CN108185457B - 一种植物根土分离清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植物根土分离清洗装置，属于植物清洗器械技术领域。本发明包括根土分离装置、根系冲洗装置、根系漂洗装置和根系去湿装置；采用包裹式挤压和外力冲击植物体根部使土壤结构发生破裂，采用孔口高压出水全方位冲洗根部松弛的土壤，利用正反旋转水流粘性摩擦漂洗附着在根系表面的泥沙，采用孔口通风加快根系表层水分蒸发速率；本发明根据植物根系的生长特性，提供一定的均压、粘性摩擦进行植物根土分离及清洗，提高对根系形态特征、生理功能、生长发育规律研究的精确性。本装置自动化程度高、操作简便、工作量小、可行性高。

Description

一种植物根土分离清洗装置
技术领域
本发明涉及一种植物根土分离清洗装置，属于植物清洗器械技术领域。
背景技术
根系是植物体不可分割的一个有机组成部分，在植物营养与代谢合成中具有重要地位。根系不仅是一个吸收器官，而且是地上地下物质与信息交换的两大系统之一。此外，根系可以作为植物生长发育壮弱的衡量指标，以及对土壤物理、化学等环境综合反映的指标。因此，根系研究具有很大的理论和生产实践意义。在研究根系的形态特征、生理功能、生长发育规律中，进行植物根土分离、根系清洗是根系研究的前提。
现有根系清洗装置中，在清洗过程中存在很大的局限性、单一性，主要体现在不能把植物的根土分离、根系冲洗、根系漂洗和根系去湿等过程统一起来。此外，在根土分离、根系清洗过程中，由于受力不均对植物的根系损伤较大，严重影响了对根系的研究分析。本发明采用包裹方式挤压植物根部进行根土分离，然后，在正反旋转水流粘性摩擦力作用下漂洗植物根系表面附着的泥沙，确保植物根系清洗的完整性和根系研究的全面性。
发明内容
本发明的目的是针对上述已存在的问题，根据植物根系研究领域的需求，研究设计了一种植物根土分离清洗装置，旨在解决将植物的根土分离、根系冲洗、根系漂洗和根系去湿系统化、连续化。
本发明技术方案是：一种植物根土分离清洗装置，包括根土分离装置、根系冲洗装置、根系漂洗装置和根系去湿装置；
所述根土分离装置用于破坏植物根部土壤原来的结构使植物根土分离；其中采用包裹式挤压以及外力反复冲击植物根部使土壤结构发生破裂来实现植物的根土分离；
所述根系冲洗装置用于对植物根部进行全方位冲洗；其中采用孔口高压出水全方位冲洗根部松弛的土壤，冲洗时经过漏斗式排泥沙口和PE排泥沙管排出清洗混合物；
所述根系漂洗装置用于产生涡流进行植物根系漂洗；其中利用正反旋转水流粘性摩擦漂洗附着在根系表面的泥沙，通过旋转、滚动的水流带走附着在根系上的泥沙，达到了植物体根系的漂洗目的；
所述根系去湿装置用于采用孔口通风加快根系表层水分蒸发速率，实现植物根部去湿。
所述根土分离装置包括转动弧形叶片1、圆环2、圆环支座3、中心转轴4、旋转叶片圆盘5、弧形击锤6、压缩气囊7、气囊集装箱8、孔口9、螺旋杆件固定环10、移动式螺旋杆件11、电机Ⅲ14、凸轮机构15、承压支撑盘16、承压伸缩轴17、注气泵动力机组31、半球型筒体36；
