CN110530664A - 一种田间作物根系取样装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种田间作物根系取样装置及方法，包括：机架；取样器，取样器设置在机架中部，且取样器顶部可拆卸连接有击打盖，击打盖顶端中部开设有容纳槽，容纳槽内固定有钩环；限位扶正机构，限位扶正机构为多个，且多个限位扶正机构固定在机架底部，且均布在取样器外周侧，并与取样器外壁滑动连接；击打机构，击打机构滑动设置在机架顶部，且位于击打盖的上方；提升机构，提升机构滑动设置在机架顶部，且提升机构上设置有提拉挂钩，提拉挂钩与钩环挂接固定。通过限位扶正机构实现对取样器的自动夹持扶正，无需人工扶正，安全性高，并且通过击打机构对取样器进行自动击打，实现取样器的逐步下移，完成取样，无需人工取样，省时省力。
Description
技术领域
本发明涉及田间作物根系取样装置技术领域，更具体的说是涉及一种田间作物根系取样装置及方法。
背景技术
根系是作物吸收水分和营养的重要器官，是地上部分赖以生存的基础。根系特征在不同水分、养分和土壤耕作条件下的表现以及水肥土高效利用方面发挥着关键作用，根系特征也成为育种和作物栽培方面考虑的重要因素。由于根系生长于地下，观测研究存在困难，因此合理的取根装置和方法对研究田间根系显得尤为重要。
目前，在进行田间作物根系取样时，一般是采用铁锹直接挖取或使用圆柱形取土器，大多是采用人工操作，不仅自动化程度低而且费时费力，特别当取样数量较大时，难以满足试验的需求。使用圆柱形取土器人工取样，具有保证根系原状、完整，容易反应田间作物根系特别是深层根系的生长状况，CN201520861847.9提供一种田间作物根系取样装置，该装置采用的是由推样装置将取得的作物根系标本推出取样器，在此过程中不可避免的会损伤到作物根系及土体完整，从而无法保证根系原状，不利于研究；同时在取样器上设置有手柄，作业时，需要人工手扶手柄，以将取样器扶正进行取样，但是，人工扶持不仅费力，而且存在一定的危险性。
因此，如何提供一种无需手扶取样器、省时省力，且能保证根系原状和土体完整的田间作物根系取样装置和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种如何提供一种无需手扶取样器、省时省力，且能保证根系原状和土体完整的田间作物根系取样装置和方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种田间作物根系取样装置，包括：
机架；
取样器，所述取样器设置在所述机架中部，且所述取样器顶部可拆卸连接有击打盖，所述击打盖顶端中部开设有容纳槽，所述容纳槽内固定有钩环；
限位扶正机构，所述限位扶正机构为多个，且多个所述限位扶正机构固定在所述机架底部，且均布在所述取样器外周侧，并与所述取样器外壁滑动连接；
击打机构，所述击打机构滑动设置在所述机架顶部，且位于所述击打盖的上方，并与所述击打盖的位置对应设置；
提升机构，所述提升机构滑动设置在所述机架顶部，且所述提升机构上设置有提拉挂钩，所述提拉挂钩与所述钩环挂接固定。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种田间作物根系取样装置，通过限位扶正机构实现对取样器的自动夹持扶正，无需人工扶正，安全性高，并且通过击打机构对取样器进行自动击打，实现取样器的逐步下移，完成取样，无需人工取样；同时通过提升机构将取样器从土壤中取出，无需人工提拉取样器，省时省力。
进一步的，所述限位扶正机构为两个，且对称布置在所述取样器两侧，所述限位扶正机构包括：
电动伸缩杆，所述电动伸缩杆固定安装在所述机架底部，且其上的伸缩杆朝向所述取样器设置；
限位滑块，所述限位滑块一侧与所述伸缩杆固定连接，另一侧与所述取样器外壁滑动连接。
采用上述技术方案产生的有益效果是，将取样器放置在作物根系中部，通过电动伸缩杆推动限位滑块与取样器外壁抵接，实现对取样器的扶正限位，保证限位器下端垂直于地面，并且在取样器下移过程中，限位滑块始终于取样器外壁滑动连接，不会影响取样器的下移取样。
