CN105372092B - 一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车 - Google Patents
一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，与现有技术相比解决了尚无能够自动进行土壤采样的缺陷。本发明的支架上安装有卸土液压缸和采土液压缸，卸土液压缸的活塞杆和采土液压缸的活塞杆均穿过支架朝向履带车底盘，采土液压缸的数量为2个且分别位于卸土液压缸的两旁，两个采土液压缸的活塞杆上均安装在联动块上，联动块的中部设有螺纹通孔，采土圆筒的尾端螺纹安装在螺纹通孔上；卸土液压缸的活塞杆上安装有卸土杆，卸土杆插在螺纹通孔和采土圆筒内，且当卸土液压缸的活塞杆向下运动时，卸土杆从采土圆筒内伸出。本发明能够针对大面积、高工作量的野外复杂恶劣环境下的土壤进行试样采集。
Description
技术领域
本发明涉及土壤采样设备技术领域，具体来说是一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车。
背景技术
我国是农业大国，农业是国民经济的基础。土壤是农业的基础和重要组成部分，实时掌握农田土壤成分的空间分布，是实现农田精准施肥的前提条件。目前市面上存在很多土壤成分检测的仪器，可以对土壤成分信息实时监控，但是这些仪器的正常使用需要首先获取大量土壤试样，传统的试样获得需要工作人员在农田里大面积地取样，这样就会耗费大量的人力、物力且效率低下。
近年来我国工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了严重的土壤污染。污染土壤的治理需要对土壤进行采样检测，而这些受污染的土壤环境恶劣不适合技术人员的进入，因此，如何开发出一种土壤采样的全自动无人驾驶装置已经成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中尚无能够自动进行土壤采样的缺陷，提供一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车来解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，包括履带车底盘，履带车底盘上安装有采土装置和存土装置，
所述的采土装置包括竖直安装在履带车底盘上的支架，支架上安装有卸土液压缸和采土液压缸，卸土液压缸的活塞杆和采土液压缸的活塞杆均穿过支架朝向履带车底盘，采土液压缸的数量为2个且分别位于卸土液压缸的两旁，两个采土液压缸的活塞杆上均安装在联动块上，联动块的中部设有螺纹通孔，采土圆筒的尾端螺纹安装在螺纹通孔上；卸土液压缸的活塞杆上安装有卸土杆，卸土杆插在螺纹通孔和采土圆筒内，且当卸土液压缸的活塞杆向下运动时，卸土杆从采土圆筒内伸出；
存土装置包括安装在履带车底盘上的平板，平板上活动安装有大圆盘且大圆盘与平板构成转动配合，大圆盘内的同心圆轨迹上设有若干个土壤容纳杯和一个通孔；履带车底盘上设有采土孔A，平板上设有采土孔B，通孔、采土孔A和采土孔B均位于采土圆筒的运动轨迹上，采土圆筒位于大圆盘的同心圆轨迹上方。
所述的平板上固定安装有小圆盘和电机A，旋转法兰通过推力轴承安装在小圆盘上，大圆盘通过若干个六角柱固定安装在旋转法兰上，旋转法兰上设有采土孔C且采土孔C与通孔上下对应，大圆盘、小圆盘和旋转法兰三者的圆心上下对应，钢轴贯穿旋转法兰和小圆盘且钢轴的上端与大圆盘固定安装，钢轴通过角接触球轴承与小圆盘活动安装；钢轴的下端固定安装有联动轮A，电机A的输出轴上安装有联动轮B，联动轮A和联动轮B两者位于同一水平面上且联动轮A和联动轮B上绕有皮带。
履带车底盘上安装有电机B和两条导轨，电机B的输出轴固定安装在平板上，平板安装在两条导轨上且与导轨构成滑动配合。
所述的支架为“几”字形。
所述的卸土液压缸和采土液压缸均为双作用液压缸。
所述的采土圆筒的前端为楔形。
还包括位移传感器、无线收发器、GPS和角度传感器，无线收发器、GPS和位移传感器均安装在支架上，大圆盘的圆心处垂直安装有圆棒，角度传感器安装在圆棒上。
所述的联动块上位于螺纹通孔的两旁设有安装孔，安装孔的数量为2个，两个采土液压缸的活塞杆上分别安装在联动块的两个安装孔上。
所述的土壤容纳杯贯穿大圆盘且放置在旋转法兰上。
所述的大圆盘上由外至内设有四条同心圆轨迹，大圆盘的每条同心圆轨迹上均布置有若干个土壤容纳杯和一个通孔。
有益效果
