CN110031251A - 一种自旋式农田剖面土样采集装置及其采样方法 - Google Patents

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陈晓鹏
周蓓蓓
韦开
薛文强
梁超凡
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    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
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    • G01N1/08—Devices for withdrawing samples in the solid state, e.g. by cutting involving an extracting tool, e.g. core bit

Abstract

本发明公开了一种自旋式农田剖面土样采集装置，包括工作平台，工作平台上固接有保护罩，保护罩的内部固接有电动机和取样管，电动机的主轴与工作平台相垂直，主轴上固接有传动齿轮a，传动齿轮a与主轴相垂直，取样管和工作平台相垂直，取样管贯穿保护罩和工作平台，取样管的外壁开有与传送齿轮a相匹配的螺纹，取样管与传动齿轮a啮合连接。本装置取样作业所需面积小，未破坏土壤结构完整获取了土层剖面土样。利用本装置进行的采样方法操作结构简单，使用方便，提高了取样效率。

Description

一种自旋式农田剖面土样采集装置及其采样方法
技术领域
本发明属于农业机械及土壤用具技术领域，涉及一种自旋式农田剖面土样采集装置，本发明还涉及一种自旋式农田剖面土样的采样方法。
背景技术
在开展农业种植技术、农田面源污染防治等研究技术领域中，农田土壤中各项指标因素的分析至关重要。而土壤样品的精确采集是进行是土壤分析检测的一个重要环节，在土壤检测中起着决定性作用。在先前的农田土壤科学研究发展中，国内外许多学者都对土壤剖面取样装置的设计和发展进行了大量研究，极大地促进了土壤研究领域的发展。目前在农田土壤取样过程中，大量应用的都是“T”型单杆结构取样钻(例如申请号为201120300348.4、201020188037.9等)，通过人为作用转动使力将土钻钻入土中，之后将土钻向上拔出，如此取样过程仅靠双手使力完成，导致费时费力，劳动强度大，性能不理想，且由于钻头储土空间有限，在取较深剖面土样时，需来回往复在同一个钻洞里取样，容易造成侧壁土壤滑落混掺，剖面土壤分析产生误差；遇到容重较大的土壤类型时，土钻不易钻入或拔出，一般需要借助铁锤、铲子等工具，土层结构已被破坏。另外，也有学者设计出机械取样装置(例如申请号201610850665.0、201521129786.3等)，多应用于工程技术领域中，用机械过程代替人工过程，省时省力，但也存在一定局限，取样过程中容易破坏原始土壤结构，应用场地也十分有限，尤其在有农作物种植的农田中限制了较大型机械取样装置的应用，因此，现有取样装置均不能较理想地满足农田土壤样品采集的需要，这些因素在客观上已成为了农田土壤研究的限制因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种自旋式农田剖面土样采集装置，解决了现有技术中存在取样易破坏原始土壤结构的问题。
本发明的另一目的是提供一种自旋式农田剖面土样采集装置的采样方法。
本发明所采用的技术方案是一种自旋式农田剖面土样采集装置，包括工作平台，工作平台上固接有保护罩，保护罩的内部固接有电动机和取样管，电动机的主轴与工作平台相垂直，主轴上固接有传动齿轮a，传动齿轮a与主轴相垂直，取样管和工作平台相垂直，取样管贯穿保护罩和工作平台，取样管的外壁开有与传送齿轮a相匹配的螺纹，取样管与传动齿轮a啮合连接。
本发明的特点还在于：
取样管包括取样外管，取样外管的外壁设置有与传动齿轮a相匹配的螺纹，取样外管的一端内壁设置沿周向的凸台，取样外管的另一端设置有外管封盖，取样外管内部设置有取样内管，取样内管由两根剖开的管件铰接构成。
取样外管靠近工作平台的一端设置有锯齿状开口。
取样内管上设置有固定锁扣。
取样管贯穿工作平台形成的开孔位置固定有毛刷环。
取样管的侧边啮合连接有若干组传动机构，传动机构包括传送杆，传送杆的两端均固接有轴承b，轴承b的内环与传送杆相固接，其中一个轴承b的外环固定于工作平台，另一个轴承b的外环固定于保护罩,传送杆上固定有传动齿轮b，传动齿轮b与取样管外壁的螺纹相匹配。
工作平台和保护罩的开孔位置均固定有滚珠轴承。
工作平台的下表面固定有若干固定锚杆。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种自旋式农田剖面土样采集装置的采样方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：固定装置，装入取样内管，准备取样；
