CN112146924B - 一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法，与现有技术相比解决了人工土壤采样造成土壤样本扰动性大从而影响分析试验结果的缺陷。本发明中固定架的上底边设定缺口，刮土片安装在固定架的上底边且位于缺口处，刮土片位于导流筒的正上方，刮土片为椭圆形，刮土片的尺寸、形状与采土筒的内壁尺寸相同，导流筒的侧部开有滑动槽，滑动槽的尺寸、形状与采土筒相同，当双作用液压缸控制固定架运动至最远端时，刮土片与采土筒内壁的纵向运动轨迹相切。本发明能够实现土壤采样、取样的全自动处理，避免了人为操作的多样性和土壤扰动性，能够适用于大面积、高工作量的野外土壤成分监测采集。

Description

一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及土壤采集装置技术领域，具体来说是一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法。

背景技术

土壤是农业的基础和重要组成部分，实时掌握农田土壤成分的空间分布，是实现农田精准施肥的前提条件。目前市面上存在很多土壤成分检测的仪器，可以对土壤成分信息实时监控，但是这些仪器的正常使用需要首先获取大量土壤试样，传统的试样获得需要工作人员在农田里大面积地取样，这样就会耗费大量的人力、物力且效率低下。

传统的人工土壤取样不仅费时费力，且采样过程人为操作，致使采样的土样受力复杂，其一方面受到操作员不同力度的下压采样影响，另一方面又受到操作员转运(刮土)受力影响，两个方面受力的方向和大小都处在变化，对土样扰动较大，影响了土壤分析试验结果的准确性。

因此，如何研发出一种能够实现土壤采样、取样自动化设备已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中人工土壤采样造成土壤样本扰动性大从而影响分析试验结果的缺陷，提供一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种液压锤击式全自动土壤采样装置，包括底板，底板底部安装有履带车底盘，底板上开有中孔，

还包括安装在底板上的升降模块和刮土模块，升降模块的升降件上安装有采土模块且采土模块位于中孔的正上方；

所述的采土模块包括安装在升降模块上的下冲组件，下冲组件的下部安装有采土筒，采土筒为圆弧形，所述的刮土模块包括安装在底板上的导轨，固定架安装在导轨上且与导轨构成滑动配合，固定架为梯形结构，样本瓶放置在固定架的下底边上，导流筒安装在固定架的上底边与下底边之间且位于样本瓶的正上方，双作用液压缸固定安装在底板上，双作用液压缸的输出端安装在固定架上，固定架的上底边设定缺口，刮土片安装在固定架的上底边且位于缺口处，刮土片位于导流筒的正上方，刮土片为椭圆形，刮土片的尺寸、形状与采土筒的内壁尺寸相同，导流筒的侧部开有滑动槽，滑动槽的尺寸、形状与采土筒相同，当双作用液压缸控制固定架运动至最远端时，刮土片与采土筒内壁的纵向运动轨迹相切。

所述的下冲组件包括摆动液压缸和液压马达B，摆动液压缸安装在升降模块上，液压马达B的输出轴通过曲柄连杆与活塞相连，活塞安装在气缸内，活塞的输出轴与摆动液压缸相连，采土筒安装在摆动液压缸的输出轴上。

所述的升降模块包括安装在底板上的导轨架，升降架通过双作用液压缸安装在导轨架上，固定座安装在升降架的底部，升降块通过链条、链轮安装在升降架上，液压马达A通过减速转换器安装在链轮的输入轴上，摆动液压缸固定安装在升降块上。

还包括安装在底板上的存土模块，存土模块包括制冷单元，制冷单元内放置有样品瓶。

一种液压锤击式全自动土壤采样装置的控制方法，包括以下步骤：

采土位的到达：履带车底盘带动装置行驶至采土位置；

土样的采集：双作用液压缸启动，使升降模块带动采土模块做下降运动，当运动至最低处时，固定板与地面接触，然后液压马达A正转启动，通过链条带动采土模块上的采土筒继续做下降运动，同时液压马达B启动带动采土筒做锤击运动，待采土筒下降至最低处时，液压马达A、液压马达B同时停止；

