CN215339145U - 水盐运移试验土壤装填夯土器及土壤装填系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种水盐运移试验土壤装填夯土器及土壤装填系统，涉及农业水利工程领域，包括：力臂杆、连接杆、铁饼以及支撑装置，其中所述力臂杆的一端与所述支撑装置的顶端铰接以形成支点，另一端为自由端；连接杆，所述连接杆的上端与所述力臂杆的杆壁铰接，下端与铁饼的上端面固定；所述铁饼的下端面与水盐运移试验中盛土容器的夯土口相匹配，以在所述力臂杆的作用下，将所述盛土容器中的土壤压实。由于基于杠杆原理进行夯土，本申请的夯土器是逐级对土壤进行施压的，相比传统采用冲击力的夯土方式，能有效避免土壤颗粒尘土的飞扬，并可有效降低土壤中气体被压缩后会产生的反作用力，保证土壤压缩至设定容重。

Description

水盐运移试验土壤装填夯土器及土壤装填系统

技术领域

本申请涉及农业水利工程领域，具体涉及一种水盐运移试验土壤装填夯土器以及一种土壤装填系统。

背景技术

土壤污染问题已经成为当今社会关注的主要问题，为了研究污染物在土壤中的水盐运移转化规律，需要在室内开展了相关的水盐运移科学试验活动。在开展相关试验之前，需要根据试验方案，在盛土容器(土柱、土箱或者钢槽)中按照给定容重分层填装试验土壤，以往的填装土壤过程中一般采用夯土器对其压实，其作用力为向下的人力加上夯土器自身重力，以将试验土壤压紧至设定容重。

但这种依靠冲击力的夯土方式往往会造成小颗粒尘土的飞扬，会对环境和人体有一定的危害：一是被夯土器激溅起来漂在空气中的土壤小颗粒除了造成空气环境的污染，二是这些小颗粒被试验人员吸收后会造成一定程度的口鼻的损伤，或者引起呼吸不畅通等相关疾病。另外，采用冲击力的夯土方式也会造成装土的不均匀，比如造成与夯土器接触的上层土壤容重大，而底层土壤容重小的缺点。最后，对于腐殖质含量很高的土壤，如果采用冲击力的方式夯土，腐殖质土壤在冲击力作用下会有弹性(在夯土器瞬间作用力冲击下，土壤中气体被压缩后会产生一个反作用力)，导致土壤很难压缩至设定容重。而对于试验方案中容重较大的土壤，人工加上夯土器重力的夯土方式，这种合力相对较小，也很难将土壤压缩至设定容重，进而无法开展高容重条件下水盐运移试验。

