CN105651545A - 一种钻取标准容积原状土的取土设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻取标准容积原状土的取土设备，包括钻头、环刀、定位座、刻度杆，环刀可拆卸式地连接在定位座底部，钻头可拆卸式地连接在环刀底部，定位座连接在刻度杆底部，刻度杆、定位座、环刀、钻头内均具有空腔且彼此连通，刻度杆内设有推土杆，推土杆底部连接有推土栓，推土杆能够在空腔内上下移动，推土杆和刻度杆能够通过固定装置连接，钻头侧面设有若干下切土口，下切土口高度低于或等于环刀下边缘高度，定位座侧面设有若干上切土口，上切土口高度高于或等于环刀上边缘高度。本设备可以精确定位环刀中心距离地面深度；取土时采用钻进方式可以避免对原状土的震动破坏；钻孔对大田植被作物和土壤结构的影响最低，便于快速回填。

Description

一种钻取标准容积原状土的取土设备

技术领域

本发明属于土壤墒情监测装置技术领域，涉及一种原状土取土设备。

背景技术

土壤墒情监测是抗旱的重要基础工作，国家防汛抗旱指挥部对墒情监测工作重视程度越来越高，投入资金逐年加大。墒情自动监测仪器设备多以直读体积含水量为主，因此必须测量墒情站土壤的干容重才能与人工取土烘干法得到的重量含水量数据进行对比分析。墒情站土壤干容重的测量需要原状土，土壤的饱和含水量、田间持水量等其他参数的测量也需要采集原状土。

目前采集墒情站土壤原状土的主要方式是开挖剖面，使用环刀敲入土壤后挖出原状土，但这种方式存在以下三个问题：一、环刀本身没有刻度标记，在开挖的土壤剖面里难以确定环刀中心距离地面的准确深度；二、敲击环刀过程中难以保证垂直下压，敲击产生的震动会破坏环刀内原状土结构，影响测量数据的准确性；三、开挖剖面对大田植被、作物和土壤结构破坏较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种由钻头、环刀、定位座构成的新型取土设备，通过多组取土设备可快速采集不同标准容积的原状土。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钻取标准容积原状土的取土设备，包括钻头、环刀、定位座、刻度杆，所述环刀可拆卸式地连接在定位座底部，所述钻头可拆卸式地连接在环刀底部，所述定位座连接在刻度杆底部，所述刻度杆、定位座、环刀、钻头内均具有空腔且彼此连通，刻度杆内设有推土杆，推土杆底部连接有推土栓，推土杆能够在空腔内上下移动，所述推土杆和刻度杆能够通过固定装置连接，所述钻头侧面设有若干下切土口，所述下切土口高度低于或等于环刀下边缘高度，所述定位座侧面设有若干上切土口，所述上切土口高度高于或等于环刀上边缘高度。

进一步的，所述环刀上部设有若干上立柱，所述定位座侧面底部设有用于容纳上立柱的定位座卡口，所述环刀下部设有若干下立柱，所述钻头侧面顶部设有用于容纳下立柱的钻头卡口，所述定位座卡口和钻头卡口方向相反。

进一步的,所述钻头底部设有若干钻土切角。

进一步的，所述钻土切角连接有导土槽。

进一步的，所述推土杆上设有至少两个固定孔。

进一步的，所述固定装置包括插拔销。

进一步的，所述定位座通过连接座与刻度杆相连。

进一步的，所述刻度杆通过紧固件固定在连接座上。

进一步的，所述推土杆顶端设有推土杆把手。

进一步的，所述刻度杆顶端设有刻度杆把手。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供的使用环刀与刻度杆组合，无需铁锨、锤子等其他辅助工具，就可以精确定位环刀中心距离地面深度；取土时采用钻进方式可以避免对原状土的震动破坏；钻孔对大田植被作物和土壤结构的影响最低，便于快速回填。此外，由于环刀为可拆卸结构，可以更换不同容积的环刀，适用范围极广；并且，钻头的可拆卸设计方便取出环刀完成样品采集。

