CN115307965B - 一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，属于土壤钻孔采集技术领域，包括钻探车架、随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器，所述钻探车架包括中心环架和绕中心环架圆周阵列分布的支撑腿，所述随动钻探推进机构设于中心环架底壁，所述分段排土式钻探分层取样机构设于随动钻探推进机构上。本发明具体是提供了一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，通过螺纹钻头与螺纹传送叶片的同步差速运动实现对土壤的无压快速钻孔和排土，将常规的纵向取样转化为多层次隔断式的横向取样，在不影响土壤层分布的条件下实现了土壤的分层取样。

Description

一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备

技术领域

本发明属于土壤钻孔采集技术领域，具体是指一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备。

背景技术

土壤采样是指采集土壤样品的方法。污染物在土壤中的分布，既有因距离污染源的远近而引起的水平差异，还有因时间和其他因素的不同而造成的垂直差异，因而还要根据土壤剖面层次分层采集土样。目前，在土壤分层样品采集过程中，多采用土钻或者破坏性挖掘的采集方法。如用土钻采集，则分层深度一般只能控制在10cm左右，无法精确获取更细的分层样品，且每钻采集的样品数量少，难以完成多个项目的同时测试，无法仅通过一次土壤钻孔实现精准的分层取样，另外由于多次往复的进入同一钻孔，受孔壁坍塌等影响，不同层位样品往往发生混杂和互相污染，影响了样品的代表性；如采用破坏性的发掘，其只能在土壤采集点挖掘略深于最大采样深度的土坑，然后在坑壁的土壤剖面上采集样品，这种方法费时、费力，虽然可以较准确的将分层深度控制在2-4cm的精度。

现有一种筒状的取样器，通过将筒状金属件插入土壤中再拔出，获得层次分明的土壤样品。但该种取样器在使用时需要用力将取样器插入土壤中，当土壤内含有根茎、石块等杂质时，容易导致取样失败，而且容易造成设备发生损坏的现象，影响样本土壤的后续使用，且插入过程中，需对取样器施加向下的压力，使用时会把土壤压实，使得取样的土壤层分布于实际土壤层分布存在较大的偏差。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，通过螺纹钻头与螺纹传送叶片的同步差速运动实现对土壤的无压快速钻孔和排土，将常规的纵向取样转化为多层次隔断式的横向取样，在不影响土壤层分布的条件下实现了土壤的分层取样，通过预先设置的预设式分层定位观察取样器可以在不影响样本的条件下，观察土壤钻挖深度以及钻孔土壤分层的粗观察，方便对土壤进行分层精准采样，通过特殊的收缩结构设计，使得弧形自锁取样器在土壤采样时，易进难出，在取样完毕后实现自锁功能，且在取样完毕后起到较好的保护作用，不易被污染。

本发明采取的技术方案如下：本发明提供的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，包括钻探车架、随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器，所述钻探车架包括中心环架和绕中心环架圆周阵列分布的支撑腿，所述随动钻探推进机构设于中心环架底壁，所述分段排土式钻探分层取样机构设于随动钻探推进机构上，所述预设式分层定位观察取样器滑动卡设于随动钻探推进机构和分段排土式钻探分层取样机构上，所述随动钻探推进机构包括推进固定板、推进丝杠、随动推进滑座和随动推进螺套，所述推进固定板设于中心环架下壁，所述推进固定板中部设有避让中心孔，所述推进丝杠固接设于推进固定板底壁两侧，所述随动推进滑座滑动设于推进丝杠上，随动推进螺套转动设于随动推进滑座底壁，随动推进螺套与推进丝杠螺纹连接，所述分段排土式钻探分层取样机构设于随动推进滑座底壁，分段排土式钻探分层取样机构与随动推进螺套之间设有传动组件，分段排土式钻探分层取样机构启动时，通过传动组件带动随动推进螺套转动，随动推进螺套带动随动推进滑座沿推进丝杠上下滑动，从而带动分段排土式钻探分层取样机构下移对土壤进行钻探。

所述分段排土式钻探分层取样机构包括钻探驱动组件、分段式排土钻探组件和防污分层取样装置，所述随动推进滑座底壁设有驱动腔，所述钻探驱动组件设于驱动腔内，所述分段式排土钻探组件转动设于驱动腔底壁，分段式排土钻探组件与钻探驱动组件相连，所述防污分层取样装置固接设于驱动腔底壁，防污分层取样装置套设于分段式排土钻探组件外侧，分段式排土钻探组件对土壤进行钻进并将钻挖产生的土壤从钻孔中排出，避免影响采样，防污分层取样装置在到达指定深度后，同时对不同层位的土壤进行采样，避免交叉污染；所述钻探驱动组件包括钻挖驱动组件和排土驱动组件，所述分段式排土钻探组件包括螺纹钻头、钻挖转轴和排土绞龙套筒，所述钻挖转轴的上端转动设于驱动腔内上壁，钻挖转轴中部转动贯穿驱动腔底壁，螺纹钻头同轴固接设于钻挖转轴下端，所述排土绞龙套筒上端转动贯穿设于驱动腔底壁，排土绞龙套筒同轴套设于钻挖转轴外侧，所述排土绞龙套筒外壁设有螺纹传送叶片，钻挖驱动组件与钻挖转轴传动连接并驱动钻挖转轴转动，排土驱动组件与排土绞龙套筒传动连接并驱动排土绞龙套筒转动，所述螺纹钻头的转速小于排土绞龙套筒的转速，钻挖驱动组件通过钻挖转轴带动螺纹钻头转动，从而对土壤进行钻进，在不影响土壤层纵向分布的条件下，实现采样钻孔的钻挖，保证采样的精准度，排土驱动组件带动排土绞龙套筒转动，从而通过螺纹传送叶片将螺纹钻头钻出的泥土向上传送排出至地表，避免土壤挤压和交叉污染，利用螺纹钻头和排土绞龙套筒的差速运动以及套设分布实现钻挖土壤的及时排出。

