内燃圆周振动便拆装式土壤采样器及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃圆周振动便拆装式土壤采样器及其方法，包括手柄、柴油发动机、联轴器、主轴装置、可拆装钻头。其特征是采样器上端发动机通过联轴器带动主轴部分的中心轴连同安装在中心轴上的偏心块一起旋转，因偏心块与中心轴轴线有一定的偏心距，偏心块随着中心轴旋转时，在水平面上产生一个离心力致使采样器产生振动，导致采样器夯实周围土壤产生空隙，同时采样器在自重力和操作者对手柄传递的压力作用下很容易向下移动；采样器钻头部分由可拆装的三瓣组成，锁紧的三瓣钻头内部是圆柱体结构，且下端设有豁口，可避免传统采样器取出的土样为非圆柱体，不同采样深度处的土量不均匀的问题。本发明采样精度高、省时省力、操作简便、实用性强。
【专利说明】内燃圆周振动便拆装式土壤采样器及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土壤采样器，尤其涉及一种土壤剖面土样采集的内燃圆周振动便拆装式土壤采样器及其方法。
【背景技术】
[0002]土壤剖面样品的采集，是土壤系统分类调查、土体构型分析、土壤肥力特性研究、土壤养分迁移变化及土壤生态调查的基础，传统方法一般采用挖掘长1.0 m~2.0 m、宽1.0!11、深1.0m~2.0 m的土壤剖面坑或者用土钻法来采集土样，挖掘土壤剖面坑虽能取到不同深度原状土壤样品，但工作量大，效率低下，对采样地环境破坏程度很大，现有我们传统的采样土钻，是操作者用手扶着把柄，通过旋转把柄并使劲向下用力使土钻向深层土壤中移动，一般用这种土钻采集比较紧密的深层土壤时操作者需要用榔头敲打钻杆产生一个很大的向下的作用力，才能使土钻进入深层的土层，这种土钻一般对土钻钻杆的材质坚固性要求很高，采样时特别费时费力。
[0003]经统计表明，取4个0-100 cm的土样，3名操作人员，2人持2根土钻取样，I人拔出土样，耗时4(T60 min。这种锤击式取土钻不能防止钻壁和周围土壤对所取原状土柱的挤压和压实，且现用的土壤取土钻一般采用在钻管上割出一条狭缝以便取出采集的土壤样品的设计，对于土质疏松的土壤，将样品取出时容易松散，这就没法确保取得完整的土柱，因此，为了克服【背景技术】中传统土钻的缺陷设计，发明一种可以减轻采样工作量，使得实验结果更精确的土壤采样器势在必行。
【发明内容】
[0004]为了在进行野外土壤剖面肥力、土壤养分迁移转化、土壤根系分布、土壤环境污染等方面的调查研究，针对现有土样采集器无法取得完整的土柱和采样费时费力的不足之处，本发明设计了一种便于采样的内燃圆周振动便拆装式土壤采样器及其方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种内燃圆周振动便拆装式土壤采样器包括手柄、柴油发动机、联轴器、主轴装置、可拆装钻头；柴油发动机通过联轴器与主轴装置相连，手柄是空管结构，安装在主轴装置上，柴油发动机提供动力，主轴装置中间采用中心轴带动偏心块旋转来提供振动，主轴装置下部连接钻头，钻头由一号瓣、二号瓣和三号瓣组成，在每瓣外侧分别标有编号。
[0006]所述的主轴装置包括套筒、手柄安装座、中心轴、平键、偏心块、弹性挡圈、上轴承、下轴承、上轴承端盖和下轴承端盖；上轴承和下轴承将中心轴固定在套筒内，中心轴下端设有平键，平键外套有偏心块，偏心块下端安装弹性挡圈用来定位偏心块不至于下落；上轴承端盖和下轴承端盖分别用于固定上轴承、下轴承，发动机的旋转通过联轴器来带动中心轴的旋转。