所述转动弧形叶片1固定在圆环2上，圆环2焊接在圆环支座3上，压缩气囊7内镶在气囊集装箱8上，压缩气囊7在往里冲气的情况下，气囊体积逐渐变大，同时，气囊向转动弧形叶片1施加一个向里的推力；圆环支座3焊接在气囊集装箱8上，孔口9内嵌在转动弧形叶片1内边片上；中心转轴4固定在电机集装箱30上；所述旋转叶片5固定在中心转轴4上，弧形击锤6固定在中心转轴4上，承压伸缩轴17连接在中心转轴4上，承压支撑盘16固定在承压伸缩轴17上，凸轮机构15连接在电机Ⅲ14，当凸轮机构15旋转后，凸轮机构15间断性的作用在承压支撑盘16上，使得承压支撑盘16带动承压伸缩轴17向上运动，承压伸缩轴17带动中心转轴4反复的上下运动，从而使弧形击锤间断性反复冲击植物根部；
所述移动式螺旋杆件11与气囊集装箱8连接，螺旋杆件固定阀34设在移动式螺旋杆件11上，螺旋杆件固定环10与移动式螺旋固定杆件11连接；
所述注气泵动力机组31与注气管33连接，注气管33与压缩气囊7连接，注气管33上设有注气管阀门32。
所述根系冲洗装置包括水泵动力机组20、PVC管22、漏斗式排泥沙口24、PE排泥沙管25；所述水泵动力机组20与PVC管22连接，PVC管22上设有阀门Ⅳ35，PVC管22再与转动弧形叶片1的外边片相连接，
所述漏斗式排泥沙口24与半球型筒体36连接，漏斗式排泥沙口24再与PE排泥沙管25连接，PE排泥沙管25上设有阀门Ⅲ26；
当开启水泵动力机组20时，高速水流由PVC管22流到转动弧形叶片1，高速水流从孔口9射出，用于对植物根部进行全方位冲洗。
所述根系漂洗装置包括电机Ⅰ12、电机Ⅱ13；电机Ⅰ12和电机Ⅱ13与中心转轴4连接；电机Ⅰ12、电机Ⅱ13分别设置在中心转轴4相对的两侧，使用根系漂洗装置时，阀门Ⅲ26关闭，电机Ⅰ12、电机Ⅱ13带传动中性转轴4旋转，用于使半球型筒体36里的水旋转、滚动产生涡流进行植物根系漂洗。
所述根系去湿装置包括离心风机动力机组19、PVC管22；所述离心风机动力机组19依次通过阀门Ⅱ29、PVC管22与转动弧形叶片1外边片连接，当启动离心风机动力机组19时，自然风由PVC管22流到转动弧形叶片1，然后，自然风从孔口9流出；对植物根部去湿；
所述电机Ⅰ12、电机Ⅱ13、电机Ⅲ14、水泵动力机组20、注气泵动力机组31和离心风机动力机组19固定在电机集装箱30里的垫板18上。
本发明的工作原理：根据光滑粒子流体动力学理论，数值模拟植物体根部受压时，土壤结构发生改变和根系往中心靠拢。本发明采用包裹方式挤压植物根部实现根土分离。根据流体力学，水流与边界层之间存在粘性摩擦，流场理论旋转速率不为零时产生有涡流，利用有涡流的正反旋转水流清洗根系。
本发明的工作过程是：
采用弧形叶片包裹、压缩气囊施加压力的方式挤压植物根部，在压力作用下使土壤的结构发生破裂，改变植物体根系与土壤结构形式进行植物体根土分离，在外力冲击下加速土壤结构的破裂和植物的根土分离。水泵提高水流压力形成孔口高压出水冲洗破裂土壤。电机Ⅰ和电机Ⅱ带动旋转叶片圆盘正反旋转，在正反旋转水流粘性摩擦力作用下漂洗附着植物根系表面的泥沙，这样减少了对根系的损害。利用离心风机自然通风加速根系表层水分蒸发速率。具体如下：
取样：准备植物根系清洗样本。
固定：把植物体移到半球型筒体36中，依据植物体根部大小合理放置，调整移动式螺旋杆件11的位置，然后进行植物体的固定。