作为本方案的进一步改进，所述钻挖驱动组件和排土驱动组件传动连接，仅通过一个驱动即可实现螺纹钻头和排土绞龙套筒的差速运动。

其中，所述钻挖驱动组件包括钻挖驱动轴、钻挖主动锥齿轮、钻挖从动锥齿轮和钻挖传动齿轮，所述钻挖从动锥齿轮同轴固接设于钻挖转轴上，所述钻挖驱动轴转动设于驱动腔内侧壁上，所述钻挖主动锥齿轮同轴固接设于钻挖驱动轴上，钻挖主动锥齿轮与钻挖从动锥齿轮啮合，所述钻挖传动齿轮同轴固接设于钻挖驱动轴上，所述排土驱动组件包括排土驱动轴、排土主动锥齿轮、排土从动锥齿轮、排土传动齿轮和驱动电机，所述排土驱动轴转动设于驱动腔内侧壁上，排土驱动轴设于钻挖驱动轴下方，排土驱动轴与钻挖驱动轴平行设置，所述排土从动锥齿轮同轴固接设于排土绞龙套筒上壁，排土主动锥齿轮同轴固接设于排土驱动轴上，排土主动锥齿轮与排土从动锥齿轮啮合，所述排土传动齿轮滑动设于排土驱动轴上，排土传动齿轮与排土驱动轴键连接，排土传动齿轮设于钻挖传动齿轮下方排土传动齿轮与钻挖传动齿轮啮合，排土传动齿轮侧壁轮齿的齿数小于钻挖传动齿轮侧壁轮齿的齿数，使得钻挖传动齿轮的转速慢于排土传动齿轮的转速，所述驱动电机设于驱动腔侧壁上，驱动电机输出轴与排土驱动轴相连，驱动电机带动排土驱动轴转动，排土驱动轴通过排土主动锥齿轮带动排土从动锥齿轮转动，排土从动锥齿轮带动排土绞龙套筒转动，排土驱动轴通过排土传动齿轮带动钻挖传动齿轮转动，钻挖传动齿轮带动钻挖驱动轴转动，钻挖驱动轴通过钻挖主动锥齿轮带动钻挖从动锥齿轮转动，从而带动钻挖转轴转动，仅通过一个电机即可实现钻挖和排土，同时还实现了排土绞龙套筒和钻挖转轴的差速运动。

优选地，所述传动组件为皮带，所述皮带绕设于随动推进螺套和钻挖转轴上，钻挖转轴通过传动组件带动随动推进螺套转动，所述驱动腔底壁设有拨动通孔，拨动通孔设于排土传动齿轮的下方。

进一步地，所述防污分层取样装置包括取样筒、取样转轴、取样套、弧形自锁取样器和取样电机，所述取样电机设于驱动腔内，所述取样筒固接设于驱动腔底壁，所述取样筒由内到外依次包括上下贯通的排土腔和密闭的取样腔，取样筒通过排土腔同轴套设于排土绞龙套筒外侧，螺纹传送叶片侧壁与取样筒内壁贴合，螺纹传送叶片转动时，带动土壤沿排土腔向上传送，所述取样腔侧壁等间距分布设有内层取样口，所述取样转轴转动设于取样腔内，所述弧形自锁取样器呈弧形设置，弧形自锁取样器的一端固接设于取样转轴上，初始状态时，弧形自锁取样器同轴套设于取样筒上，所述取样套同轴套设于取样腔外侧，所述取样套上等间距分布设有外层取样口，所述外层取样口的长度和宽度分别与内层取样口的长度和宽度相等，当外层取样口和内层取样口完全对齐时，即可进行取样，当内层取样口和外层取样口完全错开时，此时内层取样口被取样套完全挡住，保证防污分层取样装置移动时，钻孔侧壁的泥土不会污染分层取样的样本，保证样本的精准性，取样转轴的上端转动贯穿驱动腔底壁，取样电机的输出轴与取样转轴相连，所述弧形自锁取样器为弧形腔体设置，弧形自锁取样器靠近取样套的一侧设有开口。

作为本方案的进一步改进，所述取样筒的上端设有伞状设置的环形防护挡板，环形防护挡板便于将螺纹传送叶片传送的泥土导流至地面，同时避免泥土直接掉落在钻孔处，保证样本不受污染。

为了便于将螺纹钻头钻挖的泥土传输至螺纹传送叶片处，所述取样筒底壁为中间高且四周低的倒斗形设置，方便泥土堆送至螺纹传送叶片处。

为了便于样本不受污染，所述取样套外侧等间距分布设有斜向上设置的金属刮片，金属刮片绕取样套圆周侧壁环形分布，金属刮片设于外层取样口的上边缘处，当取样套向下移动时，金属刮片受到钻孔侧壁挤压，从而向内合拢靠近取样套，当取样套向上移动时，钻孔侧壁对金属刮片产生阻力，从而上拉取样套时，带动金属刮片向外产生形变展开，并对钻孔侧壁的土壤进行刮动，将钻孔表面的土壤刮除，方便弧形自锁取样器采取内部的未污染的土壤样本，防止交叉污染，保证样本的准确性。