附图说明

图1为钻取标准容积原状土的取土设备总体结构示意图；

图2为钻取标准容积原状土的取土设备下端部分结构示意图；

图3为定位座和连接座结构示意图，其中（a）为纵向剖视图，（b）为俯视图；

图4为环刀结构示意图，其中（a）为外立面结构图，（b）为俯视图；

图5为钻头结构示意图，其中（a）为纵向剖视图，（b）为俯视图；

图6为钻取标准容积原状土的取土设备顶端部分结构示意图，其中（a）为插拔销插入下固定孔的状态示意图；（b）为（a）的俯视图。

附图标记列表：

10-环形钻头，11-钻土切角，12-导土槽，13-刃口，14-下切土口，15-钻头卡口，20-环刀，21-环刀中心线，22-下立柱，23-上立柱，30-定位座，31-卡口，32-上切土口，40-连接座，41-螺丝，50-刻度杆，51-突柱，52-刻度杆把手，53-插拔销，54-挡片，55-弹簧，60-推土杆，61-推土栓，62-推土杆把手，63-下固定孔，64-上固定孔。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

请参阅图1、图2、图3，本发明提供的钻取标准容积原状土的取土设备，从下至上包括钻头10、环刀20、定位座30、刻度杆50，其中，钻头10、环刀20均为圆筒形，图中，钻头10连接在环刀20底部，环刀20连接在定位座30底部，定位座30与刻度杆50连接，刻度杆50上具有刻度，可以标示环刀20钻进土壤的深度，定位座30顶端具有一连接座40，本例中连接座40与定位座30为一体结构。连接座40直径较定位座30小，其尺寸与刻度杆50相配合，连接座40内径等于或稍大于刻度杆50外径，采用4个螺丝41（也可以用其他紧固件）将连接座40连接在刻度杆50底部，四个螺丝41分为两组，每组为两个相对设置的螺丝，如图2所示，其中一组设置在连接座40上部，另一组设置在连接座40下部，且两组螺丝位置彼此交叉，经过两组不同高度、不同位置的螺丝固定后，令刻度杆50与定位座30之间的连接更为稳固，而且便于拆卸。必须说明的是，连接座40设计为优选方式，根据需要也可以不采用连接座40而直接将刻度杆50固定在定位座30上，也可以采用焊接，铆接等其他非拆卸方式。具体的说，定位座套接在环刀顶端外壁上，如图3（a）所示，定位座底部内径比中上部内径大，形成台阶面，定位座底部内径应大于或等于环刀外径，定位座中上部内径小于环刀外径，这样能够在将环刀安装在定位座底部时限定环刀顶部的位置，提高安装效率。刻度杆50为中空套管，内部具有空腔，刻度杆50内设有推土杆60，推土杆60底部连接有推土栓61，推土杆60能够在刻度杆50内上下移动，由于钻头、环刀、定位座内均具有空腔且这些空腔与刻度杆内的空腔连通，因此推土杆60底部能够通过这些空腔伸入定位座、环刀、钻头内推土。推土杆60和刻度杆50能够通过固定装置连接，这样可以在需要时将推土杆与刻度杆固定连接。

由于环刀20需要取出，并考虑到取土设备要能够适应不同容积的取土需要，因此本发明将环刀20和钻头10均设计为可拆卸型。具体的说，如图2、图4所示，环刀20上部设有突出于环刀20表面的上立柱23，图中，上立柱23为三个，高度相同，并沿环刀20周边均匀分布，相应的，在定位座30底部也设有三个定位座卡口31，定位座卡口31呈L形，其中一部分31-1与定位座30边缘交接，便于上立柱23自交接处滑入定位座卡口31中，另一部分31-2与定位座30底面平行，并沿逆时针方向（从上至下观察，即从刻度杆50方向向钻头10方向观察，以下凡涉及到方向的均与此观察角度相同）延伸一段距离，便于上立柱23进一步旋入固定。上立柱23的数量可以根据需要调整，应至少设置两个，三个则较为稳固且用材较少，定位座卡口31的数量与上立柱23相同、位置一一对应。优选的，定位座卡口31到定位座底部之间的垂直距离加上环刀上立柱到环刀顶部之间距离，与定位座底部内径较大部分的高度相等，便于安装。