根土分离：打开注气管33的阀门32，开启注气泵及动力组31通过注气管32往压缩气囊7里面充气，使转动弧形叶片1往植物根系一侧挤压，植物根部形成包裹式挤压，使根部土壤发生破裂，迫使土壤原来结构发生破坏；同时，开启电机Ⅲ14，凸轮机构15开始旋转，凸轮机构15间断性的作用在承压支撑盘16上，承压支撑盘16带动承压伸缩轴17向上运动，承压伸缩轴17带动中心转轴4反复的上下运动，使弧形击锤间断性反复冲击植物根部，加快根部土壤原来结构的破坏，加速植物体的根土分离。
冲洗：打开进水管的阀门，开启水泵动力机组20，水泵提供动力使水流流速提高，高速水流由PVC管22流到转动弧形叶片1，然后，高速水流从孔口9射出，对植物根部进行全方位冲洗。在冲洗过程中形成的泥砂流，经过半球型筒体36底部的漏斗式排泥沙口24和PE排泥沙管25排出。
漂洗：关闭阀门Ⅲ26，往半球型筒体36里注水，使植物根系浸泡在水里，启动电机Ⅰ12和电机Ⅱ13，电机Ⅰ12顺时针旋转，电机Ⅱ13逆时针旋转，电机Ⅰ12和电机Ⅱ13交替工作，使半球型筒体36里的水旋转、滚动产生涡流进行植物根系漂洗，旋转、滚动的水流带走了附着在根系上的泥沙，达到了植物体根系的漂洗目的。
去湿：启动离心风机动力机组19，自然风由PVC管22流到转动弧形叶片1，然后，自然风从孔口流出，加快植物根系水分蒸发速率，实现植物根部去湿。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用弧形叶片包裹、压缩气囊施加压力的方式挤压植物根部实现根土分离，利用正反旋转水流粘性摩擦力漂洗附着植物根系表面的泥沙，这样降低了对植物根系的损害，使得植物的根土分离、根系冲洗、根系漂洗和根系去湿系统化、连续化；
2、本发明根据植物根系的生长特性，提供一定的均压、粘性摩擦进行植物根土分离及清洗，提高对根系形态特征、生理功能、生长发育规律研究的精确性。本装置自动化程度高、操作简便、工作量小、可行性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为植物体固定的杆件结构图；
图3为植物体根部包裹式挤压结构示意图；
图4为挤压装置的俯视图；
图5为中心转轴工作图；
图6为根系冲洗、漂洗和去湿管件连接图；
图7为电机Ⅰ和电机Ⅱ工作电路图；
图8为电机Ⅰ和电机Ⅱ工作信号图。
图1-8中各标号：1-转动弧形叶片，2-圆环，3-圆环支座，4-中心转轴，5-旋转叶片圆盘，6-弧形击锤，7-压缩气囊，8-气囊集装箱，9-孔口，10-螺旋杆件固定环，11-移动式螺旋固定杆件，12-电机Ⅰ，13-电机Ⅱ，14-电机Ⅲ，15-凸轮机构，16-承压支撑盘，17-承压伸缩轴，18-垫板，19-离心风机动力机组，20-水泵动力机组，21-滑轮，22-PVC管，23-阀门Ⅰ，24-漏斗式排泥沙口，25-PE排泥沙管，26-阀门Ⅲ，27-排气口，28-排气阀，29-阀门Ⅱ，30-机箱，31-注气泵动力机组，32-注气管阀门，33-注气管，34-螺旋杆件固定阀，35-阀门Ⅳ，36-半球型筒体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-8所示，一种植物根土分离清洗装置，包括根土分离装置、根系冲洗装置、根系漂洗装置和根系去湿装置；
包括根土分离装置、根系冲洗装置、根系漂洗装置和根系去湿装置；
