CN106769187B - 一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置，所述的取样器包括电机(10)、传动机构、驱动机构、取土管(4)和缸体(2)；所述电机(10)的输出端与传动机构连接，所述传动机构与驱动机构连接，所述驱动机构的底端与取土管(4)的顶端固定在一起，并套设于缸体(2)内；所述取土管(4)为底端敞口的管状结构，其侧壁开设有供管内土壤取出的取样孔(4B)，该取土管(4)沿竖直方向设立于地表上方；所述的传动机构通过电机(10)驱动其转动，并通过该传动机构带动驱动机构向地表运动，使得取土管(4)受力后插入地表土壤。采用本发明的电动式土壤取样器，能够在保证环境不被破坏的情况下，完成自动取土操作。

Description

一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置

技术领域

本发明涉及土壤取样技术领域，具体涉及一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置。

背景技术

土样采集是野外科研工作者开展现状调查和相关科研任务的一项基本工作，最常见的取样器是铁锹和土钻，均需要人工手动采样。这种传统人工采样方法虽然简单易操作，可以满足对表层或浅层土样的采集要求，但是其耗时耗力，一旦遇到土壤基质坚硬的砾石、结构紧实的黏土或需要采集深层土样的情况，铁锹和土钻往往不能精确地完成土壤采集需要。

如果用铁锹或土钻取0cm～40cm深度的土样，需将铁锹或钻头插入相应深度，然后取出，在这一操作过程中容易将不是设定深度的土壤混入样本内，特别是取沙地土壤时，质地疏松的土样容易从土钻里滑落，导致取样很难成功，即使用铁锹也很难保证土样不流失，而且一旦出现混样，还需要重复采样，因此采用传统方法进行土壤取样不仅取样精度不高，而且耗时耗力，从而影响试验进度和结果。此外，如果取40cm～100cm或更深层的土样，则需要手工挖一个可以让取样人员站在坑里面取样的土壤剖面，此时会对周围的植被造成很大破坏，也不利于当地环境保护。

发明内容

本发明的目的在于，为解决采用铁锹和土钻进行野外土壤取样时，存在着耗时耗力、取样精度不高、对取样环境存在破坏性的技术问题，本发明通过外置蓄电池和自制取样工具的组合，提供了一种匀速工作、不破坏土壤结构、样本准确率高、能够节省人力的电动式土壤取样器，以克服传统取样器存在的上述缺点，减轻野外采样的工作量，有效提高科研人员野外取样的精度和效率。

为实现上述目的，本发明提供的一种电动式土壤取样器，包括电机、传动机构、驱动机构、取土管和缸体；所述电机的输出端与传动机构连接，所述传动机构与驱动机构连接，所述驱动机构的底端与取土管的顶端固定在一起，并套设于缸体内；所述取土管为底端敞口的管状结构，其侧壁开设有供管内土壤取出的取样孔，该取土管沿竖直方向设立于地表上方；所述的传动机构通过电机驱动其转动，并通过该传动机构带动驱动机构向地表运动，使得取土管受力后插入地表土壤。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的驱动机构包括：活塞、传动轴和滑动支架；所述的传动轴架设于滑动支架上，该传动轴的中部向一侧弯折成凸起，所述的活塞吊接于凸起的下方，该活塞的底端与取土管顶端固定，所述滑动支架的底端套设于缸体内，其侧壁设有滑动支架齿条，所述的滑动支架齿条由若干个朝向上方设置的齿排列构成，该滑动支架齿条与缸体内壁设有的缸体内壁齿条啮合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的传动机构包括：大传动轮、传动带和小传动轮；所述的小传动轮套设于电机的输出端上，所述的传动带缠绕于小传动轮和大传动轮之间，所述的大传动轮套设于传动轴上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滑动支架的一侧固定有导向块，所述的导向块通过嵌入缸体上开设的缸体滑动槽内，为滑动支架在向缸体内运动过程中提供导向作用。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的活塞与取土管之间通过磁铁产生的吸引力固定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述小传动轮的半径为大传动轮半径的1/10，所述传动轴的凸起高度为大传动轮半径的1/10。

作为上述技术方案的进一步改进，所述缸体的侧壁上设有与其垂直设置的两个压板，所述的两个压板对称固定于缸体的底端，通过对压板向地表方向施压，使得缸体固定于地表上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述取土管在逐渐靠近其底端的口径逐渐减小，且底端呈尖口状。