为了牢固取样，所述弧形自锁取样器的横截面为开口端逐渐收缩的匚字形设置，通过特殊的收缩结构设计，使得弧形自锁取样器在土壤采样时，易进难出，在取样完毕后实现自锁功能，且在取样完毕后起到较好的保护作用，不易被污染，同时为了便于取出样本，所述弧形自锁取样器的两端端部设有斜面。

为了便于预先观察土壤分层，所述环形防护挡板上设有限位通孔，取样套一侧设有上下贯通的避让滑孔，所述随动推进滑座上设有取样插孔，所述预设式分层定位观察取样器滑动设于限位通孔和取样插孔内，预设式分层定位观察取样器设于避让滑孔处，预设式分层定位观察取样器上端设有限位座，所述随动推进滑座上设有锁箍，所述锁箍设于限位座上方，锁箍包裹设于预设式分层定位观察取样器上端，通过拆装锁箍实现对预设式分层定位观察取样器的固定和取出，预设式分层定位观察取样器随随动推进滑座沿钻孔侧壁下移，从钻孔侧壁处进行取样，不易对土壤施加过大压力，便于保持土壤层位分布的原状，土壤层位分布的误差较小，通过预设式分层定位观察取样器取样便于观察分段排土式钻探分层取样机构的钻进深度，方便对指定深度的土壤进行采样，在分层独立采样的同时也可实现对土壤分层的整体采样。

作为本方案的进一步改进，所述取样套上端两侧分别设有推拉固定板，所述驱动腔底壁对称设有电动推杆，所述电动推杆的下端部与推拉固定板相连，通过电动推杆伸缩带动推拉固定板上下移动，从而带动取样套沿取样筒上下移动，方便内层取样口和外层取样口对齐。

进一步地，所述预设式分层定位观察取样器呈筒状设置，预设式分层定位观察取样器底壁为斜锥面设置，预设式分层定位观察取样器侧壁设有槽孔，预设式分层定位观察取样器设于取样筒远离内层取样口的一侧，从而预设式分层定位观察取样器上下移动时，不会污染内层取样口附近土壤。

优选地，所述预设式分层定位观察取样器侧壁等间距分布设有下推凸起，所述下推凸起的下端部为斜面设置，相邻两组下推凸起之间设有定位避让槽，定位避让槽一方面便于对预设式分层定位观察取样器的采样位置进行标记，另一方面也便于对金属刮片进行避让，下推凸起便于带动金属刮片产生形变。

当预设式分层定位观察取样器通过锁箍固定在限位通孔和取样插孔内时，定位避让槽与金属刮片对齐，此时金属刮片不受力，不产生形变，随着取样套和取样筒同步下移，金属刮片不会与刮孔侧壁产生接触，当取样套上移时，金属刮片在下推凸起的推动下，使得金属刮片向外展开，金属刮片上边缘与刮孔侧壁接触，从而对刮孔侧壁进行刮土。

优选地，所述支撑腿下端设有万向轮，方便移动。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

1、设置分段式排土钻探组件，通过螺纹钻头与螺纹传送叶片的同步差速运动实现对土壤的无压快速钻孔和排土，将常规的纵向取样转化为多层次隔断式的横向取样，在不影响土壤层分布的条件下实现了土壤的分层取样；

2、防污分层取样装置在到达指定深度后，同时对不同层位的土壤进行采样，避免交叉污染，当外层取样口和内层取样口完全对齐时，即可进行取样，当内层取样口和外层取样口完全错开时，此时内层取样口被取样套完全挡住，保证防污分层取样装置移动时，钻孔侧壁的泥土不会污染分层取样的样本，保证样本的精准性；

3、设置可以产生形变的金属刮片，并在设置定位避让槽和下推凸起，从而在向长拉动取样筒或向上移动取样套时，金属刮片受阻形变展开并自动刮除内层取样口附近的钻孔侧壁土壤，保证采样精准；

4、设置可抽拉的预设式分层定位观察取样器，通过观察预设式分层定位观察取样器采取的土壤从而观察钻孔侧壁的土壤层位分布，并以此作为参考，进行精准取样，同时预设式分层定位观察取样器对土壤分层进行精准取样，与防污分层取样装置配合，一次钻进，即可实现两种样品的采集，方便便捷；

5、仅通过一个驱动电机即可实现钻挖和排土的效果，同时还实现了排土绞龙套筒和钻挖转轴的差速运动，同时还通过随动推进螺套带动随动推进滑座随螺纹钻头同步上下移动；

6、通过特殊的收缩结构设计，使得弧形自锁取样器在土壤采样时，易进难出，在取样完毕后实现自锁功能，且在取样完毕后起到较好的保护作用，不易被污染，同时为了便于取出样本。