实用新型内容

本申请实施例提供一种水盐运移试验土壤装填夯土器及土壤装填系统，该夯土器可用于在水盐运移试验中将盛土容器中的土壤压实，并能克服上述技术问题。

为了解决上述问题，本申请实施例公开了一种水盐运移试验土壤装填夯土器，包括：

力臂杆、连接杆、铁饼以及支撑装置，其中：

支撑装置，放置于地面；

力臂杆，所述力臂杆的一端与所述支撑装置的顶端铰接以形成支点，另一端为自由端；

连接杆，所述连接杆的上端与所述力臂杆的杆壁铰接，下端与铁饼的上端面固定；

所述铁饼的下端面与水盐运移试验中盛土容器的夯土口相匹配，以在所述力臂杆的作用下，将所述盛土容器中的土壤压实。

在本申请一实施例中，所述力臂杆包括相互连接的第一臂杆和第二臂杆，

所述第一臂杆的一端与所述支撑装置的顶端铰接以形成支点，另一端置于所述第二臂杆内且与所述第二臂杆之间形成伸缩结构；

其中，所述连接杆的上端与所述第一臂杆的杆壁铰接。

在本申请一实施例中，铁饼的上端面与所述连接杆的下端可拆卸连接；

其中，所述铁饼的下端面为带柳钉的粗糙面或光滑平面。

在本申请一实施例中，所述连接杆为伸缩杆。

在本申请一实施例中，所述支撑装置包括支撑架、支撑面板，其中：

所述支撑架的顶端与所述支撑面板的下端面固定，底端放置于地面；

所述支撑面板的上端面设置有卡槽，所述卡槽与所述力臂杆的一端铰接以形成支点；

所述支撑面板上开有活动口，所述连接杆的下端穿过所述活动口与所述铁饼的上端面固定，所述活动口的口径大于所述连接杆的外径。

在本申请一实施例中，所述支撑装置还包括承重底座和多个万向轮，所述承重底座的上表面用于放置所述盛土容器；

所述承重底座的上表面与所述支撑架的底端固定，下表面与所述多个万向轮固定。

在本申请一实施例中，所述支撑架包括多根立柱，所述多根立柱之间相互平行且分别靠近所述支撑面板的相对两端设置，多根立柱在所述支撑面板上呈中心对称设置；

所述立柱的顶端与所述支撑面板的下端面固定，底端与所述承重底座的上表面固定；所述立柱为可调节伸缩杆。

在本申请一实施例中，所述承重底座的上表面开设有限位槽，所述限位槽用于放置所述盛土容器。

为了解决上述问题，本申请实施例还公开了一种土壤装填系统，包括盛土容器和如本申请实施例所述的水盐运移试验土壤装填夯土器，所述盛土容器的器壁上标有刻度；

所述水盐运移试验土壤装填夯土器用于将所述盛土容器中的土壤压实至目标刻度的位置。

本申请实施例包括以下优点：

本申请实施例所提供的水盐运移试验土壤装填夯土器，包括：力臂杆、连接杆、铁饼以及支撑装置，其中：支撑装置，放置于地面；力臂杆，所述力臂杆的一端与所述支撑装置的顶端铰接以形成支点，另一端为自由端；连接杆，所述连接杆的上端与所述力臂杆的杆壁铰接，下端与铁饼的上端面固定；所述铁饼的下端面与水盐运移试验中盛土容器的夯土口相匹配。通过上述结构，力臂杆与支撑装置之间形成了杠杆结构，基于支点，通过下压力臂杆，通过连接杆与力臂杆连接的铁饼向下作用，以将盛土容器中土壤压实，由于在这一夯土过程中，本申请的夯土器是一点点地对逐级土壤进行施压的，相比传统采用冲击力的夯土方式，能有效避免土壤颗粒尘土的飞扬，并可有效降低土壤中气体被压缩后会产生的反作用力，保证土壤压缩至设定容重，使用时具有省时省力、便于运移的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例力臂杆的结构示意图；

图2是本申请一实施例连接杆的结构示意图；

图3a是本申请一实施例铁饼的上端面示意图；

图3b是本申请一实施例铁饼下端面为带柳钉的粗糙面的示意图；

图4是本申请一实施例支撑面板的结构示意图；

图5是本申请一实施例支撑装置的部分结构示意图；

图6是本申请一实施例土壤装填系统的结构示意图；

图7是本申请一实施例盛土容器的结构示意图。

附图标记说明：

1-力臂杆，11-第一臂杆，12-第二臂杆；2-连接杆；3-铁饼；

4-支撑装置，41-支撑面板，42-卡槽，43-活动口，44-承重底座，45-万向轮，46-立柱；

5-盛土容器，51-夯土口，52-刻度。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

针对本申请的技术问题，本申请一实施例提出了一种水盐运移试验土壤装填夯土器，可以包括：力臂杆1、连接杆2、铁饼3以及支撑装置4，其中：

支撑装置4，放置于地面；

力臂杆1，力臂杆1的一端与支撑装置4的顶端铰接以形成支点，另一端为自由端；

连接杆2，连接杆2的上端与力臂杆1的杆壁铰接，下端与铁饼3的上端面固定；

铁饼3的下端面与水盐运移试验中盛土容器5的夯土口51相匹配，以在力臂杆1的作用下，将盛土容器5中的土壤压实。

通过上述结构，力臂杆1与支撑装置4之间形成了杠杆结构，基于支点，通过下压力臂杆1，通过连接杆2与力臂杆1连接的铁饼3向下作用，以将盛土容器5中土壤压实，这一夯土过程中，水盐运移试验土壤装填夯土器是一点点地对逐级土壤进行施压的，相比传统采用冲击力的夯土方式，能有效避免土壤颗粒尘土的飞扬，并可有效降低土壤中气体被压缩后会产生的反作用力，保证土壤压缩至设定容重，该水盐运移试验土壤装填夯土器使用时具有省时省力、便于运移的优点。