[0007]所述的主轴装置中的套筒下部外侧设有凸台，所述的可拆装钻头的一号瓣、二号瓣和三号瓣上部内侧均设有凹槽，安装时使三瓣凹槽与主轴装置的凸台相互嵌套配合，用来传递振动力和向下的压力。
[0008]所述的可拆装钻头用上卡环和下卡环来关牢固、且上下卡环上开有錾子槽；所述的瓣与瓣之间设计不同相互嵌套的竖直方向台阶，一号瓣的台阶为内凸外凹，二号瓣靠近一号瓣一侧台阶为内凹外凸，二号瓣靠近三号瓣一侧台阶为内凸外凹，三号瓣的台阶为内凹外凸；可拆装钻头下端设有豁口，以便土壤采样器采样时深入深层土壤，三瓣钻头对接安装好后内侧是圆柱面，保证了土样采样后是圆柱体，可拆装钻头外侧打有间隔10mm的刻度线，用来测量采样器的采样深度，可拆装钻头的三个瓣设有1:16比例的锥度，其闭合后组成的柱形钻管的内径为50_，钻头内部从豁口部位到下轴承端盖的长度为500_。
[0009]所述采样器的内燃圆周振动便拆装式土壤采样方法包括如下步骤:
1)将上卡环套到套筒的凸台以上的位置，依次对接安装三瓣钻头，先装一号瓣，安装时一号瓣的凹槽卡到套筒凸台上，依次安装二号瓣和三号瓣，然后分别把上卡环和下卡环向下和向上套住三瓣，并套紧，三瓣对接安装在一起时有自锁作用，不会松脱；
2)把采样器的可拆装钻头根据采样器外侧所标刻度插入土层进行取样，把持手柄，开启发动机，启动发动机之前保证可拆装钻头部分安装套紧，而且采样器垂直地面；
3)当采样器达到所取土层深度时，发动机熄火停机，拔出采样器；用錾子在上卡环和下卡环的錾子槽中分别向上向下退出卡环，依次按照三号瓣、二号瓣和一号瓣的顺序拆卸可拆装钻头，取出样品。
[0010]与【背景技术】相比，本发明具有的有益效果是:
本发明提供的土壤采样器，利用发动机内能提供振动，发动机输出轴通过联轴器带动主轴部分的中心轴连同安装在中心轴上的偏心块一起旋转，因偏心块与中心轴轴线有一定的偏心距，偏心块随着中心轴旋转时，在水平面上产生一个离心力致使采样器产生振动，导致采样器夯实周围土壤产生空隙，同时采样器在自重力和操作者对手柄传递的压力作用下容易向下移动，取样时省时省力，且上下方向没有显著振动，这样钻头内部取到的土壤在垂直方向上不会发生挤压现象；采样器钻头部分由便拆装式三瓣组成，与主轴部分的连接靠套筒的凸台和三瓣内部的凹槽嵌套配合，三瓣由自锁式卡套上下分别固定锁紧三瓣，且下端设计豁口，该结构连接可靠，拆装方便，保证取土时土样保持原样不破损，封闭的三瓣土钻形成内部是柱形的钻管能最大程度保证取到原状完整的土柱，提高采样精度；整个采样器操作简便，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是内燃圆周振动便拆装式土壤采样器的整体结构示意图；
图2是本发明的套筒及内部结构剖示图；
图3是本发明的套筒与钻头连接示意图；
图4是本发明的可拆装钻头结构示意图；
图5是本发明的可拆装钻头豁口示意图；
图中:一号瓣1、二号瓣2、三号瓣3、编号4，刻度5、凹槽6、豁口 7、凸台8、中心轴9、上端轴承盖10、上轴承11、套筒12、偏心块13、平键14、下轴承15、下轴承盖16、弹性挡圈17、手柄安装座18、上卡环19、下卡环20、
錾子槽21、手柄22、发动机23、联轴器24。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步说明。