附图说明

图1为本发明提供的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备的结构示意图；

图2为本发明提供的随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的结构示意图；

图3为本发明提供的随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的侧视图；

图4为本发明提供的随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的安装示意图；

图5为本发明提供的分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的剖视图；

图6为本发明提供的防污分层取样装置和分段式排土钻探组件的组合结构示意图；

图7为本发明提供的分段式排土钻探组件的结构示意图；

图8为本发明提供的弧形自锁取样器的结构示意图；

图9为本发明提供的弧形自锁取样器的侧视图；

图10为本发明提供的取样套的结构示意图；

图11为本发明提供的取样筒的结构示意图；

图12为本发明提供的取样筒的剖视图；

图13为本发明提供的随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的剖视图；

图14为图13中的A部分局部放大图；

图15为本发明提供的随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器的组合结构示意图；

图16为本发明提供的预设式分层定位观察取样器的结构示意图。

其中，1、钻探车架，2、随动钻探推进机构，3、分段排土式钻探分层取样机构，4、预设式分层定位观察取样器，5、中心环架，6、支撑腿，7、推进固定板，8、推进丝杠，9、随动推进滑座，10、随动推进螺套，11、避让中心孔，12、传动组件，13、钻探驱动组件，14、分段式排土钻探组件，15、防污分层取样装置，16、驱动腔，17、钻挖驱动组件，18、排土驱动组件，19、螺纹钻头，20、钻挖转轴，21、排土绞龙套筒，22、螺纹传送叶片，23、钻挖驱动轴，24、钻挖主动锥齿轮，25、钻挖从动锥齿轮，26、钻挖传动齿轮，27、排土驱动轴，28、排土主动锥齿轮，29、排土从动锥齿轮，30、排土传动齿轮，31、驱动电机，32、拨动通孔，33、取样筒，34、取样转轴，35、取样套，36、弧形自锁取样器，37、取样电机，38、排土腔，39、取样腔，40、内层取样口，41、外层取样口，42、环形防护挡板，43、金属刮片，44、斜面，45、限位通孔，46、避让滑孔，47、万向轮，48、限位座，49、锁箍，50、推拉固定板，51、电动推杆，52、槽孔，53、下推凸起，54、定位避让槽。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图5所示，本发明提供的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，包括钻探车架1、随动钻探推进机构2、分段排土式钻探分层取样机构3和预设式分层定位观察取样器4，所述钻探车架1包括中心环架5和绕中心环架5底壁圆周阵列分布的支撑腿6，所述随动钻探推进机构2设于中心环架5底壁，所述分段排土式钻探分层取样机构3设于随动钻探推进机构2上，所述预设式分层定位观察取样器4滑动卡设于随动钻探推进机构2和分段排土式钻探分层取样机构3上，所述随动钻探推进机构2包括推进固定板7、推进丝杠8、随动推进滑座9和随动推进螺套10，所述推进固定板7设于中心环架5下壁，所述推进固定板7中部设有避让中心孔11，所述推进丝杠8固接设于推进固定板7底壁两侧，所述随动推进滑座9滑动设于推进丝杠8上，随动推进螺套10转动设于随动推进滑座9底壁，随动推进螺套10与推进丝杠8螺纹连接，所述分段排土式钻探分层取样机构3设于随动推进滑座9底壁，分段排土式钻探分层取样机构3与随动推进螺套10之间设有传动组件12，分段排土式钻探分层取样机构3启动时，通过传动组件12带动随动推进螺套10转动，随动推进螺套10带动随动推进滑座9沿推进丝杠8上下滑动，从而带动分段排土式钻探分层取样机构3下移对土壤进行钻探。

如图2-图7所示，所述分段排土式钻探分层取样机构3包括钻探驱动组件13、分段式排土钻探组件14和防污分层取样装置15，所述随动推进滑座9底壁设有驱动腔16，所述钻探驱动组件13设于驱动腔16内，所述分段式排土钻探组件14转动设于驱动腔16底壁，分段式排土钻探组件14与钻探驱动组件13相连，所述防污分层取样装置15固接设于驱动腔16底壁，防污分层取样装置15套设于分段式排土钻探组件14外侧，分段式排土钻探组件14对土壤进行钻进并将钻挖产生的土壤从钻孔中排出，避免影响采样，防污分层取样装置15在到达指定深度后，同时对不同层位的土壤进行采样，避免交叉污染；所述钻探驱动组件13包括钻挖驱动组件17和排土驱动组件18，所述分段式排土钻探组件14包括螺纹钻头19、钻挖转轴20和排土绞龙套筒21，所述钻挖转轴20的上端转动设于驱动腔16内上壁，钻挖转轴20中部转动贯穿驱动腔16底壁，螺纹钻头19同轴固接设于钻挖转轴20下端，所述排土绞龙套筒21上端转动贯穿设于驱动腔16底壁，排土绞龙套筒21同轴套设于钻挖转轴20外侧，所述排土绞龙套筒21外壁设有螺纹传送叶片22，钻挖驱动组件17与钻挖转轴20传动连接并驱动钻挖转轴20转动，排土驱动组件18与排土绞龙套筒21传动连接并驱动排土绞龙套筒21转动，所述螺纹钻头19的转速小于排土绞龙套筒21的转速，钻挖驱动组件17通过钻挖转轴20带动螺纹钻头19转动，从而对土壤进行钻进，在不影响土壤层纵向分布的条件下，实现采样钻孔的钻挖，保证采样的精准度，排土驱动组件18带动排土绞龙套筒21转动，从而通过螺纹传送叶片22将螺纹钻头19钻出的泥土向上传送排出至地表，避免土壤挤压和交叉污染，利用螺纹钻头19和排土绞龙套筒21的差速运动以及套设分布实现钻挖土壤的及时排出；所述钻挖驱动组件17和排土驱动组件18传动连接，仅通过一个驱动即可实现螺纹钻头19和排土绞龙套筒21的差速运动。