进一步的，所述取样器为两端开口的圆柱状结构，其两侧外壁上沿其长度方向开设有第一限位滑槽，所述限位滑块与所述第一限位滑槽滑动连接，所述取样器外壁上设置有刻度线。
采用上述技术方案产生的有益效果是，第一限位滑槽与限位滑块配合，不仅起到对取样器的前后、左右限位，而且对取样器下移起到导向作用，利于在击打过程中，取样器的位置不发生偏移，保证击打位置的精确性；同时刻度线可作为取样器下移距离参考，便于人们了解取样器下移距离。
进一步的，所述取样器包括：第一半圆管和第二半圆管，所述第一半圆管和所述第二半圆管可拆卸连接，所述第一半圆管和所述第二半圆管上端与所述击打盖可拆卸连接，所述第一半圆管和所述第二半圆管下端设置有锯齿；所述第一限位滑槽分别开设在所述第一半圆管和所述第二半圆管外壁上。
进一步的，所述第一半圆管一侧外壁上设置有第一连接凸耳，所述第二半圆管一侧外壁上设置有第二连接凸耳，所述第一连接凸耳和所述第二连接凸耳通过第一连接螺钉固定连接，所述第一半圆管和所述第二半圆管另一侧通过铰接轴铰接连接。
采用上述技术方案产生的有益效果是，取样器采用第一半圆管和第二半圆管开合的方式，在取出作物根系样本后只需拆下第一连接螺钉便可以实现根系样本的完善取出，能保证根系原状和土体完整。
进一步的，所述第一半圆管一侧端设置有插接部，所述第二半圆管一侧端设置有插接槽，所述插接部与所述插接槽插接固定。
采用上述技术方案产生的有益效果是，易于第一半圆管和第二半圆管连接，且连接更加牢固、稳定，不易分离。
进一步的，所述击打盖包括：
连接盖，所述连接盖顶部通过第二连接螺钉与所述取样器顶部固定连接；
击打块，所述击打块固定安装在所述连接盖顶端，且与所述击打机构下方，并与所述击打机构位置对应设置，所述击打块顶端中部开设有所述容纳槽。
采用上述技术方案产生的有益效果是，连接盖通过第二连接螺栓与取样器可拆卸连接，便于取样器与连接盖的安装和拆卸。
进一步的，所述击打机构包括：
第一滑动连接块，所述第一滑动连接块与所述机架顶部滑动连接；
第一液压缸，所述第一液压缸与所述第一滑动连接块底端固定连接，且所述第一液压缸的第一驱动端朝下设置；
锤击块，所述锤击块顶端与所述第一驱动端固定连接，且位于所述击打块正上方；
所述提升机构包括：
第二滑动连接块，所述第二滑动连接块与所述机架顶部滑动连接；
第二液压缸，所述第二液压缸与所述第二滑动连接块底端固定连接，其所述第二液压缸的第二驱动端朝下设置，并与所述提拉挂钩尾端固定连接。
进一步的，还包括：
用于驱动所述第一滑动连接块和所述第二滑动连接块移动的驱动部，所述驱动部包括：
电机，所述电机固定安装在所述机架顶部一侧；
螺杆，所述螺杆水平布置，且一端与所述电机输出端固定连接，另一端与设置在机架顶部另一侧的轴承固定连接；
其中，所述螺杆贯穿且螺接于所述第一滑动连接块和所述第二滑动连接块，且所述第一滑动连接块和所述第二滑动连接块顶端均滑动连接在所述机架顶部的第二限位滑槽内。
采用上述技术方案产生的有益效果是，便于击打机构能够根据取样器的实际位置进行调节，使得二者始终能够处于正面敲击，保证力的传输的有效性，同时，还可将提升机构移动到取样器上方，实现提拉挂钩与钩环的挂接，完成从土壤中取出取样器。
一种田间作物根系取样方法，包括如下步骤：
第一步：根系取样，以作物植株为中心，将取样器下端垂直放置在地面上，并通过限位扶正机构确保作物根基部位于取样器中间位置，同时使用击打机构连续击打取样器上的击打盖，使得取样器逐步向下运动，将作物根系和周围土体切割成圆柱状，在击打至取样器下端达到预设位置时，关闭击打机构；然后电机带动螺杆旋转，第一滑动连接块和第二滑动连接块沿着螺杆移动，即击打机构从击打块上方移开，提升机构移动至击打块上方，第二液压缸伸缩，提升挂钩挂接在钩环上，第二液压缸回缩，提升取样器至地面上，最后将取样器放置于根架上，将击打盖拆下，并拆开取样器，将圆柱状土体根据试验要求进行分层切割，并分别存放在50-60目尼龙网袋中；
第二步：根系处理，将分割完成的层状土体分别置于水桶中浸泡 8-10小时，然后取出用带伞状洒水嘴的水管冲洗，水压控制在 0.14MPa以内，否则压力过大容易将根系冲断，将根系与土壤分离出来，同时用镊子将杂质剔除，放置到自封袋中标识，最后置于-15℃至-20℃的环境中保存备用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种田间作物根系取样装置的结构示意图。