基于上述电动式土壤取样器，本发明还同时提供了一种电动式土壤取样器中的取土管的拔取装置，包括：撬杠把手、滑轮、撬杠短臂、撬杠长臂、压块和套扣；所述的滑轮固定于撬杠长臂与撬杠短臂之间，并构成折线形结构；所述的撬杠把手设置于撬杠长臂的顶端；所述的压块大致呈三角形，其两个底角分别与撬杠短臂和套扣铰接；所述的取土管套设于套扣与压块之间形成的空间内，通过对撬杠把手向下施加压力，撬动撬杠短臂向上抬起，进而驱动压块的顶角旋转后与取土管挤压在一起，并通过水平推动撬杠把手，使得撬杠短臂随滑轮向取土管移动，进而托动压块向上移动，以便将取土管从地表下拔出。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的压块与取土管之间的接触表面设有软脚垫。

本发明的一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置优点在于：

采用本发明的电动式土壤取样器，无需人力进行挖土操作，且能够在保证环境不被破坏的情况下，完成自动取土操作，减轻野外采样的工作量，并有效地提高了科研人员野外取样的精度和效率。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种电动式土壤取样器的结构示意图。

图2为本发明实施例中的一种拔取装置的结构示意图。

附图标记

1、压板 2、缸体 3、滑动支架

4、取土管 5、活塞 6、传动轴

7、大传动轮 8、传动带 9、小传动轮

10、电机 11、电源开关 12、电瓶

13、拔取装置 2A、缸体内壁齿条 2B、缸体滑动槽

2C、缸体截面 3A、滑动支架齿条 3B、导向块

4A、取土管顶端 4B、取样孔 13A、撬杠把手

13B、滑轮 13C、撬杠短臂 13D、压块

13E、套扣 13F、撬杠长臂

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种电动式土壤取样器及其取土管的拔取装置进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种电动式土壤取样器，包括电机10、传动机构(未图示)、驱动机构(未图示)、取土管4和缸体2；所述电机10的输出端与传动机构连接，所述传动机构与驱动机构连接，所述驱动机构的底端与取土管4的顶端固定在一起，并套设于缸体2内；所述取土管4为底端敞口的管状结构，其侧壁开设有供管内土壤取出的取样孔4B，该取土管4沿竖直方向设立于地表上方；所述的传动机构通过电机10驱动其转动，并通过该传动机构带动驱动机构向地表运动，使得取土管4受力后插入地表土壤。

基于上述结构的土壤取样器，如图1所示，在本实施例中，所述的传动机构包括：大传动轮7、传动带8和小传动轮9；所述的小传动轮9套设于电机10的输出端上，所述的传动带8缠绕于小传动轮9和大传动轮7之间，所述的大传动轮7套设于传动轴6上；

所述的驱动机构包括：活塞5、传动轴6和滑动支架3；所述的传动轴6架设于滑动支架3上，该传动轴6的中部向一侧弯折成凸起，所述的活塞5吊接于凸起的下方，该活塞5的底端与取土管顶端4A固定，所述的活塞5与取土管4之间可通过磁铁产生的吸引力固定。所述滑动支架3的底端套设于缸体2内，其侧壁设有滑动支架齿条3A，所述的滑动支架齿条3A由若干个朝向上方设置的齿排列构成；另外，所述的缸体2从缸体截面2C的位置可以看出，该缸体2内壁上同样设有与滑动支架齿条3A相配合的缸体内壁齿条2A，该滑动支架齿条3A与缸体内壁齿条2A相啮合。

所述滑动支架3的一侧固定有导向块3B，所述的导向块3B通过嵌入缸体2上开设的缸体滑动槽2B内，为滑动支架3在向缸体2内运动过程中提供导向作用，以防止滑动支架3水平摆动，并保证滑动支架3在向下运动较深时，电机10与传动轴6也能落入缸体滑动槽2B内。

所述缸体2的侧壁上设有与其垂直设置的两个压板1，所述的两个压板1对称固定于缸体2的底端，通过对压板1向地表方向施压，使得缸体2固定于地表上。

所述取土管4在逐渐靠近其底端的口径逐渐减小，且底端呈尖口状。

另外，小传动轮9的半径是大传动轮7的半径的1/10长度，也就是说用1/10的力就能带动大传动轮7转动。传动轴6的凸起高度是大传动轮7的半径的1/10，即大传动轮7用1/10的力就能带动传动轴6转动。因此，小传动轮9的力传送到活塞5的时候变为100倍的力。这样当电机功率达到50w的时候，机器输出总功率能达到5000w。因不同类型土壤的硬度存在差异，所以为适应多种土壤类型，本取样器在设计时保留一定功率，以确保能够在极端环境下可以继续使用。