参阅图13和图14所示，所述钻挖驱动组件17包括钻挖驱动轴23、钻挖主动锥齿轮24、钻挖从动锥齿轮25和钻挖传动齿轮26，所述钻挖从动锥齿轮25同轴固接设于钻挖转轴20上，所述钻挖驱动轴23转动设于驱动腔16内侧壁上，所述钻挖主动锥齿轮24同轴固接设于钻挖驱动轴23上，钻挖主动锥齿轮24与钻挖从动锥齿轮25啮合，所述钻挖传动齿轮26同轴固接设于钻挖驱动轴23上，所述排土驱动组件18包括排土驱动轴27、排土主动锥齿轮28、排土从动锥齿轮29、排土传动齿轮30和驱动电机31，所述排土驱动轴27转动设于驱动腔16内侧壁上，排土驱动轴27设于钻挖驱动轴23下方，排土驱动轴27与钻挖驱动轴23平行设置，所述排土从动锥齿轮29同轴固接设于排土绞龙套筒21上壁，排土主动锥齿轮28同轴固接设于排土驱动轴27上，排土主动锥齿轮28与排土从动锥齿轮29啮合，所述排土传动齿轮30滑动设于排土驱动轴27上，排土传动齿轮30与排土驱动轴27键连接，排土传动齿轮30设于钻挖传动齿轮26下方，排土传动齿轮30与钻挖传动齿轮26啮合，排土传动齿轮30侧壁轮齿的齿数小于钻挖传动齿轮26侧壁轮齿的齿数，使得钻挖传动齿轮26的转速慢于排土传动齿轮30的转速，所述驱动电机31设于驱动腔16侧壁上，驱动电机31输出轴与排土驱动轴27相连，驱动电机31带动排土驱动轴27转动，排土驱动轴27通过排土主动锥齿轮28带动排土从动锥齿轮29转动，排土从动锥齿轮29带动排土绞龙套筒21转动，排土驱动轴27通过排土传动齿轮30带动钻挖传动齿轮26转动，钻挖传动齿轮26带动钻挖驱动轴23转动，钻挖驱动轴23通过钻挖主动锥齿轮24带动钻挖从动锥齿轮25转动，从而带动钻挖转轴20转动，仅通过一个电机即可实现钻挖和排土，同时还实现了排土绞龙套筒21和钻挖转轴20的差速运动；所述传动组件12为皮带，所述皮带绕设于随动推进螺套10和钻挖转轴20上，钻挖转轴20通过传动组件12带动随动推进螺套10转动，所述驱动腔16底壁设有拨动通孔32，拨动通孔32设于排土传动齿轮30的下方。

如图8-图13所示，所述防污分层取样装置15包括取样筒33、取样转轴34、取样套35、弧形自锁取样器36和取样电机37，所述取样电机37设于驱动腔16内，所述取样筒33固接设于驱动腔16底壁，所述取样筒33由内到外依次包括上下贯通的排土腔38和密闭的取样腔39，取样筒33通过排土腔38同轴套设于排土绞龙套筒21外侧，所述取样筒33的上端设有伞状设置的环形防护挡板42，环形防护挡板42便于将螺纹传送叶片22传送的泥土导流至地面，同时避免泥土直接掉落在钻孔处，保证样本不受污染；螺纹传送叶片22侧壁与取样筒33内壁贴合，螺纹传送叶片22转动时，带动土壤沿排土腔38向上传送，为了便于将螺纹钻头19钻挖的泥土传输至螺纹传送叶片22处，所述取样筒33底壁为中间高且四周低的倒斗形设置，方便泥土堆送至螺纹传送叶片22处，所述取样腔39侧壁等间距分布设有内层取样口40，所述取样转轴34转动设于取样腔39内，所述弧形自锁取样器36呈弧形设置，弧形自锁取样器36的一端固接设于取样转轴34上，初始状态时，弧形自锁取样器36同轴套设于取样筒33上，所述弧形自锁取样器36的横截面为开口端逐渐收缩的匚字形设置，通过特殊的收缩结构设计，使得弧形自锁取样器36在土壤采样时，易进难出，在取样完毕后实现自锁功能，且在取样完毕后起到较好的保护作用，不易被污染，同时为了便于取出样本，所述弧形自锁取样器36的两端端部设有斜面44；所述取样套35同轴套设于取样腔39外侧，所述取样套35上等间距分布设有外层取样口41，所述外层取样口41的长度和宽度分别与内层取样口40的长度和宽度相等，当外层取样口41和内层取样口40完全对齐时，即可进行取样，当内层取样口40和外层取样口41完全错开时，此时内层取样口40被取样套35完全挡住，保证防污分层取样装置15移动时，钻孔侧壁的泥土不会污染分层取样的样本，保证样本的精准性，取样转轴34的上端转动贯穿驱动腔16底壁，取样电机37的输出轴与取样转轴34相连，所述弧形自锁取样器36为弧形腔体设置，弧形自锁取样器36靠近取样套35的一侧设有开口。

如图10所示，所述取样套35外侧等间距分布设有斜向上设置的金属刮片43，金属刮片43绕取样套35圆周侧壁环形分布，金属刮片43设于外层取样口41的上边缘处，当取样套35向下移动时，金属刮片43受到钻孔侧壁挤压，从而向内合拢靠近取样套35，当取样套35向上移动时，钻孔侧壁对金属刮片43产生阻力，从而上拉取样套35时，带动金属刮片43向外产生形变展开，并对钻孔侧壁的土壤进行刮动，将钻孔表面的土壤刮除，方便弧形自锁取样器36采取内部的未污染的土壤样本，防止交叉污染，保证样本的准确性。

