CN210513747U - 一种土壤样本自动采集钻筒 - Google Patents

Abstract

一种土壤样本自动采集钻筒属机械工程技术领域，本实用新型由电机Ⅰ、壳体机构、中轴机构和铲板组组成，其中电机Ⅰ的输出轴与壳体机构中顶盖的中心固接；中轴机构的中轴上端与壳体中顶盖的下端面固接；铲板组件中铲板组的五个铲板一端与壳体机构中壳体的下端内壁固接，铲板组件中套筒的上端与中轴机构的中轴下端面边缘固接；本实用新型安装在无人驾驶采样车机械手上，可实现对所要求深度的土壤进行取样，对地表无影响，便于自动化操作；本实用新型零部件位置集中，结构紧凑，体积小，钻头部分既可钻土又能实现取土工作。

Description

一种土壤样本自动采集钻筒

技术领域

本实用新型属于机械工程技术领域，具体涉及一种土壤样本自动采集钻筒。

背景技术

土壤是农作物生长不可或缺的物质，土壤成分质量的好坏直接关系到农作物的生长与产量，因此对土壤的采集和分析是研究农作物增产的重要的一步。目前，土壤采样器分为手动土壤采样装置和机械土壤采样装置两种，这两种土壤采样装置均需人工的配合下才能完成采集样土。随着智能农业的发展，国家对农业机械提出了更高的要求。设计一种能提高采集样土工作效率、无人驾驶土壤样本自动采集、简化采集土壤样本的步骤、快速采集要求深度土壤样本的装置是很有必要的。

发明内容

本实用新型的目的是：实现无人驾驶采样车自动采集农田不同区域的土壤，全程无需人工参与，采样效率高。通过此装置的各部分一体化设计，提供一种无人驾驶采样车土壤的采集钻筒。

本实用新型由电机Ⅰ1、壳体机构A、中轴机构B和铲板组件C组成，其中电机Ⅰ1的输出轴与壳体机构A中顶盖2的中心固接；中轴机构B的中轴14上端与壳体机构A中顶盖2的下端面固接；铲板组件C中铲板组27的五个铲板一端与壳体机构A中壳体3的下端内壁固接，铲板组件C中套筒26的上端与中轴机构B的中轴14下端面边缘固接。

所述的壳体机构A由顶盖2和壳体3组成，其中壳体3为空心管，壳体3外表面设有三角螺纹,螺旋升角为30°；顶盖2固接于壳体3上端。

所述的中轴机构B由钻头4、取土筒5、导轴6、杆孔Ⅰ7、阶梯孔8、电机Ⅱ9、沉头孔10、齿轮Ⅰ11、小筒12、齿轮Ⅱ13、中轴14、圆柱孔15、电机Ⅲ16、丝杆17、螺纹孔18、滑台19、杆孔Ⅱ20、导杆Ⅰ21、推力球轴承22、导杆Ⅱ23、螺旋型刀片24、刀片组25组成，其中中轴14位于上部，中轴14下端面中心与导轴6上端固接，中轴14下端面两侧分别与导杆Ⅰ21和导杆Ⅱ23上端固接；中轴14下端面近左侧设有圆柱孔15，电机Ⅲ16固接在圆柱孔 15内，电机Ⅲ16输出端与丝杆17上端固接。

滑台19上面自左至右顺序设有杆孔Ⅱ20、螺纹孔18、中心沉头孔10、阶梯孔8和杆孔Ⅰ7；电机Ⅱ9固定在阶梯孔8下部，电机Ⅱ9输出端固接齿轮Ⅰ11，齿轮Ⅰ11与固接于小筒 12上端的齿轮Ⅱ13啮。

