(6)通过轮盘转轴底部密封盖(65)，将轮盘转轴底部密封盖(65)焊接在底板(73)中部，贮存器(6)中最后侧杯筒(62)圆心位于横向导流槽漏斗(15)正下方。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述计步器(2)将装置行进距离变成数字信号，驱动贮存器转动变更灌注采样瓶，实现可变等距离自动采样、分类贮存。