如图12-图16所示，所述环形防护挡板42上设有限位通孔45，取样套35一侧设有上下贯通的避让滑孔46，所述随动推进滑座9上设有取样插孔，所述预设式分层定位观察取样器4滑动设于限位通孔45和取样插孔内，预设式分层定位观察取样器4设于避让滑孔46处，所述预设式分层定位观察取样器4呈筒状设置，预设式分层定位观察取样器4底壁为斜锥面设置，预设式分层定位观察取样器4侧壁设有槽孔52，预设式分层定位观察取样器4设于取样筒33远离内层取样口40的一侧，从而预设式分层定位观察取样器4上下移动时，不会污染内层取样口40附近土壤；预设式分层定位观察取样器4上端设有限位座48，所述随动推进滑座9上设有锁箍49，所述锁箍49设于限位座48上方，锁箍49包裹设于预设式分层定位观察取样器4上端，通过拆装锁箍49实现对预设式分层定位观察取样器4的固定和取出，预设式分层定位观察取样器4随随动推进滑座9沿钻孔侧壁下移，从钻孔侧壁处进行取样，不易对土壤施加过大压力，便于保持土壤层位分布的原状，土壤层位分布的误差较小，通过预设式分层定位观察取样器4取样便于观察分段排土式钻探分层取样机构3的钻进深度，方便对指定深度的土壤进行采样，在分层独立采样的同时也可实现对土壤分层的整体采样；所述预设式分层定位观察取样器4侧壁等间距分布设有下推凸起53，所述下推凸起53的下端部为斜面44设置，相邻两组下推凸起53之间设有定位避让槽54，定位避让槽54一方面便于对预设式分层定位观察取样器4的采样位置进行标记，另一方面也便于对金属刮片43进行避让，下推凸起53便于带动金属刮片43产生形变。

当预设式分层定位观察取样器4通过锁箍49固定在限位通孔45和取样插孔内时，定位避让槽54与金属刮片43对齐，此时金属刮片43不受力，不产生形变，随着取样套35和取样筒33同步下移，金属刮片43不会与刮孔侧壁产生接触，当取样套35上移时，金属刮片43在下推凸起53的推动下，使得金属刮片43向外展开，金属刮片43上边缘与刮孔侧壁接触，从而对刮孔侧壁进行刮土。

如图4所示，所述取样套35上端两侧分别设有推拉固定板50，所述驱动腔16底壁对称设有电动推杆51，所述电动推杆51的下端部与推拉固定板50相连，通过电动推杆51伸缩带动推拉固定板50上下移动，从而带动取样套35沿取样筒33上下移动，方便内层取样口40和外层取样口41对齐。