步骤2：电动机启动取样管向下运动进行采样，取采样结束后控制电动机反转，取样管向上运动；
步骤3：取下取样管，获取土样。
本发明的特点还在于：
步骤3具体操作如下：打开取样外管的封盖，取出取样内管，打开取样内管表面的固定锁扣，将取样内管打开即获得未扰动的原状土样；替换新的取样内管，可以继续进行下一次的采样作业。
本发明的有益效果是取样作业所需面积小，未破坏土壤结构完整获取了土层剖面土样，实现了土层剖面采集土壤样品的功能。本方法操作结构简单，使用方便，便于携带，且取样质量好，节约了大量人力，极大地提高了取样效率。
附图说明
图1是本发明一种自旋式农田剖面土样采集装置的结构示意图；
图2是本发明一种自旋式农田剖面土样采集装置的取样管的结构示意图；
图3是本发明一种自旋式农田剖面土样采集装置的俯视图。
图中，1.工作平台，2.电动机，3.主轴，4.传动齿轮a，5.取样管，5-1.取样外管，5-2.凸台，5-3.外管封盖，5-4.取样内管，5-5.破土环刀，6.保护罩，7.轴承a，8.毛刷环，9.传动机构，9-1.传送杆，9-2.轴承b，9-3.传动齿轮b，10.固定锚杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种自旋式农田剖面土样采集装置，如图1所示，包括工作平台1，工作平台1上固接有电动机2，电动机2的传送轴上固定有主轴3，主轴3上固接有传动齿轮a4，传动齿轮a4的侧边啮合连接有取样管5，取样管5的外壁设置有与传动齿轮a4相匹配的螺纹，工作平台1上固定有保护罩6，电动机2、主轴3和取样管5均设置于其内，主轴3远离电动机2的一端固接有轴承a7，轴承a7的内环与主轴3相固定，轴承a7的外环固定于保护罩6，取样管5两端在工作平台1和保护罩6延伸的部分均设置有与取样管5相匹配的开孔。
如图2所示，取样管包括取样外管5-1，取样外管5-1的外壁设置有与传动齿轮a4相匹配的螺纹，取样外管5-1的一端内壁设置沿周向的凸台5-2，取样外管5-1的另一端设置有外管封盖5-3，取样外管5-1内部设置有取样内管5-4，取样内管5-4由两根剖开的管件铰接构成。
取样外管5-4靠近工作平台1的一端设置有锯齿状开口的破土环刀5-5，齿牙参数选择根据实际土壤情况而定。破土环刀5-5可以对需要获取土样的周围土壤进行疏松，便于获取土样进行取样，同时也减少了动力驱动的要求。
取样内管5-4上设置有固定锁扣，在取样结束可以直接通过将固定锁扣打开获取土样。
工作平台1的开孔位置固定有毛刷环8，毛刷环内环密布钢毛刺，用于清洁从土中钻出的钻杆表层附粘的土粒，防止土粒堵塞螺纹内部，影响螺纹传动过程。
如图3所示，取样管5的侧边啮合连接有两组传动机构9，传动机构5包括传送杆9-1，传送杆9-1的两端均固接有轴承b9-2，轴承b9-2的内环与传送杆9-1相固接，其中一个轴承b9-2的外环固定于工作平台1，另一个轴承b9-2的外环固定于保护罩6,传送杆9-1上固定有传动齿轮b9-3，传动齿轮b9-3与取样管5外壁的螺纹相匹配。
工作平台1和保护罩6的开孔位置均固定有滚珠轴承，在取样管5上下运动时起导向和固定的作用，防止取样管5因传送的动力过大对保护罩施加较大的压力。
工作平台远离保护罩的一侧固定有4根固定锚杆10，防止装置在作业过程中偏移造成采样的误差。
一种自旋式农田剖面土样采集装置的采样方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：固定装置，装入取样内管5，准备取样；
步骤2：电动机2启动取样管5向下运动进行采样，取采样结束后控制电动机2反转，取样管5向上运动；
步骤3：取下取样内5-4管，获取土样。
其中，步骤3具体操作如下：打开外管封盖5-3，取出取样内管5-4，打开取样内管5-4表面的固定锁扣，将取样内管5-4打开即获得未扰动的原状土样；替换新的取样内管5-4，可以继续进行下一次的采样作业。
本发明通过电动机2驱动传送齿轮a4转动，从而带动取样管5的运动。根据电动机2运转方式的不同，取样管5可以实现向下或向上的运动，从而完成采样作业。本发明的装置结构简单，使用方便，便于携带，农田取样过程效率高，节省时间、人力成本，且取样质量好，另外，取样作业所需面积较小，适用于更复杂的农田环境取样作业。
本装置的采样方法，将电动机5双向交替旋转的动力支持和机械螺纹传动作用结合应用于传统农田取样作业，在电动机2的动力支持下，通过机械螺纹传动原理，将取样管5钻入地下进行采样，根据预先设定的取样深度决定钻杆的下钻深度，取样结束后，电动机2开启反向转动，将取样管5带出地下土层；通过取样内管5-4、取样外管5-1的协同作用，将土层剖面样品储存于取样内管5-4，未扰动完整从土层剖面取出，实现了自动从土层剖面采集土壤样品的功能，节约了大量人力，极大地提高了取样效率。