图2附图为第一限位滑槽与限位滑块的结构示意图。
图3附图为取样器展开时的结构示意图。
图4附图为取样器闭合时的俯视结构示意图。
图5附图为击打盖的结构示意图。
图6附图为图5中局部A的放大结构示意图。
图7附图为驱动部的结构示意图。
图8附图为取样器与延长管连接时的结构示意图。
其中：1-机架，11-第二限位滑槽，2-取样器，201-第一限位滑槽， 202-刻度线，21-第一半圆管，211-第一连接凸耳，212-插接部，22- 第二半圆管，221-第二连接凸耳，222-插接槽，23-锯齿，24-第一连接螺钉，25-铰接轴，3-击打盖，301-容纳槽，32-第二连接螺钉，33- 击打块，4-钩环，5-限位扶正机构，51-电动伸缩杆，511-伸缩杆，52- 限位滑块，6-击打机构，61-第一滑动连接块，62-第一液压缸，621- 第一驱动端，63-锤击块，7-提升机构，71-提拉挂钩，72-第二滑动连接块，73-第二液压缸，731-第二驱动端，8-驱动部，81-电机，82-螺杆，83-轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种田间作物根系取样装置，包括：
机架1，机架下端可连接滚轮，便于装置的移动；
取样器2，取样器2设置在机架1中部，且取样器2顶部可拆卸连接有击打盖3，击打盖3顶端中部开设有容纳槽301，容纳槽301 内固定有钩环4；
限位扶正机构5，限位扶正机构5为多个，且多个限位扶正机构 5固定在机架1底部，且均布在取样器2外周侧，并与取样器1外壁滑动连接；
击打机构6，击打机构6滑动设置在机架1顶部，且位于击打盖 3的上方，并与击打盖3的位置对应设置；
提升机构7，提升机构7滑动设置在机架1顶部，且提升机构7 上设置有提拉挂钩71，提拉挂钩71与钩环4挂接固定。
限位扶正机构5为两个，且对称布置在取样器2两侧，限位扶正机构5包括：
电动伸缩杆51，电动伸缩杆51固定安装在机架1底部，且其上的伸缩杆511朝向取样器2设置；
限位滑块52，限位滑块52一侧与伸缩杆511固定连接，另一侧与取样器2外壁滑动连接。
取样器2为两端开口的圆柱状结构，其两侧外壁上沿其长度方向开设有第一限位滑槽201，限位滑块52与第一限位滑槽201滑动连接，取样器2外壁上设置有刻度线202。
取样器2包括：第一半圆管21和第二半圆管22，第一半圆管21 和第二半圆管22可拆卸连接，第一半圆管21和第二半圆管22上端与击打盖3可拆卸连接，第一半圆管21和第二半圆管22下端设置有锯齿23；第一限位滑槽201分别开设在第一半圆管21和第二半圆管 22外壁上。
第一半圆管21一侧外壁上设置有第一连接凸耳211，第二半圆管22一侧外壁上设置有第二连接凸耳221，第一连接凸耳211和第二连接凸耳221通过第一连接螺钉24固定连接，第一半圆管21和第二半圆管22另一侧通过铰接轴25铰接连接。
第一半圆管21一侧端设置有插接部212，第二半圆管22一侧端设置有插接槽222，插接部212与插接槽222插接固定。
击打盖3包括：
连接盖31，连接盖31顶部通过第二连接螺钉32与取样器2顶部固定连接；
击打块33，击打块33固定安装在连接盖31顶端，且与击打机构6下方，并与击打机构6位置对应设置，击打块33顶端中部开设有容纳槽301。
击打机构6包括：
第一滑动连接块61，第一滑动连接块61与机架1顶部滑动连接；
第一液压缸62，第一液压缸62与第一滑动连接块61底端固定连接，且第一液压缸62的第一驱动端621朝下设置；
锤击块63，锤击块63顶端与第一驱动端621固定连接，且位于击打块33正上方；
提升机构7包括：
第二滑动连接块72，第二滑动连接块72与机架1顶部滑动连接；
第二液压缸73，第二液压缸73与第二滑动连接块72底端固定连接，其第二液压缸73的第二驱动端731朝下设置，并与提拉挂钩 71尾端固定连接。
本装置还包括：用于驱动第一滑动连接块61和第二滑动连接块 72移动的驱动部8，驱动部8包括：
电机81，电机81固定安装在机架1顶部一侧；