优选地，所述支撑腿6下端设有万向轮47，方便移动，所述驱动腔16内设有蓄电池。

在一些实施例中，所述支撑腿6侧壁设置有太阳能板，节能减排。

具体使用时，推动钻探车架1移动至待采样地点，然后启动驱动电机31正转，驱动电机31带动排土驱动轴27转动，排土驱动轴27通过排土主动锥齿轮28带动排土从动锥齿轮29转动，排土从动锥齿轮29带动排土绞龙套筒21转动，排土驱动轴27通过排土传动齿轮30带动钻挖传动齿轮26转动，钻挖传动齿轮26带动钻挖驱动轴23转动，钻挖驱动轴23通过钻挖主动锥齿轮24带动钻挖从动锥齿轮25转动，从而带动钻挖转轴20转动，钻挖转轴20带动螺纹钻头19转动，从而对土壤进行钻进，在不影响土壤层纵向分布的条件下，实现采样钻孔的钻挖，保证采样的精准度，螺纹钻头19钻挖产生的土壤向上传送至取样筒33的下端，由于取样筒33底壁为中间高且四周低的倒斗形设置，方便泥土堆送至排土腔38内的螺纹传送叶片22处，排土绞龙套筒21转动从而通过螺纹传送叶片22将螺纹钻头19钻出的泥土向上传送排出至地表，避免土壤挤压和交叉污染，利用螺纹钻头19和排土绞龙套筒21的差速运动以及套设分布实现钻挖土壤的及时排出，仅通过一个电机即可实现钻挖和排土，同时还实现了排土绞龙套筒21和钻挖转轴20的差速运动，保证螺纹传送叶片22能及时地将钻挖转轴20挖出的泥土排出，螺纹传送叶片22传送出的泥土通过环形防护挡板42导流至地面，同时环形防护挡板42避免泥土直接掉落在钻孔处，保证样本不受污染，钻挖驱动轴23通过传动组件12带动随动推进螺套10转动，随动推进螺套10带动随动推进滑座9沿推进丝杠8向下滑动，从而带动分段排土式钻探分层取样机构3下移对土壤进行钻探，随动推进滑座9与分段排土式钻探分层取样机构3同步下移，实现分段排土式钻探分层取样机构3一边钻进一边下移的技术效果，初始状态时，电动推杆51为伸长状态，且内层取样口40与外层取样口41完全错位，此时内层取样口40被取样套35完全挡住，从而分段排土式钻探分层取样机构3下移过程中，钻孔侧壁的土壤不会进入取样腔39内，当螺纹钻头19钻进至合适深度，需要对土壤进行采样时，此时控制驱动电机31停止转动，并控制电动推杆51收缩，电动推杆51收缩带动推拉固定板50上移，从而带动取样套35沿取样筒33向上移动，使得内层取样口40和外层取样口41对齐，取样套35上移时，钻孔侧壁对金属刮片43产生阻力，从而上拉取样套35时，带动金属刮片43向外产生形变展开，同时金属刮片43从定位避让槽54移动至下推凸起53处，金属刮片43在下推凸起53的推动下，使得金属刮片43向外展开，金属刮片43上边缘与刮孔侧壁接触，从而对刮孔侧壁进行刮土，将内层取样口40附近处钻孔侧壁的污染土壤刮除，方便精准采样，然后启动取样电机37正转一定角度后再反转复位，取样电机37正转时带动取样转轴34转动，取样转轴34带动从上到下等间距排列的弧形自锁取样器36从内层取样口40向外转出取样腔39，弧形自锁取样器36转动过程中将土壤挤入并填充满弧形自锁取样器36内，而在取样电机37反转时，取样电机37通过取样转轴34带动弧形自锁取样器36反转复位，此时弧形自锁取样器36内装满土壤样本，通过特殊的收缩结构设计，使得弧形自锁取样器36在土壤采样时，易进难出，土壤受压进入U型管之后相互挤压产生张力，使之固定在弧形自锁取样器36内无法移动，在取样完毕后实现自锁功能，且在取样完毕后起到较好的保护作用，不易被污染，且反转复位时，由于弧形自锁取样器36一侧宽一侧窄的设置，弧形自锁取样器36的开口处不易与土壤接触；取样完毕后，再次控制电动推杆51伸长复位，从而取样套35带动外层取样口41下移至与内层取样口40完全错位，此时内层取样口40被取样套35完全挡住，保证防污分层取样装置15上移时，钻孔侧壁的泥土不会污染分层取样的样本，保证样本的精准性，然后启动驱动电机31反转，驱动电机31反转带动螺纹钻头19和随动推进螺套10反转上移，当螺纹钻头19从钻孔移出时，此时再次控制电动推杆51收缩上移，露出内层取样口40，然后启动取样电机37，使得弧形自锁取样器36从取样腔39内转出，从弧形自锁取样器36的一端斜面44将采样土壤推出即可完成采样。

实施例二

采样时可通过观察螺纹传送叶片22排出的土壤颜色观察螺纹钻头19的钻进深度，当螺纹钻头19钻进到预估深度范围附近时，可暂停驱动电机31，然后通过拨动通孔32拨动排土传动齿轮30使得排土传动齿轮30与钻挖传动齿轮26不再啮合，此时再次启动驱动电机31，驱动电机31输出轴与排土驱动轴27相连，驱动电机31带动排土驱动轴27转动，排土驱动轴27通过排土主动锥齿轮28带动排土从动锥齿轮29转动，排土从动锥齿轮29带动排土绞龙套筒21转动，而钻挖转轴20则保持不动，即分段排土式钻探分层取样机构3不下移，只有螺纹传送叶片22转动进行排土，排土完毕后，观察排土末端时土的颜色，对钻挖深度进行判断，若到达预设钻挖深度，仅需启动取样电机37进行采样即可，若未到达预设钻挖深度，则通过拨动通孔32再次拨动排土传动齿轮30复位，使得排土传动齿轮30与钻挖传动齿轮26重新啮合，此时启动驱动电机31，分段排土式钻探分层取样机构3边向下钻进边排土。

实施例三

在采样前为了便于观察钻孔侧壁土壤层位的分布，可在取样前，将预设式分层定位观察取样器4取出，通过拆装锁箍49，可以取出预设式分层定位观察取样器4，然后从槽孔52观察土壤层位分布，当观察到定位避让槽54与待采样土壤层位中部对齐时，内层取样口40也与待采样土壤层位的中部对齐，此时即可精准采样，同时预设式分层定位观察取样器4内的土壤也可以作为土壤分层采样的整体采样，既实现了对土壤分层的单独采样，又实现了对土壤分层的整体采样，且取出预设式分层定位观察取样器4时，可将槽孔52转向靠近取样筒33的一侧，取样筒33侧壁即可封堵槽孔52，避免上移过程中，预设式分层定位观察取样器4内土壤样本被污染。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：包括钻探车架、随动钻探推进机构、分段排土式钻探分层取样机构和预设式分层定位观察取样器，所述钻探车架包括中心环架和绕中心环架底壁圆周阵列分布的支撑腿，所述随动钻探推进机构设于中心环架底壁，所述分段排土式钻探分层取样机构设于随动钻探推进机构上，所述预设式分层定位观察取样器滑动卡设于随动钻探推进机构和分段排土式钻探分层取样机构上，所述随动钻探推进机构包括推进固定板、推进丝杠、随动推进滑座和随动推进螺套，所述推进固定板设于中心环架下壁，所述推进固定板中部设有避让中心孔，所述推进丝杠固接设于推进固定板底壁两侧，所述随动推进滑座滑动设于推进丝杠上，随动推进螺套转动设于随动推进滑座底壁，随动推进螺套与推进丝杠螺纹连接，所述分段排土式钻探分层取样机构设于随动推进滑座底壁，所述分段排土式钻探分层取样机构包括钻探驱动组件、分段式排土钻探组件和防污分层取样装置，所述随动推进滑座底壁设有驱动腔，所述钻探驱动组件设于驱动腔内，所述分段式排土钻探组件转动设于驱动腔底壁，分段式排土钻探组件与钻探驱动组件相连，所述防污分层取样装置固接设于驱动腔底壁，防污分层取样装置套设于分段式排土钻探组件外侧；