Claims (10)

1.一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，包括工作平台(1)，所述工作平台(1)上固接有保护罩(6)，所述保护罩(6)的内部固接有电动机(2)和取样管(5)，所述电动机(2)的主轴(3)与工作平台(1)相垂直，所述主轴(3)上固接有传动齿轮a(4)，所述传动齿轮a(4)与主轴(3)相垂直，所述取样管(5)和工作平台(1)相垂直，所述取样管(5)贯穿保护罩(6)和工作平台(1)，所述取样管(5)的外壁开有与传送齿轮a(4)相匹配的螺纹，所述取样管(5)与传动齿轮a(4)啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述取样管(5)包括取样外管(5-1)，所述取样外管(5-1)的外壁设置有与传动齿轮a(4)相匹配的螺纹，所述取样外管(5-1)的一端内壁设置沿其周向的凸台(5-2)，所述取样外管(5-1)的另一端设置有外管封盖(5-3)，所述取样外管(5-1)内部设置有取样内管(5-4)，所述取样内管(5-4)由两根剖开的管件铰接构成。
3.根据权利要求2所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述取样外管(5-1)穿过工作平台(1)的一端设置有锯齿状开口的破土环刀(5-5)。
4.根据权利要求2所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述取样内管(5-5)上设置有固定锁扣。
5.根据权利要求1所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述取样管(5)贯穿工作平台(1)形成的开孔位置固定有毛刷环(8)。
6.根据权利要求1所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述取样管(5)的侧边啮合连接有若干组传动机构(9)，所述传动机构(9)包括传送杆(9-1)，所述传送杆(9-1)的两端均固接有轴承b(9-2)，所述轴承b(9-2)的内环与传送杆(9-1)相固接，其中一个所述轴承b(9-2)的外环固定于工作平台(1)，另一个所述轴承b(9-2)的外环固定于保护罩(6),所述传送杆(9-1)上固定有传动齿轮b(9-3)，所述传动齿轮b(9-3)与取样管(5)外壁的螺纹相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，被所述取样管(5)贯穿的工作平台(1)和保护罩(6)的相应位置均固定有滚珠轴承。
8.根据权利要求1所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置，其特征在于，所述工作平台(1)的下表面固定有若干固定锚杆(10)。
9.一种如权利要求1－8任一所述的根据权利要求1所述的自旋式农田剖面土样采集装置的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：固定装置，准备取样；
步骤2：启动电动机(2)，所述取样管(5)向下运动进行采样，取采样结束后控制电动机(2)反转，所述取样管(5)向上运动；
步骤3：取下所述取样管(5)，获取土样。
10.根据权利要求9所述的一种自旋式农田剖面土样采集装置的采样方法，其特征在于，所述步骤3具体操作如下：打开所述外管封盖(5-3)，取出所述取样内管(5-4)，打开所述取样内管(5-4)表面的固定锁扣，将所述取样内管(5-4)打开即获得未扰动的原状土样；替换新的取样内管(5-4)，可以继续进行下一次的采样作业。
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