土样的取出：双作用液压缸做上升运动至最高处，然后液压马达反转带动采土模块上升至刮土片的高度停止；然后双作用液压缸启动，使刮土片前进，通过采土筒侧面的开槽进去采土筒内部，接着液压马达继续反转带动采土筒上升至最高处，此过程由于刮土片的作用使土壤脱离采土筒，并顺着导流筒进入样品瓶。

有益效果

本发明的一种液压锤击式全自动土壤采样装置及其控制方法，与现有技术相比能够实现土壤采样、取样的全自动处理，避免了人为操作的多样性和土壤扰动性，能够适用于大面积、高工作量的野外土壤成分监测采集，同时还适用于复杂恶劣环境下的土壤样品采集，可为快速获得土壤成分及其含量分布情况提供样品准备。其操作简便，可在田间自由移动，整个过程可控、连续、无污染，适用于大面积田地操作，具有工作效率高、劳动成本低的特点。

附图说明

图1为本发明的本发明的整体外观示意图；

图2为本发明的去除外壳示意图；

图3为本发明的侧后方示意图；

图4为本发明的升降模块示意图；

图5为本发明的采土模块示意图；

图6为本发明的采土模块透视图；

图7为本发明的刮土模块示意图；

图8为本发明的导流筒示意图；

图9为本发明的存土模块透视图；

图10为本发明工作时下降至最低处示意图；

图11为本发明工作时下降至最低处前视图；

图12为本发明刮土模块与采土模块接触示意图；

图13为本发明刮土模块与采土模块分离示意图；

图14为本发明刮土完成示意图；

其中，1-履带车底盘、2-升降模块、3-采土模块、4-刮土模块、5-存土模块、6-电池组、7-液压油箱、8-控制模块、9-手自一体多路阀、10-电机、11-底板、12-驾驶位、13-外壳、14-液压泵、15-天线、16-液压马达、20-链条、21-升降架、22-液压马达A、23-减速转换器、24-链轮、25-升降块、26-导轨架、27-双作用液压缸、28-导轨、29-固定座、30-液压马达B、31-曲柄连杆、32-活塞、34-气缸、35-摆动液压缸、36-采土筒、40-刮土片、41-导流筒、42-固定架、43-导轨、44-鱼眼轴承、45-双作用液压缸、46-样品瓶、50-制冷单元。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1、图2和图3所示，本发明所述的一种液压锤击式全自动土壤采样装置，包括底板11，底板11上开有中孔，底板11底部安装有履带车底盘1，履带车底盘1为现有的履带传动集成组件，用于在泥土道路自行驶，其为采样装置的移动载体，其通过天线15实现远程遥控操作，也可以通过手自一体多路阀实现手动控制。履带车底盘1上按现有技术的方式布置有电池组、液压油箱、电机、液压泵、手自一体液压阀、工控机。履带车底盘1安装有驾驶位12、和外壳13。驾驶位12上安装有控制模块8、手自一体多路阀9、电机10和天线15。电机10与液压泵14通过联轴器连接。手自一体多路阀9为七路阀，七路阀的作用分别是左驱动、右驱动、整体升降、采土升降、切土、刮土和锤击，主要用于履带车底盘1的驱动以及采土工作的正常进行。

底板11上安装有升降模块2、刮土模块4、电池组6和液压油箱7，升降模块2的升降件上安装有采土模块3且采土模块3位于中孔的正上方。

如图5和图6所示，采土模块3包括安装在升降模块2上的下冲组件，下冲组件的下部安装有采土筒36，采土筒36为圆弧形。下冲组件包括摆动液压缸35和液压马达B30，摆动液压缸35安装在升降模块2上，液压马达B30的输出轴通过曲柄连杆31与活塞32相连，活塞32安装在气缸34内，活塞32的输出轴与摆动液压缸35相连，采土筒36安装在摆动液压缸35的输出轴上。液压马达B30通过曲柄连杆31带动活塞32在气缸35里做活塞运动，从而带动采土筒36做上下锤击运动。摆动液压缸35的作用是带动采土筒36旋转，从而对土壤进行切削。