所述钻探驱动组件包括钻挖驱动组件和排土驱动组件，所述分段式排土钻探组件包括螺纹钻头、钻挖转轴和排土绞龙套筒，所述钻挖转轴的上端转动设于驱动腔内上壁，钻挖转轴中部转动贯穿驱动腔底壁，螺纹钻头同轴固接设于钻挖转轴下端，所述排土绞龙套筒上端转动贯穿设于驱动腔底壁，排土绞龙套筒同轴套设于钻挖转轴外侧，所述排土绞龙套筒外壁设有螺纹传送叶片，钻挖驱动组件与钻挖转轴传动连接并驱动钻挖转轴转动，排土驱动组件与排土绞龙套筒传动连接并驱动排土绞龙套筒转动，所述螺纹钻头的转速小于排土绞龙套筒的转速；

所述防污分层取样装置包括取样筒、取样转轴、取样套、弧形自锁取样器和取样电机，所述取样电机设于驱动腔内，所述取样筒固接设于驱动腔底壁，所述取样筒由内到外依次包括上下贯通的排土腔和密闭的取样腔，取样筒通过排土腔同轴套设于排土绞龙套筒外侧，螺纹传送叶片侧壁与取样筒内壁贴合，所述取样腔侧壁等间距分布设有内层取样口，所述取样转轴转动设于取样腔内，弧形自锁取样器的一端固接设于取样转轴上，所述取样套同轴套设于取样腔外侧，所述取样套上等间距分布设有外层取样口，所述外层取样口的长度和宽度分别与内层取样口的长度和宽度相等，取样转轴的上端转动贯穿驱动腔底壁，取样电机的输出轴与取样转轴相连，所述弧形自锁取样器为弧形腔体设置，弧形自锁取样器靠近取样套的一侧设有开口；所述取样套上端两侧分别设有推拉固定板，所述驱动腔底壁对称设有电动推杆，所述电动推杆的下端部与推拉固定板相连；所述预设式分层定位观察取样器呈筒状设置，预设式分层定位观察取样器底壁为斜锥面设置，预设式分层定位观察取样器侧壁设有槽孔，预设式分层定位观察取样器设于取样筒远离内层取样口的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：分段排土式钻探分层取样机构与随动推进螺套之间设有传动组件，所述钻挖驱动组件和排土驱动组件传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：所述取样筒的上端设有伞状设置的环形防护挡板，所述环形防护挡板上设有限位通孔，取样套一侧设有上下贯通的避让滑孔，所述随动推进滑座上设有取样插孔，所述预设式分层定位观察取样器滑动设于限位通孔和取样插孔内，预设式分层定位观察取样器设于避让滑孔处，预设式分层定位观察取样器上端设有限位座，所述随动推进滑座上设有锁箍，所述锁箍设于限位座上方，锁箍包裹设于预设式分层定位观察取样器上端。

4.根据权利要求3所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：所述取样筒底壁为中间高且四周低的倒斗形设置，所述弧形自锁取样器的横截面为开口端逐渐收缩的匚字形设置，所述弧形自锁取样器的两端端部设有斜面。

5.根据权利要求4所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：所述取样套外侧等间距分布设有斜向上设置的金属刮片，金属刮片绕取样套圆周侧壁环形分布，金属刮片设于外层取样口的上边缘处。

6.根据权利要求5所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：所述钻挖驱动组件包括钻挖驱动轴、钻挖主动锥齿轮、钻挖从动锥齿轮和钻挖传动齿轮，所述钻挖从动锥齿轮同轴固接设于钻挖转轴上，所述钻挖驱动轴转动设于驱动腔内侧壁上，所述钻挖主动锥齿轮同轴固接设于钻挖驱动轴上，钻挖主动锥齿轮与钻挖从动锥齿轮啮合，所述钻挖传动齿轮同轴固接设于钻挖驱动轴上，所述排土驱动组件包括排土驱动轴、排土主动锥齿轮、排土从动锥齿轮、排土传动齿轮和驱动电机，所述排土驱动轴转动设于驱动腔内侧壁上，排土驱动轴设于钻挖驱动轴下方，排土驱动轴与钻挖驱动轴平行设置，所述排土从动锥齿轮同轴固接设于排土绞龙套筒上壁，排土主动锥齿轮同轴固接设于排土驱动轴上，排土主动锥齿轮与排土从动锥齿轮啮合，所述排土传动齿轮滑动设于排土驱动轴上，排土传动齿轮与排土驱动轴键连接，排土传动齿轮设于钻挖传动齿轮下方排土传动齿轮与钻挖传动齿轮啮合，排土传动齿轮侧壁轮齿的齿数小于钻挖传动齿轮侧壁轮齿的齿数，所述驱动电机设于驱动腔侧壁上，驱动电机输出轴与排土驱动轴相连。

7.根据权利要求6所述的一种土壤分层采样用防交叉污染钻孔设备，其特征在于：所述预设式分层定位观察取样器侧壁等间距分布设有下推凸起，所述下推凸起的下端部为斜面设置，相邻两组下推凸起之间设有定位避让槽。

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