[0013]如图1所示，一种内燃圆周振动便拆装式土壤采样器包括手柄22、柴油发动机23、联轴器24、主轴装置、可拆装钻头；柴油发动机23通过联轴器24与主轴装置相连，手柄22是空管结构，安装在主轴装置上，柴油发动机23提供动力，主轴装置中间采用中心轴9带动偏心块13旋转来提供振动，主轴装置下部连接钻头，钻头由一号瓣1、二号瓣2和三号瓣3组成，在每瓣外侧分别标有编号4。
[0014]如图2所示，所述的主轴装置包括套筒12、手柄安装座18、中心轴9、平键14、偏心块13、弹性挡圈17、上轴承11、下轴承15、上轴承端盖10和下轴承端盖16 ;上轴承11和下轴承15将中心轴9固定在套筒12内，中心轴9下端设有平键14，平键14外套有偏心块13，偏心块13下端安装弹性挡圈17用来定位偏心块13不至于下落；上轴承端盖10和下轴承端盖16分别用于固定上轴承11、下轴承15，发动机23的旋转通过联轴器24来带动中心轴9的旋转。因偏心块13的重心与中心轴9轴心有一定偏心距而产生圆周性振动，振动力通过中心轴9和上轴承11及下轴承15带动套筒12振动，因偏心块13位置在主轴部分的下端，所以下端振动远大于上端的振动，套筒12下端的振动力带动钻头包括三瓣在水平方向振动，夯实钻头周围的土层产生空隙，方便钻头向下移动；在套筒12上下两端分别安装上轴承端盖10和下轴承端盖16分别用来固定上下轴承，不至于让轴承在轴向上下窜动，并且下轴承端盖还能起到对钻头内部土样的密封作用，不至于让内部土样上窜到主轴内部而影响使用性能；套筒12用来承担操作人员的把持力和发动机重力以及旋转所产生的振动力，套筒12外侧打有间隔100 mm的刻度线，用来测量采样器下钻的深度。
[0015]如图3所示，所述的主轴装置中的套筒12下部外侧设有凸台8，所述的可拆装钻头的一号瓣1、二号瓣2和三号瓣3上部内侧均设有凹槽6，安装时使三瓣凹槽6与主轴装置的凸台8相互嵌套配合，用来传递振动力和向下的压力。
[0016]如图4~图5所示，所述的可拆装钻头用上卡环19和下卡环20来关牢固、且上下卡环上开有錾子槽21 ;所述的瓣与瓣之间设计不同相互嵌套的竖直方向台阶，一号瓣I的台阶为内凸外凹，二号瓣2靠近一号瓣I 一侧台阶为内凹外凸，二号瓣2靠近三号瓣3—侧台阶为内凸外凹，三号瓣3的台阶为内凹外凸；可拆装钻头下端设有豁口 7，以便土壤采样器采样时深入深层土壤，三瓣钻头对接安装好后内侧是圆柱面，保证了土样采样后是圆柱体，可拆装钻头外侧打有间隔10mm的刻度线5，用来测量采样器的采样深度，可拆装钻头的三个瓣设有1:16比例的锥度，其闭合后组成的柱形钻管的内径为50mm，钻头内部从豁口 7部位到下轴承端盖16的长度为500mm。
[0017]内燃圆周振动便拆装式土壤采样器的使用方法如下步骤:
O将上卡环19套到套筒12的凸台8以上的位置，依次对接安装三瓣钻头，先装一号瓣1，安装时一号瓣I的凹槽6卡到套筒12凸台8上，依次安装二号瓣2和三号瓣3，然后分别把上卡环19和下卡环20向下和向上套住三瓣，并套紧，三瓣对接安装在一起时有自锁作用，不会松脱；
2)把采样器的可拆装钻头根据采样器外侧所标刻度5插入土层进行取样，把持手柄22，开启发动机23，启动发动机之前保证可拆装钻头部分安装套紧，而且采样器垂直地面； 3)当采样器达到所取土层深度时，发动机23熄火停机，拔出采样器；用錾子在上卡环19和下卡环20的錾子槽21中分别向上向下退出卡环，依次按照三号瓣3、二号瓣2和一号瓣I的顺序拆卸可拆装钻头，取出样品。
【权利要求】