环刀20下部还设有突出于环刀20表面的下立柱22，图5中，下立柱22为三个，高度相同，并沿环刀20周边均匀分布。相应的，如图4所示，在钻头10顶部也设有三个钻头卡口15，钻头卡口15呈L形，其中一部分与钻头10顶部边缘交接，便于下立柱22自交接处滑入钻头卡口15中，另一部分与钻头10顶面平行，并沿顺时针方向延伸一段距离，便于下立柱22进一步旋入固定。下立柱22的数量可以根据需要调整，应至少设置两个，三个则较为稳固且用材较少，钻头卡口15的数量与下立柱22相同、位置一一对应。立柱和卡口固定方式固定方式简单、稳定，当旋转方向正确时，完全没有松脱可能，且拆卸方便，钻头卡口15和定位座卡口31的延伸方向相反，当旋转钻土时，取土设备各部件之间连接稳固。但必须说明的是，立柱和卡口固定方式仅仅为本发明提出的一种优选示例，本领域内技术人员也可以采用其他可拆卸式结构来连接钻头10和环刀20，环刀20和定位座30，例如卡簧、卡槽、弹性凸起和凹槽等常规结构。

具体的说，钻头套接在环刀底端外壁上，如图5（a）所示，钻头顶部内径比中上部内径大，形成台阶面，钻头顶部内径应大于或等于环刀外径，钻头中下部内径小于环刀外径，这样能够在将钻头套接在环刀底部外壁时限定环刀底部的位置，提高安装效率。优选的，钻头卡口15到钻头顶部之间的垂直距离加上环刀下立柱到环刀底部之间的距离，与钻头顶部内径较大部分的高度相等，利于安装。钻头10底部设置有数个钻土切角11，图中，钻土切角11为3个，且沿钻头10周边均匀分布，切角内钻头内壁上设有刃口13，利于切削土壤，钻土切角11斜向设置，并连接有导土槽12，导土槽12设于钻头10外壁上，导土槽12便于将切口处多余的土壤导出，进一步利于钻头10对土壤的切削。本例中，钻土切角11向逆时针方向斜向延伸，这样旋转钻土时，钻土切角11设置利于钻头10迅速切入土壤，钻土切角11在钻头10表面的延伸方向与钻头卡口15在钻头10表面的延伸方向相反。

请参阅图5，环刀20中部具有环刀中心线21，该中心线为刻度零点位置，本例中，连接座40与定位座30交接处为刻度杆50刻度10cm处，这表示，连接座40与定位座30交接处在垂直方向上与环刀20中心线的距离为10cm，但这不应作为本发明的限制，环刀20高度、定位座30高度可能随着需要进行调整,因此连接座40与定位座30交接处所在刻度也可能改变。

如图3所示，在定位座30侧面设有上切土口32，便于伸入削土刀切断环刀20上端的土壤，显然，上切土口32的高度应高于环刀20上边缘或至少与环刀20上边缘相齐，图2中，上切土口32正好位于定位座卡口31上方，数量为三个，但这不应作为本发明的限制，我们可以根据需要调整上切土口32的位置和数量，但上切土口32应基本位于同一高度，便于切断土壤。在钻头10侧面设有下切土口14，便于伸入削土刀切断环刀20下端的土壤，下切土口14高度应低于环刀20下边缘或至少与环刀20上下缘相齐，同样的，下切土口14的位置和数量可以根据需要调整，但下切土口14应基本位于同一高度，便于切断土壤。

如图6所示，刻度杆50顶部具有刻度杆把手52，推土杆60顶部具有推土杆把手62，通过各自把手设计，可以方便地握持刻度杆50或推土杆60进行操作。由于推土杆60可在刻度杆50内滑动，连接推土杆60与刻度杆50的固定装置应是便于快速松开和固定的。本例中采用插拔销53与弹簧55、挡片54相配合作为固定装置，如图所示，固定装置包括固定在刻度杆把手52上的突柱51，突柱51内中空，刻度杆50上设有通孔，该通孔与突柱51连通，插拔销53插入中空突柱51内，插拔销53上设有弹簧55，弹簧55另一端设有挡片54，推土杆60上设有两个固定孔——上固定孔64和下固定孔63，两固定孔之间具有一定距离，当推土杆60上的固定孔与通孔相齐时，通过插拔销53插入通孔和固定孔中即可将推土杆60和刻度杆50固定在一起，当需要移动推土杆60的位置时，拔出插拔销53即可，操作极其方便。推土杆60底部连接有推土栓61，推土栓61优选为可拆卸的独立部件，可以根据需要选择不同大小，本例中推土栓61上设有螺孔，推土杆60底部具有与螺孔匹配的外螺纹，不同方向旋转即可安装或卸下推土栓61。推土栓直径较大，利于将设备内的土全部推出，考虑到推土栓需要在定位座、环刀、钻头中上下移动，因此推土栓的外径应略小于定位座、环刀、钻头的内径。当插拔销53伸入推土杆60下固定孔63时，此时推土栓61位于高位，即在定位座30之中，当插拔销53伸入推土杆60的上固定孔64时，推土栓61位于低位，即低于定位座30，这样在安装时便于连接推土栓61。