具体而言，参照图1，示出了本申请一实施例力臂杆的结构示意图，该力臂杆1包括相互连接的第一臂杆11和第二臂杆12，第一臂杆11的一端与支撑装置4的顶端铰接以形成支点，另一端置于第二臂杆12内且与第二臂杆12之间形成伸缩结构；其中，连接杆2的上端与第一臂杆11的杆壁铰接。本申请的力臂杆1通过第一臂杆11和第二臂杆12形成伸缩结构，力矩为力对物体作用时所产生的转动效应的物理量，力和力臂的乘积为力矩。根据杠杆原理，在向下作用力不变的条件下，力臂越长作用力越大，反之作用力越小。当需要装填的土壤容重较小时候，用户可采用较短的力臂杆；反之将力臂拉长，则可实现对高容重条件下的土壤压缩。实现时，通过调整第一臂杆11置于第二臂杆12内的长度，即可实现对整个力臂杆1总长度的调节。此外，本申请通过将支点以及与连接杆2铰接的铰接点均设置在第一臂杆11上，可保证力臂杆1下压时，受力点均集中在第一臂杆11上，保证施力的稳定性。

参照图2，示出了本申请一实施例连接杆的结构示意图，该连接杆2为伸缩杆。将连接杆2设置为可伸缩的结构，能调节铁饼3与盛土容器5间的距离。刚开始填装土壤，土层较浅，即土壤表面距离力臂杆1的距离较大时，用户可将连接杆2伸长至合适距离；随着填装土壤土层逐渐加厚，土壤表面距离力臂杆1的距离逐渐减小，此时用户可根据二者的实际距离，将连接杆2缩短至合适位置。本申请将连接杆2与力臂杆1的杆壁铰接，使得连接杆2和力臂杆1之间能够相对活动，以此可调节连接杆2相对于盛土容器5的夯土口51的角度，使连接杆2沿竖直方向带动铁饼3下压，进而保证铁饼3沿垂直方向对土壤施力，保证压土的均匀性。

铁饼3的上端面与连接杆2的下端连接，其下端面与土壤表面直接接触，其作用是在力臂杆1施加的力矩作用下将给定质量的土壤压缩至盛土容器5的刻度线处。为了适应不同内径的盛土容器5，尽可能的让铁饼3的下端面与土壤表面接触，在本申请一实施例中，铁饼3的上端面与连接杆2的下端可拆卸连接，以此用户可根据盛土容器5的实际尺寸更换与之相符的铁饼。参照图3a，铁饼3的上端面开有螺纹口，图2所示的连接杆2的一端杆壁上设置有外螺纹，外螺纹与螺纹口相互匹配，使得铁饼3的上端面与连接杆2的下端通过螺纹连接实现可拆卸连接。

本申请实施例提供了两种可选铁饼3结构，可选的，铁饼3的下端面为带柳钉的粗糙面，或铁饼3的下端面为光滑平面。当土壤初始含水率较高的时候，如果采用光滑平面铁饼对土壤进行压实，土壤表面往往会变的较为光滑，当水分入渗至土壤光滑平面处，水分向下运移速度会减慢，此时会产生侧向流(即水分向下运移受阻，水分会向加速向两侧运移)，导致水分垂向入渗规律发生变化。为了避免侧向流的产生，此时可采用带柳钉的粗糙面(柳钉大小一般为直径1mm，长度为2～3mm)的铁饼3对土壤进行压实，柳钉可对下层土壤表面起到打毛的作用(让下层土壤表面变得相对粗糙)，这样在装填土壤的过程中上下两层土壤能够较好的衔接。参照图3b，示出了铁饼下端面为带柳钉的粗糙面的示意图，此结构的铁饼3压缩土壤时，保证其带柳钉的一侧平面与盛土容器5上的刻度线齐平。

本申请实施例的支撑装置4可以是一个高度高于盛土容器5的支撑台或支撑柱，也可以为以下结构：该支撑装置4包括支撑架、支撑面板41，其中：支撑架的顶端与支撑面板41的下端面固定，底端放置于地面；支撑面板41的上端面设置有卡槽42，卡槽42与力臂杆1的一端铰接以形成支点；支撑面板41上开有活动口43，连接杆2的下端穿过活动口43与铁饼3的上端面固定，活动口43的口径大于连接杆2的外径。参照图4，示出了本申请一实施例支撑面板的结构示意图。夯土时，将盛土容器5放置于支撑面板41的下端，将位于支撑面板41下端的铁饼3对准盛土容器5的夯土口51，在力臂杆1的作用下，连接杆2沿活动口43的轴向上下移动，以带动铁饼3对土壤的不断下压、抬起，实现对土壤的一点点施力，降低土壤颗粒尘土的飞扬。而支撑面板41的设置可进一步遮挡少量飞扬起的土壤颗粒尘土，避免试验人员吸入。