利用上述结构的电动式土壤取样器进行地表土壤取样的具体实施过程为：

首先，检查取样器符合工作条件后，将机器放在事先选好的样地上，将整个机器按要求竖立，把贴附于缸体2两侧的压板1从缸体2的侧壁上放下来后各站立一人，施压使机器保持稳定。

然后，准备好一块12V、230A/h电瓶12，利用电线将电瓶12与电源开关11、电机10连接在一起。电瓶12在本机器中的使用设计：一块电瓶(120A/h)理论上能工作25小时，放电速度达到4.17A，相比于其他选用的电源，电瓶的工作效率最高。

之后开通电源开关11，给电机10通电。此时电机10驱动小传动轮9开始向顺时针转动，而小传动轮9的动力通过传动带8与大传动轮7带动传动轴6转动，使得传动轴6上的凸起同样按着顺时针方向转动。因传动轴6的凸起安装有活塞5，所以当传动轴6转动时使得凸起带动活塞5做上下活塞运动，活塞5的向下运动推动取土管4做功，传动轴6每转一周时取土管4会向下做传动轴6的凸起高度的两倍长的功。当传动轴6从最低点向上转动时，因活塞5与取土管4接触点的吸铁石的吸力作用，使得活塞5与取土管4保持不动，且由于滑动支架齿条3A与缸体2内壁设有的缸体内壁齿条2A相啮合，使得滑动支架3受缸体的作用无法向上运动，从而将导致滑动支架3被凸起向下拉动，所以滑动支架3同传动轴6的转动节奏只能始终保持向下移动，而不能向上移动。

当传动轴6上的凸起从最低点向上转动至最高点时，驱动滑动支架3向下做两倍凸起高度的功，而当凸起从最高点向下转动时，因压板1、缸体2、滑动支架3都不会运动，从而使得凸起在向下转动过程中，通过活塞5驱动取土管4向下同样做两倍凸起高度的功，进而使得取土管4的尖口插入地里具有两倍凸起高度的深度，从而完成传动轴6转一周时机器的工作过程。

针对已埋入地表下的取土管，本发明还提供了一种拔取装置。如图2所示，该拔取装置包括：撬杠把手13A、滑轮13B、撬杠短臂13C、撬杠长臂13F、压块13D和套扣13E；所述的滑轮13B固定于撬杠长臂13F与撬杠短臂13C之间，并构成折线形结构；所述的撬杠把手13A设置于撬杠长臂13F的顶端；所述的压块13D大致呈三角形，其两个底角分别与撬杠短臂13C和套扣13E铰接；所述的取土管4套设于套扣13E与压块13D之间形成的空间内，通过对撬杠把手13A向下施加压力，撬动撬杠短臂13C向上抬起，进而驱动压块13D的顶角旋转后与取土管4挤压在一起，并通过水平推动撬杠把手13A，使得撬杠短臂13C随滑轮13B向取土管4移动，进而托动压块13D向上移动，以便将取土管4从地表下拔出。

基于上述结构的拔取装置，利用该拔取装置取出取土管的具体操作过程为：

首先，将套扣13E套在取土管4上(此时取土管4已经插入土里状态)，由于压块13D是一个三角形状块结构，我们将压块13D的三个角分别标注为撬杠短臂13C连接角、套扣13E连接角、与取土管4接触的扣角。另外，为保证扣角与取土管4能够扣紧抓牢，在扣角与取土管4的接触面上设计有软胶垫。

当套扣13E套在取土管4的适当位置以后，用力向下按撬杠把手13A，此时压块13D与撬杠短臂13C的连接点与地面距离会变远(因为撬杠短臂13C与取土管4之间形成的角度会变小)，因套扣13E不动，所以套扣13E与压块13D之间的连接点也不动，进而导致压块13D上的扣角紧靠取土管4的侧壁并产生摩擦，使套扣13E与压块13D能够紧紧扣住取土管4；

之后通过水平推动撬杠把手13A，使得撬杠短臂13C随滑轮13B向取土管4移动，进而使压块13D向上撬动，此时压块13D通过自身被向上撬动力的作用继续将取土管4向上拔起，每次拔起高度是撬杠短臂13C支起的高度。

在完成一次取土管的拔起操作后，将撬杠把手13A松开，使得压块13D与撬杠短臂13C连接处自动下垂，此时压块13D会松开取土管4，套扣13E与压块13D会自动向下滑落，再进行下一次拔起动作，并通过反复动作最终将取土管4拔出地面。

将取土管4取出后，需从取样孔4B内取出样本。在本实例中，所述的取土管4呈管状结构，其里外做工要光滑，这样能够减少摩擦，该取土管4下端口处的口径略小，这样使得样土能够顺利的在管内运动，避免产生挤压变形等影响数据测量结果的现象。