1.一种内燃圆周振动便拆装式土壤采样器，其特征在于:包括手柄(22)、柴油发动机(23)、联轴器(24)、主轴装置、可拆装钻头；柴油发动机(23)通过联轴器(24)与主轴装置相连，手柄(22)是空管结构，安装在主轴装置上，柴油发动机(23)提供动力，主轴装置中间采用中心轴(9)带动偏心块(13)旋转来提供振动，主轴装置下部连接钻头，钻头由一号瓣(I)、二号瓣(2 )和三号瓣(3 )组成，在每瓣外侧分别标有编号(4)。
2.根据权利要求1所述的内燃圆周振动便拆装式土壤采样器，其特征在于:所述的主轴装置包括套筒(12)、手柄安装座(18)、中心轴(9)、平键(14)、偏心块(13)、弹性挡圈(17 )、上轴承(11)、下轴承(15 )、上轴承端盖(1 )和下轴承端盖(16 );上轴承(11)和下轴承(15)将中心轴(9)固定在套筒(12)内，中心轴(9)下端设有平键(14)，平键(14)外套有偏心块(13)，偏心块(13)下端安装弹性挡圈(17)用来定位偏心块(13)不至于下落；上轴承端盖(10)和下轴承端盖(16)分别用于固定上轴承(11)、下轴承(15)，发动机(23)旋转通过联轴器(24)来带动中心轴(9)的旋转。
3.根据权利I所述的内燃圆周振动便拆装式土壤采样器，其特征在于:所述的主轴装置中的套筒(12)下部外侧设有凸台(8)，所述的可拆装钻头的一号瓣(I)、二号瓣(2)和三号瓣(3)上部内侧均设有凹槽(6)，安装时使三瓣凹槽(6)与主轴装置的凸台(8)相互嵌套配合，用来传递振动力和向下的压力。
4.根据权利I所述的内燃圆周振动便拆装式土壤采样器，其特征在于:所述的可拆装钻头用上卡环(19)和下卡环(20)来关牢固、且上下卡环上开有錾子槽(21);所述的瓣与瓣之间设计不同相互嵌套的竖直方向台阶，一号瓣(I)的台阶为内凸外凹，二号瓣(2)靠近一号瓣(I) 一侧台阶为内凹外凸，二号瓣(2)靠近三号瓣(3)—侧台阶为内凸外凹，三号瓣(3)的台阶为内凹外凸；可拆装钻头下端设有豁口(7)，以便土壤采样器采样时深入深层土壤，三瓣钻头对接安装好后内侧是圆柱面，保证了土样采样后是圆柱体，可拆装钻头外侧打有间隔10mm的刻度线(5)，用来测量采样器的采样深度，可拆装钻头的三个瓣设有1:16比例的锥度，其闭合后组成的柱形钻管的内径为50mm，钻头内部从豁口(7)部位到下轴承端盖(16)的长度为500mm。
5.一种实施如权利要求1所述采样器的内燃圆周振动便拆装式土壤采样方法，其特征在于包括如下步骤: 1)将上卡环(19)套到套筒(12 )的凸台(8 )以上的位置，依次对接安装三瓣钻头，先装一号瓣(1)，安装时一号瓣(I)的凹槽(6)卡到套筒(12)凸台(8)上，依次安装二号瓣(2)和三号瓣(3)，然后分别把上卡环(19)和下卡环(20)向下和向上套住三瓣，并套紧，三瓣对接安装在一起时有自锁作用，不会松脱； 2)把采样器的可拆装钻头根据采样器外侧所标刻度(5)插入土层进行取样，把持手柄(22 )，开启发动机(23 )，启动发动机之前保证可拆装钻头部分安装套紧，而且采样器垂直地面； 3)当采样器达到所取土层深度时，发动机(23)熄火停机，拔出采样器；用錾子在上卡环(19)和下卡环(20)的錾子槽(21)中分别向上向下退出卡环，依次按照三号瓣(3)、二号瓣(2)和一号瓣(I)的顺序拆卸可拆装钻头，取出样品。
【文档编号】G01N1/08GK104075908SQ201410275125
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】李亮, 梁新强, 毛文俊, 叶玉适, 傅朝栋, 王知博, 赵越, 张翼翔, 金熠, 朱思睿 申请人:浙江大学