取土筒5下端面周向均匀排列有刀片组25中的15个刀片，刀片的宽度由上至下递减，刀片的拔模角度为15°，刀片刃口的曲线方程为：

齿轮Ⅱ13、小筒12和取土筒5自上而下顺序排列，且各自的中心在同一垂直线上，取土筒5上端面与小筒12下端固接，取土筒5上端面中心与小筒12相通；推力球轴承22内圈与小筒12外壁过盈配合，推力球轴承22上下端面分别与滑台19下端面和取土筒5上端面固接，小筒12上端与齿轮Ⅱ13下端面固接，小筒12外壁与沉头孔10活动连接，齿轮Ⅱ13下端面与沉头孔10的端面活动连接；齿轮Ⅱ13、小筒12和取土筒5中心与中轴14活动连接，中轴 14下端与钻头4中心固接；导杆Ⅰ21和导杆Ⅱ23分别穿过杆孔Ⅰ7和杆孔Ⅱ20与钻头4边缘固接；钻头4下部分布有五个螺旋型刀片24，螺旋型刀片24的宽度由上至下递减，螺旋型刀片24的拔模角度为30°，螺旋型刀片24的刃口曲线的方程为：

钻头4开有环状开口，开口宽度大于刀片组25刀片最大宽度。

所述的铲板组件C由套筒26和铲板组27组成，铲板组27由五个结构完全相同的铲板组成，铲板为长方形，每个铲板的下端均布十五个铲齿，铲齿的外形为等腰三角形，其顶角β为45°；铲板组27的五个铲板均布并固接于套筒26下端的圆周上，且其板面与套筒26竖直方向的夹角α为30°。

土壤样本自动采集钻筒工作过程如下：

本实用新型电机Ⅰ1固接安装在无人驾驶采样车的机械手上，由机械手控制电机Ⅰ1。

当无人驾驶采样车到达指定的位置时，电机Ⅰ1工作带动壳体机构A和中轴机构B转动，机械手控制整个装置由地表向下做直线运动，随着壳体3的转动，土壤沿着铲板组27铲板面进入中轴机构B与壳体3的空间内，钻头4下的土壤沿着螺旋型刀片向周边运动进而沿着铲板27进入中轴机构A与壳体3的空间内。

当钻头到达要求的深度时，电机Ⅰ1停止工作，电机Ⅲ16开始工作带动丝杆17转动，滑台19开始向下做直线运动从而带动取土筒5向下运动。同时，电机Ⅱ9也开始工作，电机Ⅱ9输出端的齿轮Ⅰ11和齿轮Ⅱ13通过啮合带动取土筒5旋转运动。取土筒5下端的刀片由与钻头面相切的位置通过钻头4环状开口旋转着钻入土壤，土壤被压入取土筒5内。

当采集土壤完毕时，电机Ⅱ9和电机Ⅲ16停止工作。机械手控制整个装置向上做直线运动，中轴机构A与转筒3之间的土壤比较松散从而滑落下，取土筒5内土壤因受密闭压实作用不会滑落从而被带出地表。机械手控制取土筒5到达土壤收集容器时，电机Ⅲ16开始反向转动带动丝杆17反向转动，滑台19开始带动取土筒5向上做直线运动，从而取土筒5内土壤被取土筒5内的钻头4中间部分推入土壤收集容器中。

各电机驱动控制系统和挖土深度控制系统采用分布式控制，通过系统总线与嵌入式计算机连接。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型安装在无人驾驶采样车机械手上，可实现对所要求深度的土壤进行取样，对地表无影响，便于自动化操作。

2.本实用新型零部件位置集中，结构紧凑，体积小。

3.本实用新型的钻头部分既可钻土，又能实现取土工作。

附图说明

图1为土壤样本自动采集钻筒的结构示意图

图2为土壤样本自动采集钻筒的正视图

图3为壳体机构A和中轴机构B连接的示意图

图4为中轴机构B和铲板组件C连接的示意图

图5为中轴机构B的正视图

图6为中轴机构B的剖视图

图7为钻头4未到达取土深度的结构示意图

图8为钻头4进行取土工作的结构示意图

图9为螺旋型刀片24的放大图

图10为滑台19的剖面视图

图11为中轴14的结构示意图

图12为取土筒5、小筒12和齿轮Ⅱ13连接的示意图

图13为取土筒5、小筒12和齿轮Ⅱ13连接的剖面图

图14为刀片组25刀片的放大图

图15为铲板组件C的结构示意图

图16铲板组27中单个铲板的放大图

其中：A.壳体机构 B.中轴机构 C.铲板组件 1.电机Ⅰ 2.顶盖 3.壳体 4.钻头 5.取土筒 6.导轴 7.杆孔 8.阶梯孔 9.电机Ⅱ 10.沉头孔 11.齿轮Ⅰ 12.小筒 13.齿轮Ⅱ14.中轴 15.圆柱孔 16.电机Ⅲ 17.丝杆 18.螺纹孔 19.滑台 20.杆孔Ⅱ 21.导杆Ⅰ 22.推力球轴承 23.导杆Ⅱ 24.螺旋型刀片 25.刀片组 26.套筒 27.铲板组