最后，在所有样本都取出后，把取土管4内部清理干净后恢复机器的原样，待下次使用。

通过实验证明：本发明中的电机在稳定工作时其转速能够达到10转/秒，此时取土管4进入到1m土层深度平均只需要8.3分钟。而利用拔取装置取出取土管4的时间约5分钟，从取土管4内取出样本约5分钟，因此，完成深度为1m的一次土壤取样需要约20分钟。如果采用传统方法人工挖土壤剖面采集1m深土样，至少需1个壮劳力连续手动挖土40分钟，加上进入土坑采样的时间15分钟和土样采集完毕对土坑进行填埋复原工作的15分钟，共计1小时20分钟，耗时是本发明的6倍。由此可知：采用本发明提供的电动式土壤取样器，能够大幅度提高土壤的取样工作效率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电动式土壤取样器，其特征在于，包括电机(10)、传动机构、驱动机构、取土管(4)和缸体(2)；所述电机(10)的输出端与传动机构连接，所述传动机构与驱动机构连接，所述驱动机构的底端与取土管(4)的顶端固定在一起，并套设于缸体(2)内；所述取土管(4)为底端敞口的管状结构，其侧壁开设有供管内土壤取出的取样孔(4B)，该取土管(4)沿竖直方向设立于地表上方；所述的传动机构通过电机(10)驱动其转动，并通过该传动机构带动驱动机构向地表运动，使得取土管(4)受力后插入地表土壤；

所述的驱动机构包括：活塞(5)、传动轴(6)和滑动支架(3)；所述的传动轴(6)架设于滑动支架(3)上，该传动轴(6)的中部向一侧弯折成凸起，所述的活塞(5)吊接于凸起的下方，该活塞(5)的底端与取土管顶端(4A)固定，所述滑动支架(3)的底端套设于缸体(2)内，其侧壁设有滑动支架齿条(3A)，所述的滑动支架齿条(3A)由若干个朝向上方设置的齿排列构成，该滑动支架齿条(3A)与缸体(2)内壁设有的缸体内壁齿条(2A)啮合。

2.根据权利要求1所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述的传动机构包括：大传动轮(7)、传动带(8)和小传动轮(9)；所述的小传动轮(9)套设于电机(10)的输出端上，所述的传动带(8)缠绕于小传动轮(9)和大传动轮(7)之间，所述的大传动轮(7)套设于传动轴(6)上。

3.根据权利要求1所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述滑动支架(3)的一侧固定有导向块(3B)，所述的导向块(3B)通过嵌入缸体(2)上开设的缸体滑动槽(2B)内，为滑动支架(3)在向缸体(2)内运动过程中提供导向作用。

4.根据权利要求1所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述的活塞(5)与取土管(4)之间通过磁铁产生的吸引力固定。

5.根据权利要求2所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述小传动轮(9)的半径为大传动轮(7)半径的1/10，所述传动轴(6)的凸起高度为大传动轮(7)半径的1/10。

6.根据权利要求1所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述缸体(2)的侧壁上设有与其垂直设置的两个压板(1)，所述的两个压板(1)对称固定于缸体(2)的底端，通过对压板(1)向地表方向施压，使得缸体(2)固定于地表上。

7.根据权利要求1所述的电动式土壤取样器，其特征在于，所述取土管(4)在逐渐靠近其底端的口径逐渐减小，且底端呈尖口状。

8.基于权利要求1所述电动式土壤取样器的取土管的拔取装置，其特征在于，包括：撬杠把手(13A)、滑轮(13B)、撬杠短臂(13C)、撬杠长臂(13F)、压块(13D)和套扣(13E)；所述的滑轮(13B)固定于撬杠长臂(13F)与撬杠短臂(13C)之间，并构成折线形结构；所述的撬杠把手(13A)设置于撬杠长臂(13F)的顶端；所述的压块(13D)大致呈三角形，其两个底角分别与撬杠短臂(13C)和套扣(13E)铰接；所述的取土管(4)套设于套扣(13E)与压块(13D)之间形成的空间内，通过对撬杠把手(13A)向下施加压力，撬动撬杠短臂(13C)向上抬起，进而驱动压块(13D)的顶角旋转后与取土管(4)挤压在一起，并通过水平推动撬杠把手(13A)，使得撬杠短臂(13C)随滑轮(13B)向取土管(4)移动，进而托动压块(13D)向上移动，以便将取土管(4)从地表下拔出。

9.根据权利要求8所述电动式土壤取样器的取土管的拔取装置，其特征在于，所述的压块(13D)与取土管(4)之间的接触表面设有软脚垫。