考虑到试验的便捷性，参照图5，示出了本申请一实施例支撑装置的部分结构示意图，支撑装置4还包括承重底座44和多个万向轮45，承重底座44的上表面用于放置盛土容器5；承重底座44的上表面与支撑架的底端固定，下表面与多个万向轮45固定。万向轮45可通过紧固螺栓和螺母固定在承重底座44的下表面。通过上述结构的设置，将盛土容器5放置在承重底座44上后，能通过万向轮的移动，可不受空间、地点限制地土壤进行压缩。进一步的，本申请的承重底座44的上表面开设有限位槽(图未示出)，限位槽用于放置盛土容器5，使得盛土容器5在夯土器移动过程中不易被限制在限位槽内，不易倾倒，同时也能提高夯土时盛土容器5放置在承重底座44上的稳定性。

在本申请一实施例中，支撑架包括多根立柱46，多根立柱46之间相互平行且分别靠近支撑面板41的相对两端设置，多根立柱46在支撑面板41上呈中心对称设置；立柱46的顶端与支撑面板41的下端面固定，底端与承重底座44的上表面固定；立柱46为可调节伸缩杆。如图5所示，立柱46为4根，4根可伸缩的立柱46通过紧固螺栓和螺母置于承重底座44的上表面，4根立柱46顶端的卡槽与图4所述支撑面板41下端面的四个卡槽通过紧固螺栓螺母相连。当盛土容器5放置于承重平板上时，用户可根据试验盛土容器5的实际高度来调整立柱46的高度，通常而言，可调整为立柱46的高度略大于盛土容器5的高度10cm左右。

基于同一发明构思，本申请实施例提出了一种土壤装填系统的保护主体，参照图6，土壤装填系统包括盛土容器5和如本申请实施例所述的水盐运移试验土壤装填夯土器，盛土容器5的器壁上标有刻度52；水盐运移试验土壤装填夯土器用于将盛土容器5中的土壤压实至目标刻度52的位置。

在本申请实施例中，水盐运移试验土壤装填夯土器的具体结构参照图1～图6的具体描述内容，在此不多赘述。盛土容器5可以为土柱、土箱或者钢槽，其中，土柱、土箱可采用有机玻璃制成，便于观察内部土壤情况，本申请在此不做限定。参照图7，为本申请一实施例盛土容器的结构示意图，该盛土容器为有机玻璃土柱。

本申请土壤装填系统的组装步骤如下：

第一步：将图5所述支撑装置4中的万向轮45通过紧固螺栓、螺母固定在承重底座44的下表面。

第二步：将图5所述支撑装置4中的可伸缩的立柱46通过紧固螺栓螺母固定在承重底座44的上表面。

第三步：将图4所述支撑面板41通过与图5所述支撑装置4中的立柱46相连。

第四步：通过活动螺栓将图1所述力臂杆1与图4所述支撑面板41右端的卡槽42相连。

第五步：通过活动螺栓将图2所述连接杆2与图1所述力臂杆1相连。

第六步：抬起图1所述力臂杆1，将图2所述连接杆2穿过图4所述支撑面板41的活动口43。

第七步：转动图3a所述铁饼3，通过图2和图3a上的螺纹，将铁饼3固定在图2所述连接杆2上，图3b所述铁饼3带柳钉的面朝下。

第八步：抬起图1所述力臂杆1，将图7的试验有机玻璃土柱放置在图5所述支撑装置4的承重底座44上，调整图7所述有机玻璃土柱位置，将图7所述有机玻璃土柱垂向中心线与图1所述力臂杆1平放时图2所述连接杆2的垂向中心线重合。

第九步：根据试验方案中的土壤容重，计算每层所需土壤质量，将称好的试验土壤倒入图7所述有机玻璃土柱。

第十步：重复抬起/压下图1所述力臂杆1，将试验土壤压缩至该容重所对应的有机玻璃土柱刻度位置。

在本申请实施例中，由于本申请的水盐运移试验土壤装填夯土器基于支点杠杆的原理对盛土容器5中的土壤进行夯土，这一夯土过程中，该夯土器是一点点地对逐级土壤进行施压的，相比传统采用冲击力的夯土方式，能有效避免土壤颗粒尘土的飞扬，并可有效降低土壤中气体被压缩后会产生的反作用力，保证土壤压缩至设定容重，使用时具有省时省力、便于运移的优点。