本发明的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，与现有技术相比能够针对大面积、高工作量的野外复杂恶劣环境下的土壤进行试样采集，可快速获得土壤成分及其含量分布情况。其操作简便，可在田间自由移动，整个过程可控、连续、无污染，适用于大面积田地操作，具有工作效率高、劳动成本低的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的仰视立体示意图；
图3为本发明中采土装置的结构示意图；
图4为本发明采土装置中联动块的结构示意图；
图5为本发明中存土装置的结构俯视图；
图6为本发明中存土装置的结构仰视图；
图7为本发明中存土装置的纵向剖视图；
其中，1-履带车底盘、2-采土装置、3-存土装置、110-采土孔A、211-支架、212-卸土液压缸、213-采土液压缸、214-联动块、215-螺纹通孔、216-采土圆筒、217-卸土杆、218-位移传感器、219-GPS、220-安装孔、311-平板、312-大圆盘、313-土壤容纳杯、314-通孔、315-采土孔B、316-小圆盘、317-电机A、318-旋转法兰、319-推力轴承、320-六角柱、321-采土孔C、322-钢轴、323-角接触球轴承、324-联动轮A、325-联动轮B、326-皮带、327-电机B、328-导轨、329-角度传感器、330-圆棒、410-无线收发器。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本发明所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，包括履带车底盘1，履带车底盘1为采土装置2和存土装置3的移动载体，其可以采用遥控方式，也可以采用自动控制方式进行移动。履带车底盘1上按现有技术的方式布置有供电电源、液压油箱、行车电机、行车泵、液压控制阀、工控机、行车雷达、数字陀螺仪。行车雷达安装在履带车底盘1的前后端，用于履带车的安全行驶；数字陀螺仪安装在履带车底盘1的中间，用于控制履带车的方向。履带车底盘1上安装有采土装置2和存土装置3，采土装置2用于采集土壤，存土装置3用于采样土壤的存放。
如图3所示 ，采土装置2包括竖直安装在履带车底盘1上的支架211，支架211用于支撑卸土液压缸212和采土液压缸213，卸土液压缸212和采土液压缸213均为双作用液压缸。支架211可以为“几”字形或倒U形，卸土液压缸212和采土液压缸213安装支架211上，并且卸土液压缸212的活塞杆和采土液压缸213的活塞杆均穿过支架211朝向履带车底盘1，即卸土液压缸212和采土液压缸213两者活塞杆的运动方向均是朝向地面方向。采土液压缸213的数量为2个且分别位于卸土液压缸212的两旁，由于采土液压缸213的作用是通过采土圆筒216采集土样，采集上来的土样在采土圆筒216内需要通过卸土杆217送出，放入土壤容纳杯313内。采土液压缸213和卸土液压缸212两者在竖直方向安装位置不可能形成层叠（两者无法实现上下位置关系），只能在水平方向呈相依布置，即采土液压缸213位于卸土液压缸212的侧部，而这种布置方式中采土液压缸213的活塞杆传递的运动力与采土圆筒216存在错位，不在同一轴向上，时间一长，则会引起采土圆筒216的侧移，导致采土圆筒216和卸土杆217的损坏。
如图4所示，在此采用联动块214的设计，两个采土液压缸213的活塞杆上均安装在联动块214上，联动块214水平方向依次设有三个孔，依次分别为安装孔220、螺纹通孔215和安装孔220，螺纹通孔215的两旁设有安装孔220，安装孔220的数量为2个。两个采土液压缸213的活塞杆上分别安装在联动块214的两个安装孔220上，通过两个采土液压缸213的工作，就可以带动联动块214的上下运动。联动块214的中部设有螺纹通孔215，采土圆筒216的尾端螺纹安装在螺纹通孔215上，采土圆筒216根据实际需要可以为多种尺寸、多种管径，在需要时可以方便的螺纹安装在螺纹通孔215上，从而通过两个采土液压缸213的工作，便可以带动采土圆筒216的上下运动。卸土液压缸212的活塞杆上安装有卸土杆217，卸土杆217插在螺纹通孔215和采土圆筒216内。由于卸土液压缸212位于两个采土液压缸213的中间，卸土液压缸212的活塞杆上安装的卸土杆217则直接插在联动块214中部的螺纹通孔215上，并且伸入采土圆筒216内。卸土杆217与采土圆筒216两者属于内外关系，但分属不同的液压控制，因此两者在运动上并没有关联性。卸土液压缸212的长度比采土圆筒216的长度略长，当卸土液压缸212的活塞杆向下运动时，卸土杆217从采土圆筒216内伸出，从而能够将采土圆筒216内的土样顶出。