螺杆82，螺杆82水平布置，且一端与电机71输出端固定连接，另一端与设置在机架1顶部另一侧的轴承83固定连接；
其中，螺杆82贯穿且螺接于第一滑动连接块61和第二滑动连接块72，且第一滑动连接块61和第二滑动连接块72顶端均滑动连接在机架1顶部的第二限位滑槽11内。
在该装置中，参见图8，为了实现2m以上的取样深度，取样器可与多个延长管9连接，连接方式采用螺纹连接，即取样器下端内壁设置有内螺纹，延长管9顶部外壁设置有与内螺纹想适配的外螺纹，延长管下端内壁设置有内螺纹，相邻两个延长管可通过外螺纹与内螺纹相连接。
本发明还提供了一种田间作物根系取样方法，包括如下步骤：
第一步：根系取样，以作物植株为中心，将取样器下端垂直放置在地面上，并通过限位扶正机构确保作物根基部位于取样器中间位置，同时使用击打机构连续击打取样器上的击打盖，使得取样器逐步向下运动，将作物根系和周围土体切割成圆柱状，在击打至取样器下端达到预设位置时，关闭击打机构；然后电机带动螺杆旋转，第一滑动连接块和第二滑动连接块沿着螺杆移动，即击打机构从击打块上方移开，提升机构移动至击打块上方，第二液压缸伸缩，提升挂钩挂接在钩环上，第二液压缸回缩，提升取样器至地面上，最后将取样器放置于根架上，将击打盖拆下，并拆开取样器，将圆柱状土体根据试验要求进行分层切割，并分别存放在50-60目尼龙网袋中；
第二步：根系处理，将分割完成的层状土体分别置于水桶中浸泡 8-10小时，然后取出用带伞状洒水嘴的水管冲洗，水压控制在 0.14MPa以内，否则压力过大容易将根系冲断，将根系与土壤分离出来，同时用镊子将杂质剔除，放置到自封袋中标识，最后置于-15℃至-20℃的环境中保存备用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种田间作物根系取样装置，其特征在于，包括：
机架(1)；
取样器(2)，所述取样器(2)设置在所述机架(1)中部，且所述取样器(2)顶部可拆卸连接有击打盖(3)，所述击打盖(3)顶端中部开设有容纳槽(301)，所述容纳槽(301)内固定有钩环(4)；
限位扶正机构(5)，所述限位扶正机构(5)为多个，且多个所述限位扶正机构(5)固定在所述机架(1)底部，且均布在所述取样器(2)外周侧，并与所述取样器(1)外壁滑动连接；
击打机构(6)，所述击打机构(6)滑动设置在所述机架(1)顶部，且位于所述击打盖(3)的上方，并与所述击打盖(3)的位置对应设置；
提升机构(7)，所述提升机构(7)滑动设置在所述机架(1)顶部，且所述提升机构(7)上设置有提拉挂钩(71)，所述提拉挂钩(71)与所述钩环(4)挂接固定。
2.根据权利要求1所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述限位扶正机构(5)为两个，且对称布置在所述取样器(2)两侧，所述限位扶正机构(5)包括：
电动伸缩杆(51)，所述电动伸缩杆(51)固定安装在所述机架(1)底部，且其上的伸缩杆(511)朝向所述取样器(2)设置；
限位滑块(52)，所述限位滑块(52)一侧与所述伸缩杆(511)固定连接，另一侧与所述取样器(2)外壁滑动连接。
3.根据权利要求2所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述取样器(2)为两端开口的圆柱状结构，其两侧外壁上沿其长度方向开设有第一限位滑槽(201)，所述限位滑块(52)与所述第一限位滑槽(201)滑动连接，所述取样器(2)外壁上设置有刻度线(202)。
4.根据权利要求3所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述取样器(2)包括：第一半圆管(21)和第二半圆管(22)，所述第一半圆管(21)和所述第二半圆管(22)可拆卸连接，所述第一半圆管(21)和所述第二半圆管(22)上端与所述击打盖(3)可拆卸连接，所述第一半圆管(21)和所述第二半圆管(22)下端设置有锯齿(23)；所述第一限位滑槽(201)分别开设在所述第一半圆管(21)和所述第二半圆管(22)外壁上。