在本申请的一个应用实例中，假设某一试验方案中土壤容重为γ＝1.35g.cm^-3，土壤初始含水率为θ＝0.15，有机玻璃土柱(盛土容器5)直径为d＝10cm,按照每h＝5cm分层填装，则每一层需要装填M＝π×(d/2)²×h×γ×(1+θ)＝609.67g。当不采用夯土器对土壤压实的时候，将土壤直接倒入有机玻璃土柱，自然土壤高度会大于5cm。假设上一次(下层土壤)装填土壤被压实后的土壤表面所对应的有机玻璃土柱的刻度52数据为L(假设有机玻璃土柱底板所在水平线的刻度值为0)，则下一次经夯土器被压实后的土壤高度Lⁿ＝L^n-1+5cm(n≥1，为装土层数)，依此类推。当然在实际装土时候，用户可根据实际情况自行设置，假设每层装填厚度Δd，则每层压缩后的土壤对应的实际有机玻璃土柱刻度为Lⁿ＝L^n-1+Δd。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的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申请和简化描述，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申请的限制。此外，诸如“第一”和“第二”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，也不能理解为指示或暗示相对重要性。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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种水盐运移试验土壤装填夯土器，其特征在于，包括：

力臂杆(1)、连接杆(2)、铁饼(3)以及支撑装置(4)，其中：

支撑装置(4)，放置于地面；

力臂杆(1)，所述力臂杆(1)的一端与所述支撑装置(4)的顶端铰接以形成支点，另一端为自由端；

连接杆(2)，所述连接杆(2)的上端与所述力臂杆(1)的杆壁铰接，下端与铁饼(3)的上端面固定；

所述铁饼(3)的下端面与水盐运移试验中盛土容器(5)的夯土口(51)相匹配，以在所述力臂杆(1)的作用下，将所述盛土容器(5)中的土壤压实。

2.根据权利要求1所述的夯土器，其特征在于，所述力臂杆(1)包括相互连接的第一臂杆(11)和第二臂杆(12)，

所述第一臂杆(11)的一端与所述支撑装置(4)的顶端铰接以形成支点，另一端置于所述第二臂杆(12)内且与所述第二臂杆(12)之间形成伸缩结构；

其中，所述连接杆(2)的上端与所述第一臂杆(11)的杆壁铰接。

3.根据权利要求1所述的夯土器，其特征在于，铁饼(3)的上端面与所述连接杆(2)的下端可拆卸连接；

其中，所述铁饼(3)的下端面为带柳钉的粗糙面或光滑平面。

4.根据权利要求1-3任一项所述的夯土器，其特征在于，所述连接杆(2)为伸缩杆。

5.根据权利要求1所述的夯土器，其特征在于，所述支撑装置(4)包括支撑架、支撑面板(41)，其中：

所述支撑架的顶端与所述支撑面板(41)的下端面固定，底端放置于地面；

所述支撑面板(41)的上端面设置有卡槽(42)，所述卡槽(42)与所述力臂杆(1)的一端铰接以形成支点；

所述支撑面板(41)上开有活动口(43)，所述连接杆(2)的下端穿过所述活动口(43)与所述铁饼(3)的上端面固定，所述活动口(43)的口径大于所述连接杆(2)的外径。

6.根据权利要求5所述的夯土器，其特征在于，所述支撑装置(4)还包括承重底座(44)和多个万向轮(45)，所述承重底座(44)的上表面用于放置所述盛土容器(5)；

所述承重底座(44)的上表面与所述支撑架的底端固定，下表面与所述多个万向轮(45)固定。

7.根据权利要求6所述的夯土器，其特征在于，所述支撑架包括多根立柱(46)，所述多根立柱(46)之间相互平行且分别靠近所述支撑面板(41)的相对两端设置，多根立柱(46)在所述支撑面板(41)上呈中心对称设置；

所述立柱(46)的顶端与所述支撑面板(41)的下端面固定，底端与所述承重底座(44)的上表面固定；所述立柱(46)为可调节伸缩杆。

8.根据权利要求6所述的夯土器，其特征在于，所述承重底座(44)的上表面开设有限位槽，所述限位槽用于放置所述盛土容器(5)。

9.一种土壤装填系统，其特征在于，包括盛土容器(5)和如权利要求1-8任一项所述的水盐运移试验土壤装填夯土器，所述盛土容器(5)的器壁上标有刻度(52)；

所述水盐运移试验土壤装填夯土器用于将所述盛土容器(5)中的土壤压实至目标刻度(52)的位置。

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