所述根土分离装置用于破坏植物根部土壤原来的结构使植物根土分离；其中采用包裹式挤压以及外力反复冲击植物根部使土壤结构发生破裂来实现植物的根土分离；
所述根系冲洗装置用于对植物根部进行全方位冲洗；其中采用孔口高压出水全方位冲洗根部松弛的土壤，冲洗时经过漏斗式排泥沙口和PE排泥沙管排出清洗混合物；
所述根系漂洗装置用于产生涡流进行植物根系漂洗；其中利用正反旋转水流粘性摩擦漂洗附着在根系表面的泥沙，通过旋转、滚动的水流带走附着在根系上的泥沙，达到了植物体根系的漂洗目的；
所述根系去湿装置用于采用孔口通风加快根系表层水分蒸发速率，实现植物根部去湿。
所述根土分离装置包括转动弧形叶片1、圆环2、圆环支座3、中心转轴4、旋转叶片圆盘5、弧形击锤6、压缩气囊7、气囊集装箱8、孔口9、螺旋杆件固定环10、移动式螺旋杆件11、电机Ⅲ14、凸轮机构15、承压支撑盘16、承压伸缩轴17、注气泵动力机组31、半球型筒体36；
所述转动弧形叶片1固定在圆环2上，圆环2焊接在圆环支座3上，压缩气囊7内镶在气囊集装箱8上，压缩气囊7在往里冲气的情况下，气囊体积逐渐变大，同时，气囊向转动弧形叶片1施加一个向里的推力；圆环支座3焊接在气囊集装箱8上，孔口9内嵌在转动弧形叶片1内边片上；中心转轴4固定在电机集装箱30上；所述旋转叶片5固定在中心转轴4上，弧形击锤6固定在中心转轴4上，承压伸缩轴17连接在中心转轴4上，承压支撑盘16固定在承压伸缩轴17上，凸轮机构15连接在电机Ⅲ14，当凸轮机构15旋转后，凸轮机构15间断性的作用在承压支撑盘16上，使得承压支撑盘16带动承压伸缩轴17向上运动，承压伸缩轴17带动中心转轴4反复的上下运动，从而使弧形击锤间断性反复冲击植物根部；
所述移动式螺旋杆件11与气囊集装箱8连接，螺旋杆件固定阀34设在移动式螺旋杆件11上，螺旋杆件固定环10与移动式螺旋固定杆件11连接；
所述注气泵动力机组31与注气管33连接，注气管33与压缩气囊7连接，注气管33上设有注气管阀门32。
进一步的，所述根系冲洗装置包括水泵动力机组20、PVC管22、漏斗式排泥沙口24、PE排泥沙管25；所述水泵动力机组20与PVC管22连接，PVC管22上设有阀门Ⅳ35，PVC管22再与转动弧形叶片1的外边片相连接，
所述漏斗式排泥沙口24与半球型筒体36连接，漏斗式排泥沙口24再与PE排泥沙管25连接，PE排泥沙管25上设有阀门Ⅲ26；
当开启水泵动力机组20时，高速水流由PVC管22流到转动弧形叶片1，高速水流从孔口9射出，用于对植物根部进行全方位冲洗。
进一步的，所述根系漂洗装置包括电机Ⅰ12、电机Ⅱ13；电机Ⅰ12和电机Ⅱ13与中心转轴4连接；电机Ⅰ12、电机Ⅱ13分别设置在中心转轴4相对的两侧，使用根系漂洗装置时，阀门Ⅲ26关闭，电机Ⅰ12、电机Ⅱ13带传动中性转轴4旋转，用于使半球型筒体36里的水旋转、滚动产生涡流进行植物根系漂洗。
进一步的，所述根系去湿装置包括离心风机动力机组19、PVC管22；所述离心风机动力机组19依次通过阀门Ⅱ29、PVC管22与转动弧形叶片1外边片连接，当启动离心风机动力机组19时，自然风由PVC管22流到转动弧形叶片1，然后，自然风从孔口9流出；对植物根部去湿；
所述电机Ⅰ12、电机Ⅱ13、电机Ⅲ14、水泵动力机组20、注气泵动力机组31和离心风机动力机组19固定在电机集装箱30里的垫板18上。