如图7和图8所示，刮土模块4包括安装在底板11上的导轨43，固定架42安装在导轨43上且与导轨43构成滑动配合。为了配合样本瓶46、导流筒41、刮土片40的安装，将固定架42设计为梯形结构。样本瓶46放置在固定架42的下底边上，导流筒41安装在固定架42的上底边与下底边之间且位于样本瓶46的正上方，在实际应用中，导流筒41按传统安装方式固定在上底边或下底边上均可，只要保证位于上底边与下底边之间且位于样本瓶46的正上方即可。

双作用液压缸45固定安装在底板11上，双作用液压缸45的输出端安装在固定架42上，工作时，双作用液压缸45的作用是使固定架42前后运动，从而带动刮土片40前进至采土筒36内。固定架42的上底边设定缺口，缺口用于刮土片40进行刮土使用。刮土片40安装在固定架42的上底边且位于缺口处，刮土片40位于导流筒41的正上方，使得刮下的土样可以直接落入导流筒41中。为了配合采土筒36，将刮土片40设计为为椭圆形，刮土片40的尺寸、形状与采土筒36的内壁尺寸相同，导流筒41的侧部开有滑动槽，滑动槽的尺寸、形状与采土筒36相同。当双作用液压缸45控制固定架42运动至最远端时，刮土片40与采土筒36内壁的纵向运动轨迹相切。在此，通过刮土片40、采土筒36、导流筒41的组合设计，使得土样在采样上来后，可以顺利地刮入(取出)，也使得土样采样的整个过程(采样、取样)均为机械化操作，避免了人工操作力度不同而带来的土壤扰动性影响。

如图4所示，升降模块2包括安装在底板11上的导轨架26，升降架21通过双作用液压缸27安装在导轨架26上，固定座29安装在升降架21的底部，升降块25通过链条20、链轮24安装在升降架21上，液压马达A22通过减速转换器23安装在链轮24的输入轴上，摆动液压缸35固定安装在升降块25上。升降架21通过双作用液压缸27与导轨架26连接为一体。双作用液压缸27的作用是使升降架21在导轨架26上做升降运动，使升降架21远离或接近地面。升降块25通过链条20、链轮24与升降架21连接，通过液压马达A22和减速转换器23的作用使升降块25在导轨28上做上下运动，使与升降块25连接的采土模块3做远离或接近地面的升降运动。

如图9所示，还可以在底板11上安装存土模块5，存土模块5包括制冷单元50，制冷单元50内放置有样品瓶46，用于待土壤样品采集上来之后用于保存和冷藏样品。

如图10-图14所示，在此还提供一种液压锤击式全自动土壤采样装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步，采土位的到达：履带车底盘1带动装置行驶至采土位置。

第二步，土样的采集：双作用液压缸27启动，使升降模块2带动采土模块3做下降运动，当运动至最低处时，固定板29与地面接触，然后液压马达A22正转启动，通过链条20带动采土模块3上的采土筒36继续做下降运动，同时液压马达B30启动带动采土筒36做锤击运动，待采土筒36下降至最低处时，液压马达A22、液压马达B30同时停止。

第三步，土样的取出：双作用液压缸27做上升运动至最高处，然后液压马达22反转带动采土模块3上升至刮土片40的高度停止；然后双作用液压缸45启动，使刮土片40前进，通过采土筒36侧面的开槽进去采土筒36内部，接着液压马达22继续反转带动采土筒36上升至最高处，此过程由于刮土片40的作用使土壤脱离采土筒36，并顺着导流筒41进入样品瓶46。然后由操作人员通过取样口131将样品取出放入存土模块5之中，到此完成一次土壤采样工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种液压锤击式全自动土壤采样装置，包括底板（11），底板（11）底部安装有履带车底盘（1），底板（11）上开有中孔，其特征在于：