5.根据权利要求4所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述第一半圆管(21)一侧外壁上设置有第一连接凸耳(211)，所述第二半圆管(22)一侧外壁上设置有第二连接凸耳(221)，所述第一连接凸耳(211)和所述第二连接凸耳(221)通过第一连接螺钉(24)固定连接，所述第一半圆管(21)和所述第二半圆管(22)另一侧通过铰接轴(25)铰接连接。
6.根据权利要求4所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述第一半圆管(21)一侧端设置有插接部(212)，所述第二半圆管(22)一侧端设置有插接槽(222)，所述插接部(212)与所述插接槽(222)插接固定。
7.根据权利要求4-6任一项所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述击打盖(3)包括：
连接盖(31)，所述连接盖(31)顶部通过第二连接螺钉(32)与所述取样器(2)顶部固定连接；
击打块(33)，所述击打块(33)固定安装在所述连接盖(31)顶端，且与所述击打机构(6)下方，并与所述击打机构(6)位置对应设置，所述击打块(33)顶端中部开设有所述容纳槽(301)。
8.根据权利要求7所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，所述击打机构(6)包括：
第一滑动连接块(61)，所述第一滑动连接块(61)与所述机架(1)顶部滑动连接；
第一液压缸(62)，所述第一液压缸(62)与所述第一滑动连接块(61)底端固定连接，且所述第一液压缸(62)的第一驱动端(621)朝下设置；
锤击块(63)，所述锤击块(63)顶端与所述第一驱动端(621)固定连接，且位于所述击打块(33)正上方；
所述提升机构(7)包括：
第二滑动连接块(72)，所述第二滑动连接块(72)与所述机架(1)顶部滑动连接；
第二液压缸(73)，所述第二液压缸(73)与所述第二滑动连接块(72)底端固定连接，其所述第二液压缸(73)的第二驱动端(731)朝下设置，并与所述提拉挂钩(71)尾端固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种田间作物根系取样装置，其特征在于，还包括：用于驱动所述第一滑动连接块(61)和所述第二滑动连接块(72)移动的驱动部(8)，所述驱动部(8)包括：
电机(81)，所述电机(81)固定安装在所述机架(1)顶部一侧；
螺杆(82)，所述螺杆(82)水平布置，且一端与所述电机(71)输出端固定连接，另一端与设置在机架(1)顶部另一侧的轴承(83)固定连接；
其中，所述螺杆(82)贯穿且螺接于所述第一滑动连接块(61)和所述第二滑动连接块(72)，且所述第一滑动连接块(61)和所述第二滑动连接块(72)顶端均滑动连接在所述机架(1)顶部的第二限位滑槽(11)内。
10.一种田间作物根系取样方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：根系取样，以作物植株为中心，将取样器下端垂直放置在地面上，并通过限位扶正机构确保作物根基部位于取样器中间位置，同时使用击打机构连续击打取样器上的击打盖，使得取样器逐步向下运动，将作物根系和周围土体切割成圆柱状，在击打至取样器下端达到预设位置时，关闭击打机构；然后电机带动螺杆旋转，第一滑动连接块和第二滑动连接块沿着螺杆移动，即击打机构从击打块上方移开，提升机构移动至击打块上方，第二液压缸伸缩，提升挂钩挂接在钩环上，第二液压缸回缩，提升取样器至地面上，最后将取样器放置于根架上，将击打盖拆下，并拆开取样器，将圆柱状土体根据试验要求进行分层切割，并分别存放在50-60目尼龙网袋中；
第二步：根系处理，将分割完成的层状土体分别置于水桶中浸泡8-10小时，然后取出用带伞状洒水嘴的水管冲洗，水压控制在0.14MPa以内，否则压力过大容易将根系冲断，将根系与土壤分离出来，同时用镊子将杂质剔除，放置到自封袋中标识，最后置于-15℃至-20℃的环境中保存备用。
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