如图3所示，植物体的根部取样为半球体，其体积参照半球型筒体36的容积合理取样。将取出的植物体移入半球型筒体36中，植物体根部的底端与弧形击锤接触。如图2所示，调整螺旋杆件阀34的位置进行植物体固定。机箱30底部设有滑轮21方便滑动所述装置；
如图3所示，打开注气管阀门32，开启注气泵及动力机组31往压缩气囊7注入气体，此时，随着压缩气囊7体积的增大，压缩气囊7向转动弧形叶片1施加一个向里的压力。转动弧形叶片1在压力作用下对植物体根部实施包裹式挤压，植物根部土壤结构发生破坏，改变根系与土壤原来的结构，实现植物体根土分离，根系向根部中间靠拢。同时，如图5所示，开启电机Ⅲ14，凸轮机构15开始旋转并且带动承压伸缩轴17做上下往返运动，承压伸缩轴17带动其上部的中心转轴4上下运动。弧形击锤6在外力作用下间断性地冲击植物根部，加快植物根部土壤结构的破裂和根土分离。
如图6所示，打开排气阀28进行管道排气，确定管道系统处于正常工作状态。打开水泵进水阀和阀门Ⅰ23，开启水泵动力机组20，水流机械能增加，高压水流流经PVC管22在孔口9射出。如图4所示，转动弧形叶片1内边片上设有密集的孔口9，高压水流在孔口9射出进行植物体根部的冲洗工作。同时，如图6所示，打开阀门Ⅲ26，半球型筒体36中的泥沙流由漏斗式排沙口24流经PE排泥沙管25排出装置外。
如图6所示，在冲洗工作完成时，关闭阀门Ⅲ26，往半球型筒体36中注水，当植物体根部完全浸泡在水中时，关闭水泵及动力机组20，同时关闭阀门Ⅳ35。如图5所示，开启电机Ⅰ12和电机Ⅱ13，其中电机Ⅰ12顺时针转动，电机Ⅱ13逆时针转动。电机工作电路图为图7和图8，根据脉冲信号电机Ⅰ12
和电机Ⅱ13交替工作。电机带动固定在中心转轴4上的旋转叶片圆盘5正反旋转，在外力作用下半球型筒体36中的水来回旋转对植物体根系进行漂洗。
如图6所示，打开阀门Ⅲ26，将半球型筒体36中的水排出。打开排气阀28、阀门Ⅰ23和阀门Ⅳ35，将管道系统中的水由排气口27排出。然后，关闭阀门Ⅰ23，打开阀门Ⅱ29，启动离心风机动力组19，自然风在离心风机作用下由PVC管22流经转动弧形叶片1从孔口9流出，加快植物根系水分蒸发速率进行植物根部去湿。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种植物根土分离清洗装置，其特征在于：包括根土分离装置、根系冲洗装置、根系漂洗装置和根系去湿装置；
所述根土分离装置用于破坏植物根部土壤原来的结构使植物根土分离；其中采用包裹式挤压以及外力反复冲击植物根部使土壤结构发生破裂来实现植物的根土分离；
所述根系冲洗装置用于对植物根部进行全方位冲洗；其中采用孔口高压出水全方位冲洗根部松弛的土壤；
所述根系漂洗装置用于产生涡流进行植物根系漂洗；其中利用正反旋转水流粘性摩擦漂洗附着在根系表面的泥沙，通过旋转、滚动的水流带走附着在根系上的泥沙，达到了植物体根系的漂洗目的；
所述根系去湿装置用于采用孔口通风加快根系表层水分蒸发速率，实现植物根部去湿；
所述根土分离装置包括转动弧形叶片（1）、圆环（2）、圆环支座（3）、中心转轴（4）、旋转叶片圆盘（5）、弧形击锤（6）、压缩气囊（7）、气囊集装箱（8）、孔口（9）、螺旋杆件固定环（10）、移动式螺旋杆件（11）、电机Ⅲ（14）、凸轮机构（15）、承压支撑盘（16）、承压伸缩轴（17）、注气泵动力机组（31）、半球型筒体（36）；