还包括安装在底板（11）上的升降模块（2）和刮土模块（4），升降模块（2）的升降件上安装有采土模块（3）且采土模块（3）位于中孔的正上方；

所述的采土模块（3）包括安装在升降模块（2）上的下冲组件，下冲组件的下部安装有采土筒（36），采土筒（36）为圆弧形，所述的刮土模块（4）包括安装在底板（11）上的导轨（43），固定架（42）安装在导轨（43）上且与导轨（43）构成滑动配合，固定架（42）为梯形结构，样品瓶（46）放置在固定架（42）的下底边上，导流筒（41）安装在固定架（42）的上底边与下底边之间且位于样品瓶（46）的正上方，第一双作用液压缸（45）固定安装在底板（11）上，第一双作用液压缸（45）的输出端安装在固定架（42）上，固定架（42）的上底边设定缺口，刮土片（40）安装在固定架（42）的上底边且位于缺口处，刮土片（40）位于导流筒（41）的正上方，刮土片（40）为椭圆形，刮土片（40）的尺寸、形状与采土筒（36）的内壁尺寸相同，导流筒（41）的侧部开有滑动槽，滑动槽的尺寸、形状与采土筒（36）相同，当第一双作用液压缸（45）控制固定架（42）运动至最远端时，刮土片（40）与采土筒（36）内壁的纵向运动轨迹相切；所述的下冲组件包括摆动液压缸（35）和液压马达B（30），摆动液压缸（35）安装在升降模块（2）上，液压马达B（30）的输出轴通过曲柄连杆（31）与活塞（32）相连，活塞（32）安装在气缸（34）内，活塞（32）的输出轴与摆动液压缸（35）相连，采土筒（36）安装在摆动液压缸（35）的输出轴上；所述的升降模块（2）包括安装在底板（11）上的导轨架（26），升降架（21）通过第二双作用液压缸（27）安装在导轨架（26）上，固定座（29）安装在升降架（21）的底部，升降块（25）通过链条（20）、链轮（24）安装在升降架（21）上，液压马达A（22）通过减速转换器（23）安装在链轮（24）的输入轴上，摆动液压缸（35）固定安装在升降块（25）上。

2.根据权利要求1所述的一种液压锤击式全自动土壤采样装置，其特征在于：还包括安装在底板（11）上的存土模块（5），存土模块（5）包括制冷单元（50），制冷单元（50）内放置有样品瓶（46）。

3.根据权利要求1所述的一种液压锤击式全自动土壤采样装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

31）采土位的到达：履带车底盘（1）带动装置行驶至采土位置；

32）土样的采集：第二双作用液压缸（27）启动，使升降模块（2）带动采土模块（3）做下降运动，当运动至最低处时，固定座（29）与地面接触，然后液压马达A（22）正转启动，通过链条（20）带动采土模块（3）上的采土筒（36）继续做下降运动，同时液压马达B（30）启动带动采土筒（36）做锤击运动，待采土筒（36）下降至最低处时，液压马达A（22）、液压马达B（30）同时停止；

33）土样的取出：第二双作用液压缸（27）做上升运动至最高处，然后液压马达A（22）反转带动采土模块（3）上升至刮土片（40）的高度停止；然后第一双作用液压缸（45）启动，使刮土片（40）前进，通过采土筒（36）侧面的开槽进去采土筒（36）内部，接着液压马达A（22）继续反转带动采土筒（36）上升至最高处，此过程由于刮土片（40）的作用使土壤脱离采土筒（36），并顺着导流筒（41）进入样品瓶（46）。

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