如图1和图5所示，存土装置3包括安装在履带车底盘1上的平板311，平板311上活动安装有大圆盘312且大圆盘312与平板311构成转动配合，即大圆盘312能够在平板311上进行转动。
如图6和图7所示，为了实现大圆盘312在平板311上更好的转动控制，平板311上固定安装有小圆盘316和电机A317，小圆盘316为支撑部件。旋转法兰318通过推力轴承319安装在小圆盘316上，旋转法兰318能够在小圆盘316上进行转动。大圆盘312通过若干个六角柱320固定安装在旋转法兰318上，大圆盘312与旋转法兰318两者固定安装，因此大圆盘312则可以利用推力轴承319在小圆盘316上转动。为了实现大圆盘312的动力控制，钢轴322贯穿旋转法兰318和小圆盘316且钢轴322的上端与大圆盘312固定安装，大圆盘312、小圆盘316和旋转法兰318三者的圆心上下对应，即通过钢轴322的转动，可以带动大圆盘312的转动，钢轴322通过角接触球轴承323与小圆盘316活动安装，钢轴322自身与旋转法兰318和小圆盘316没有力的传递，但由于大圆盘312与旋转法兰318两者固定安装，则转动钢轴322则可以实现以小圆盘316为基准的大圆盘312转动。如图2、图7所示，钢轴322的下端固定安装有联动轮A324，电机A317的输出轴上安装有联动轮B325，联动轮A324和联动轮B325两者位于同一水平面上，联动轮A324和联动轮B325上绕有皮带326。通过电机A317的工作带动联动轮B325转动，联动轮B325通过皮带326带动联动轮A324转动，即带动钢轴322转动，实现大圆盘312的转动控制。
如图5所示，大圆盘312内的同心圆轨迹上设有若干个土壤容纳杯313和一个通孔314，在大圆盘312上设有由多个土壤容纳杯313和一个通孔314组成的同心圆轨迹，采土圆筒216位于大圆盘312的同心圆轨迹上方。通孔314的作用是便于采土圆筒216可以从中穿过进行取土，而且由于大圆盘312与旋转法兰318固定安装，因此旋转法兰318上也设有采土孔C321，并且采土孔C321与通孔314上下对应。同理，履带车底盘1上设有采土孔A110，平板311上设有采土孔B315，采土孔A110、采土孔B315、采土孔C321与通孔314四者上下对应（轴向对应），其均位于采土圆筒216的运动轨迹上，即当采土圆筒216向下运动时，能够依次穿过通孔314、采土孔C321、采土孔B315和采土孔A110，伸进地下的土壤进行取土。
大圆盘312上由外至内设有四条同心圆轨迹，根据实际需要，同心圆轨迹也可以设计成五条、六条或多条。大圆盘312的每条同心圆轨迹上均布置有若干个土壤容纳杯313和一个通孔314，也可以在多条同心圆轨迹上只留有一个通孔314，通过电机B327实现不同同心圆轨迹上土壤容纳杯313或通孔314的切换。履带车底盘1上安装有电机B327和两条导轨328，电机B327的输出轴固定安装在平板311上，平板311安装在两条导轨328上且与导轨328构成滑动配合。平板311能够在两条导轨328上进行滑动，通过电机B327的工作，实现平板311的左移、右移，从而实现采土圆筒216在大圆盘312多个同心圆轨迹上方的切换。
为了方便采土圆筒216的采土过程，采土圆筒216的前端可以为楔形，能够较为容易地插入土壤内。为了增加土壤容纳杯313的容土空间，土壤容纳杯313可以贯穿大圆盘312，放置在旋转法兰318上，这样土壤容纳杯313的高度则包括了大圆盘312的厚度和大圆盘312与旋转法兰318之间的间隙空间。为了方便土壤采样车的工作，还可以包括位移传感器218、无线收发器410、GPS219和角度传感器329。无线收发器410和GPS219安装在支架211上，当采土圆筒216进行采土时，GPS219标记当前地理位置信息并将信息通过无线收发器410发送出去。位移传感器218安装在支架211上，用于感应采土圆筒216的下移位置。大圆盘312的圆心处垂直安装有圆棒330，角度传感器329安装在圆棒330上，用于感应大圆盘312的旋转角度，从而与采土圆筒216相配合。
在实际使用时，履带车底盘1行进到相应位置，采土装置2工作。采土液压缸213带动采土圆筒216向下运动，采土圆筒216穿过通孔314、采土孔C321、采土孔B315和采土孔A110，伸进地下的土壤进行取土，然后采土圆筒216回归至原点。存土装置3工作，电机A317带动大圆盘312转动，使得土壤容纳杯313位于采土圆筒216的下方。卸土液压缸212再工作，带动卸土杆217从采土圆筒216内将土样顶出，落入土壤容纳杯313中，完成一次土壤采样过程。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，包括履带车底盘（1），履带车底盘（1）上安装有采土装置（2）和存土装置（3），其特征在于：