本取土设备各部件——推土杆、刻度杆、定位座、环刀、钻头均为独立部件，可拆卸后运输，且可以根据需要制作不同尺寸的型号，环刀容积可以为50、100、200cm³等。在使用本取土设备时，首先根据需要采集土壤样品的容积大小，选择对应型号的定位座30、环刀20、钻头10、推土栓61。将定位座30与刻度杆50连接，通过连接座40上4个螺丝将定位座与刻度杆固定在一起。刻度杆中预先安装有推土杆，拔出刻度杆50把手52上的插拔销53，将推土杆60下压，推土杆末端螺杆部分露出定位座30底部，插入插拔销53固定推土杆60。将推土杆底部伸入推土栓61中心孔中旋紧连接。再拔出插拔销53，拉起推土杆60至下定位孔63时，插入插拔销53，固定推土杆60位置，此时推土杆位于定位座中。将环刀20通过定位座卡口31与定位座30固定，各环刀上立柱进入定位座卡口31中，固定后环刀上立柱位于定位座卡口31延伸部分末端，将环形钻头10通过钻头卡口15与环刀20固定，固定后环刀下立柱位于钻头卡口15延伸部分末端。

使用本取土设备时，以土壤样品采集位置地面为标记，顺时针垂直缓慢旋转（这里的旋转方向与钻土切角方向相关）取土设备，边旋转边下压，通过观察刻度杆上的刻度确定钻进深度位置，当环刀达到采集深度后，顺时针旋转提出取土设备。使用削土刀分别探进钻头和定位座的3个切土口，切断环刀上下两端附近的土壤。逆时针转动分别卸下钻头和环刀。使用削土刀削平环刀上下两端的土壤，完成一个深度土壤样品的采集。

当土壤样品采集深度较大时，每钻进一段距离如5～10cm应提出取土设备，使用推土杆顶出钻头和环刀内的土壤后继续钻进，当钻孔深度达到预定深度时采用上述取土步骤采集土壤样品。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：包括钻头、环刀、定位座、刻度杆，所述环刀可拆卸式地连接在定位座底部，所述钻头可拆卸式地连接在环刀底部，所述定位座连接在刻度杆底部，所述刻度杆、定位座、环刀、钻头内均具有空腔且彼此连通，刻度杆内设有推土杆，推土杆底部连接有推土栓，推土杆能够在空腔内上下移动，所述推土杆和刻度杆能够通过固定装置连接，所述钻头侧面设有若干下切土口，所述下切土口高度低于或等于环刀下边缘高度，所述定位座侧面设有若干上切土口，所述上切土口高度高于或等于环刀上边缘高度。

2.根据权利要求1所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述环刀上部设有若干上立柱，所述定位座侧面底部设有用于容纳上立柱的定位座卡口，所述环刀下部设有若干下立柱，所述钻头侧面顶部设有用于容纳下立柱的钻头卡口，所述定位座卡口和钻头卡口方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述钻头底部设有若干钻土切角。

4.根据权利要求3所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述钻土切角连接有导土槽。

5.根据权利要求1所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述推土杆上设有至少两个固定孔。

6.根据权利要求1所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述固定装置包括插拔销。

7.根据权利要求1所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述定位座通过连接座与刻度杆相连。

8.根据权利要求7所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述刻度杆通过紧固件固定在连接座上。

9.根据权利要求1所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述推土杆顶端设有推土杆把手。

10.根据权利要求1或9所述的钻取标准容积原状土的取土设备，其特征在于：所述刻度杆顶端设有刻度杆把手。