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细描述：

如图1至图4所示，本实用新型由电机Ⅰ1、壳体机构A、中轴机构B和铲板组件C组成，其中电机Ⅰ1的输出轴与壳体机构A中顶盖2的中心固接；中轴机构B的中轴14上端与壳体机构A中顶盖2的下端面固接；铲板组件C中铲板组27的五个铲板一端与壳体机构A中壳体 3的下端内壁固接，铲板组件C中套筒26的上端与中轴机构B的中轴14下端面边缘固接。

如图1至图3所示,所述的壳体机构A由顶盖2和壳体3组成，其中壳体3为空心管，壳体3外表面设有三角螺纹,螺旋升角为30°；顶盖2固接于壳体3上端。

如图5至图14所示,所述的中轴机构B由钻头4、取土筒5、导轴6、杆孔Ⅰ7、阶梯孔 8、电机Ⅱ9、沉头孔10、齿轮Ⅰ11、小筒12、齿轮Ⅱ13、中轴14、圆柱孔15、电机Ⅲ16、丝杆17、螺纹孔18、滑台19、杆孔Ⅱ20、导杆Ⅰ21、推力球轴承22、导杆Ⅱ23、螺旋型刀片24、刀片组25组成，其中中轴14位于上部，中轴14下端面中心与导轴6上端固接，中轴14下端面两侧分别与导杆Ⅰ21和导杆Ⅱ23上端固接；中轴14下端面近左侧设有圆柱孔 15，电机Ⅲ16固接在圆柱孔15内，电机Ⅲ16输出端与丝杆17上端固接。

滑台19上面自左至右顺序设有杆孔Ⅱ20、螺纹孔18、中心沉头孔10、阶梯孔8和杆孔Ⅰ7。

电机Ⅱ9固定在阶梯孔8下部，电机Ⅱ9输出端固接齿轮Ⅰ11，齿轮Ⅰ11与固接于小筒12上端的齿轮Ⅱ13啮合。

取土筒5下端面周向均匀排列有刀片组25中的15个刀片，刀片的宽度由上至下递减，刀片的拔模角度为15°，刀片刃口的曲线方程为：

齿轮Ⅱ13、小筒12和取土筒5自上而下顺序排列，且各自的中心在同一垂直线上，取土筒5上端面与小筒12下端固接，取土筒5上端面中心与小筒12相通；推力球轴承22内圈与小筒12外壁过盈配合，推力球轴承22上下端面分别与滑台19下端面和取土筒5上端面固接，小筒12上端与齿轮Ⅱ13下端面固接，小筒12外壁与沉头孔10活动连接，齿轮Ⅱ13下端面与沉头孔10的端面活动连接；齿轮Ⅱ13、小筒12和取土筒5中心与中轴14活动连接，中轴 14下端与钻头4中心固接；导杆Ⅰ21和导杆Ⅱ23分别穿过杆孔Ⅰ7和杆孔Ⅱ20与钻头4边缘固接；钻头4下部分布有五个螺旋型刀片24，螺旋型刀片24的宽度由上至下递减，螺旋型刀片24的拔模角度为30°，螺旋型刀片24的刃口曲线的方程为：

钻头4开有环状开口，开口宽度大于刀片组25刀片最大宽度。

如图15至图16所示,所述的铲板组件C由套筒26和铲板组27组成，铲板组27由五个结构完全相同的铲板组成，铲板为长方形，每个铲板的下端均布十五个铲齿，铲齿的外形为等腰三角形，其顶角β为45°；铲板组27的五个铲板均布并固接于套筒26下端的圆周上，且其板面与套筒26竖直方向的夹角α为30°。

Claims (4)