所述的采土装置（2）包括竖直安装在履带车底盘（1）上的支架（211），支架（211）上安装有卸土液压缸（212）和采土液压缸（213），卸土液压缸（212）的活塞杆和采土液压缸（213）的活塞杆均穿过支架（211）朝向履带车底盘（1），采土液压缸（213）的数量为2个且分别位于卸土液压缸（212）的两旁，两个采土液压缸（213）的活塞杆上均安装在联动块（214）上，联动块（214）的中部设有螺纹通孔（215），采土圆筒（216）的尾端螺纹安装在螺纹通孔（215）上；卸土液压缸（212）的活塞杆上安装有卸土杆（217），卸土杆（217）插在螺纹通孔（215）和采土圆筒（216）内，且当卸土液压缸（212）的活塞杆向下运动时，卸土杆（217）从采土圆筒（216）内伸出；
存土装置（3）包括安装在履带车底盘（1）上的平板（311），平板（311）上活动安装有大圆盘（312）且大圆盘（312）与平板（311）构成转动配合，大圆盘（312）内的同心圆轨迹上设有若干个土壤容纳杯（313）和一个通孔（314）；履带车底盘（1）上设有采土孔A（110），平板（311）上设有采土孔B（315），通孔（314）、采土孔A（110）和采土孔B（315）均位于采土圆筒（216）的运动轨迹上，采土圆筒（216）位于大圆盘（312）的同心圆轨迹上方；
所述的平板（311）上固定安装有小圆盘（316）和电机A（317），旋转法兰（318）通过推力轴承（319）安装在小圆盘（316）上，大圆盘（312）通过若干个六角柱（320）固定安装在旋转法兰（318）上，旋转法兰（318）上设有采土孔C（321）且采土孔C（321）与通孔（314）上下对应，大圆盘（312）、小圆盘（316）和旋转法兰（318）三者的圆心上下对应，钢轴（322）贯穿旋转法兰（318）和小圆盘（316）且钢轴（322）的上端与大圆盘（312）固定安装，钢轴（322）通过角接触球轴承（323）与小圆盘（316）活动安装；钢轴（322）的下端固定安装有联动轮A（324），电机A（317）的输出轴上安装有联动轮B（325），联动轮A（324）和联动轮B（325）两者位于同一水平面上且联动轮A（324）和联动轮B（325）上绕有皮带（326）。
2.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：履带车底盘（1）上安装有电机B（327）和两条导轨（328），电机B（327）的输出轴固定安装在平板（311）上，平板（311）安装在两条导轨（328）上且与导轨（328）构成滑动配合。
3.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的支架（211）为“几”字形。
4.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的卸土液压缸（212）和采土液压缸（213）均为双作用液压缸。
5.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的采土圆筒（216）的前端为楔形。
6.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：还包括位移传感器（218）、无线收发器（410）、GPS（219）和角度传感器（329），无线收发器（410）、GPS（219）和位移传感器（218）均安装在支架（211）上，大圆盘（312）的圆心处垂直安装有圆棒（330），角度传感器（329）安装在圆棒（330）上。
7.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的联动块（214）上位于螺纹通孔（215）的两旁设有安装孔（220），安装孔（220）的数量为2个，两个采土液压缸（213）的活塞杆上分别安装在联动块（214）的两个安装孔（220）上。
8.根据权利要求1所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的土壤容纳杯（313）贯穿大圆盘（312）且放置在旋转法兰（318）上。
9.根据权利要求2所述的一种带有自动采土和存土功能的土壤采样车，其特征在于：所述的大圆盘（312）上由外至内设有四条同心圆轨迹，大圆盘（312）的每条同心圆轨迹上均布置有若干个土壤容纳杯（313）和一个通孔（314）。
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