一种土壤样本自动采集钻筒的制作方法

本发明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。

技术实现要素：

本发明的目的是：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。

本发明由电机ⅰ1、壳体机构a、中轴机构b和铲板组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5,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、钻土刀片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ⅰ20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：

本发明电机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。

本发明的有益效果在于：

1.本发明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.本发明零部件位置集中，结构紧凑，体积小。

3.本发明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ⅰ2.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ⅱ10.沉头孔11.齿轮ⅰ12.小筒13.齿轮ⅱ14.中轴15.圆柱孔16.电机ⅲ17.丝杆18.螺纹孔19.滑台20.杆孔ⅱ21.导杆ⅰ22.推力球轴承23.导杆ⅱ24.螺旋型刀片25.刀片组26.套筒27.铲板组

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述：

如图1至图4所示，本发明由电机ⅰ1、壳体机构a、中轴机构b和铲板组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5,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、钻土刀片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ⅰ20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°。