1.一种土壤样本自动采集钻筒，其特征在于：由电机Ⅰ(1)、壳体机构(A)、中轴机构(B)和铲板组件(C)组成，其中电机Ⅰ(1)的输出轴与壳体机构(A)中顶盖(2)的中心固接；中轴机构(B)的中轴(14)上端与壳体机构(A)中顶盖(2)的下端面固接；铲板组件(C)中铲板组(27)的五个铲板一端与壳体机构(A)中壳体(3)的下端内壁固接，铲板组件(C)中套筒(26)的上端与中轴机构(B)的中轴(14)下端面边缘固接。

2.按权利要求1所述的土壤样本自动采集钻筒，其特征在于：所述的壳体机构(A)由顶盖(2)和壳体(3)组成，其中壳体(3)为空心管，壳体(3)外表面设有三角螺纹,螺旋升角为30°；顶盖(2)固接于壳体(3)上端。

3.按权利要求1所述的土壤样本自动采集钻筒，其特征在于：所述的中轴机构(B)由钻头(4)、取土筒(5)、导轴(6)、杆孔Ⅰ(7)、阶梯孔(8)、电机Ⅱ(9)、沉头孔(10)、齿轮Ⅰ(11)、小筒(12)、齿轮Ⅱ(13)、中轴(14)、圆柱孔(15)、电机Ⅲ(16)、丝杆(17)、螺纹孔(18)、滑台(19)、杆孔Ⅱ(20)、导杆Ⅰ(21)、推力球轴承(22)、导杆Ⅱ(23)、螺旋型刀片(24)、刀片组(25)组成，其中中轴(14)位于上部，中轴(14)下端面中心与导轴(6)上端固接，中轴(14)下端面两侧分别与导杆Ⅰ(21)和导杆Ⅱ(23)上端固接；中轴(14)下端面近左侧设有圆柱孔(15)，电机Ⅲ(16)固接在圆柱孔(15)内，电机Ⅲ(16)输出端与丝杆(17)上端固接；滑台(19)上面自左至右顺序设有杆孔Ⅱ(20)、螺纹孔(18)、中心沉头孔(10)、阶梯孔(8)和杆孔Ⅰ(7)；电机Ⅱ(9)固定在阶梯孔(8)下部，电机Ⅱ(9)输出端固接齿轮Ⅰ(11)，齿轮Ⅰ(11)与固接于小筒(12)上端的齿轮Ⅱ(13)啮合；取土筒(5)下端面周向均匀排列有刀片组(25)中的15个刀片，刀片的宽度由上至下递减，刀片的拔模角度为15°，刀片刃口的曲线方程为：

齿轮Ⅱ(13)、小筒(12)和取土筒(5)自上而下顺序排列，且各自的中心在同一垂直线上，取土筒(5)上端面与小筒(12)下端固接，取土筒(5)上端面中心与小筒(12)相通；推力球轴承(22)内圈与小筒(12)外壁过盈配合，推力球轴承(22)上下端面分别与滑台(19)下端面和取土筒(5)上端面固接，小筒(12)上端与齿轮Ⅱ(13)下端面固接，小筒(12)外壁与沉头孔(10)活动连接，齿轮Ⅱ(13)下端面与沉头孔(10)的端面活动连接；齿轮Ⅱ(13)、小筒(12)和取土筒(5)中心与中轴(14)活动连接，中轴(14)下端与钻头(4)中心固接；导杆Ⅰ(21)和导杆Ⅱ(23)分别穿过杆孔Ⅰ(7)和杆孔Ⅱ(20)与钻头(4)边缘固接；钻头(4)下部分布有五个螺旋型刀片(24)，螺旋型刀片(24)的宽度由上至下递减，螺旋型刀片(24)的拔模角度为30°，螺旋型刀片(24)的刃口曲线的方程为：

钻头(4)开有环状开口，开口宽度大于刀片组(25)刀片最大宽度。

4.按权利要求1所述的土壤样本自动采集钻筒，其特征在于：所述的铲板组件(C)由套筒(26)和铲板组(27)组成，铲板组(27)由五个结构完全相同的铲板组成，铲板为长方形，每个铲板的下端均布十五个铲齿，铲齿的外形为等腰三角形，其顶角β为45°；铲板组(27)的五个铲板均布并固接于套筒(26)下端的圆周上，且其板面与套筒(26)竖直方向的夹角α为30°。

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