所述转动弧形叶片（1）固定在圆环（2）上，圆环（2）焊接在圆环支座（3）上，压缩气囊（7）内镶在气囊集装箱（8）上，压缩气囊（7）在往里冲气的情况下，气囊体积逐渐变大，同时，气囊向转动弧形叶片（1）施加一个向里的推力；圆环支座（3）焊接在气囊集装箱（8）上，孔口（9）内嵌在转动弧形叶片（1）内边片上；中心转轴（4）固定在电机集装箱（30）上；所述旋转叶片圆盘（5）固定在中心转轴（4）上，弧形击锤（6）固定在中心转轴（4）上，承压伸缩轴（17）连接在中心转轴（4）上，承压支撑盘（16）固定在承压伸缩轴（17）上，凸轮机构（15）连接在电机Ⅲ（14），当凸轮机构（15）旋转后，凸轮机构（15）间断性的作用在承压支撑盘（16）上，使得承压支撑盘（16）带动承压伸缩轴（17）向上运动，承压伸缩轴（17）带动中心转轴（4）反复的上下运动，从而使弧形击锤间断性反复冲击植物根部；
所述移动式螺旋杆件（11）与气囊集装箱（8）连接，螺旋杆件固定阀（34）设在移动式螺旋杆件（11）上，螺旋杆件固定环（10）与移动式螺旋杆件（11）连接；
所述注气泵动力机组（31）与注气管（33）连接，注气管（33）与压缩气囊（7）连接。
2.根据权利要求1所述的植物根土分离清洗装置，其特征在于：所述根系冲洗装置包括水泵动力机组（20）、PVC管（22）、漏斗式排泥沙口（24）、PE排泥沙管（25）；所述水泵动力机组（20）与PVC管（22）连接，PVC管（22）上设有阀门Ⅳ（35），PVC管（22）再与转动弧形叶片（1）的外边片相连接，
所述漏斗式排泥沙口（24）与半球型筒体（36）连接，漏斗式排泥沙口（24）再与PE排泥沙管（25）连接，PE排泥沙管（25）上设有阀门Ⅲ（26）；
当开启水泵动力机组（20）时，高速水流由PVC管（22）流到转动弧形叶片（1），高速水流从孔口（9）射出，用于对植物根部进行全方位冲洗。
3.根据权利要求2所述的植物根土分离清洗装置，其特征在于：所述根系漂洗装置包括电机Ⅰ（12）、电机Ⅱ（13）；电机Ⅰ（12）和电机Ⅱ（13）与中心转轴（4）连接；电机Ⅰ（12）、电机Ⅱ（13）分别设置在中心转轴（4）相对的两侧，使用根系漂洗装置时，阀门Ⅲ（26）关闭，电机Ⅰ（12）、电机Ⅱ（13）带传动中心转轴（4）旋转，用于使半球型筒体（36）里的水旋转、滚动产生涡流进行植物根系漂洗。
4.根据权利要求3所述的植物根土分离清洗装置，其特征在于：所述根系去湿装置包括离心风机动力机组（19）、PVC管（22）；所述离心风机动力机组（19）依次通过阀门Ⅱ（29）、PVC管（22）与转动弧形叶片（1）外边片连接，当启动离心风机动力机组（19）时，自然风由PVC管（22）流到转动弧形叶片（1），然后，自然风从孔口（9）流出；对植物根部去湿；
所述电机Ⅰ（12）、电机Ⅱ（13）、电机Ⅲ（14）、水泵动力机组（20）、注气泵动力机组（31）和离心风机动力机组（19）固定在电机集装箱（30）里的垫板（18）上。
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