一种电动土样采集装置的制作方法

文档序号：25506027发布日期：2021-06-18 16:19阅读：58来源：国知局

本实用新型涉及土壤样品采集工具设计领域，公开了一种电动土样采集装置。

背景技术：

在农业、国土、勘探、科研等领域的土壤检测中，经常需要采集土壤样本。经典的土样工具是环刀和取土钻。取土钻的体积大、分量重、携带不便，不适合单兵作战，用取土钻要从地面向下一次性顺序钻取，每隔一定土层的深度，提取一个立柱形状的土样。立柱形土样直径小、高度较大，土层厚度不可能太小，也不适合土层划分较细的需求。环刀具有体积小、携带方便的优点，但是环刀是靠压力甚至是撞击力压迫环刀切割土壤的，给土壤带来了挤压，造成容重测量不准，还有一个问题是环刀只切割了土柱的圆周，不能切割土柱的底面(环刀刀口一侧)，在土壤立剖面上使用环刀时土柱与土壤的分离是靠撬动环刀将土柱折断的，造成土壤断面不齐，环刀内土壤亏缺，土样体积不全。以容积200cm²的环刀为例，其内部直径为70mm、长度为52mm，它获取的土壤圆柱体，在长度方向上平均亏缺2mm，容积就亏缺3.8％，如果缩小环刀直径、增加环刀程度，又会显著增加土壤阻力和土壤挤压程度，仍然会造成容重不准，在土壤检测中，土壤容重是一个非常重要的指标，随着基于介电常数的物联网传感器在土壤监测中的广泛应用，土壤容重已经同土壤重量、土壤组成的检测一样重要，土壤水分传感器的校正需要经常从土壤剖面上纵向提取多个土层的土样，取土铲过长，在剖面上作业即为不便。因为土层厚度趋于变小，有时小至50mm，直径70mm及以上的环刀也难以使用。因此，在不破坏容重的条件下，准确、方便地取得薄土层的土壤样品的意义越来越重大，原有土样采集技术需要与时俱进。

根据现已公布的技术，可知已有的电动土壤采样装置多为体积庞大、结构复杂，适合垂直地面向下取样，对于在狭小的土壤垂直剖面上作业则不太方便，并有诸多可改进提效之处。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电动土样采集装置，其包括一种电动土样采集装置，其包括：取土筒、传动筒、圆刀挡和卸土钻，传动筒一端与取土筒啮合，传动筒的另一端连接电动装置，电动装置通过传动筒驱动取土筒转动，土壤进入取土筒后用圆刀挡分离出取土筒中部的目标土样，用卸土钻将土样取出，该设备用以解决现有的电动土壤采样装置体积庞大、结构复杂，不适用于狭小的土壤垂直剖面上作业的问题，同时也解决了现有土壤采样装置容重测量不准。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种电动土样采集装置，其特包括：取土筒，所述取土筒包括：钻土管锯、土样管、内套管和外套管，所述钻土管锯连接在所述土样管的一端，所述土样管的另一端与所述内套管相连，所述外套管的内径大于等于所述内套管的外径，且所述外套管套设在所述内套管外围，其中，所述钻土管锯在与所述土样管相连接的一端开设有前刀槽，所述内套管在与所述土样管相连接的一端开设有后刀槽，所述前刀槽与所述后刀槽内分别设置有圆刀挡，传动筒，所述传动筒可拆卸的啮合连接在所述外套管的一端，以带动所述取土筒转动，所述传动筒的另一端连接有外部驱动装置。

本申请的一些实施例中，所述钻土管锯包括：外掰料锯齿、中立锯齿和管状锯身，所述外掰料锯齿和所述中立锯齿连接在所述管状锯身的一端，所述外掰料锯齿和中立锯齿组成了外-中拨料形式；

本申请的一些实施例中，所述内套管包括内套管身、第一观察剔土孔和第二观察剔土孔，所述内套管身为两端开放的筒状结构，所述第一观察剔土孔和所述第二观察剔土孔设置在所述内套管身远离土样管的一侧的侧壁上，所述第一观察剔土孔和所述第二观察剔土孔上下设置。

本申请的一些实施例中，所述前刀槽设置在所述管状锯身侧壁，所述前刀槽为弧形豁口，弧的长度略大于环形管身周长的1/2，豁口的两头为半圆形，豁口的宽度大于圆刀挡的厚度，以将所述圆刀挡插入在所述前刀槽内；

所述后刀槽设置在所述内套管身侧壁，所述后刀槽为弧形豁口，所述弧的长度大于所述环形管身周长的1/2，豁口的两头为半圆形，豁口的宽度大于圆刀挡的厚度。

本申请的一些实施例中，所述外套管包括：外套管体、第一导栓开口和第二导栓开口，所述第一导栓开口开设在所述外套管体一侧管壁上，以连接锁紧所述传动筒；所述第二导栓开口开设在所述外套管体另一侧管壁上，以连接锁紧所述内套管。

本申请的一些实施例中，所述传动筒包括：旋转圆管、圆形钢栓、扁圆形堵头和传动轴；所述扁圆形堵头连接覆盖所述旋转圆管的一端，所述扁圆形堵头的外侧圆心处连接所述传动轴，所述圆形钢栓连接在所述旋转圆管外侧壁远离扁圆形堵头的一端，所述扁圆形堵头上开设有多个圆孔，所述传动轴的重心与所述旋转圆管和所述扁圆形堵头的圆心在一条直线上。

本申请的一些实施例中，所述传动轴包括传动轴杆头、传动轴杆和传动轴六角，所述传动轴头和所述传动轴六角分别连接在所述传动轴杆的两端，所述传动轴头连接在所述扁圆形堵头外侧圆心处，所述传动轴六角连接外部驱动装置。

本申请的一些实施例中，所述圆刀挡包括：下半圆刀头、上半圆刀背、刀柄、卡口和手环，所述下半圆刀头、上半圆刀背、刀柄和手环依次相连，所述卡口开设于所述上半圆刀背与所述刀柄连接处，所述下半圆刀头与所述上半圆刀背连接形成一个圆形挡板，所述圆形挡板的直径等于所述土样管的内径，所述下半圆刀头的半圆周边具有偏向一侧的刀刃。

本申请的一些实施例中，所述电动土样采集装置还包括卸土钻，所述卸土钻包括螺旋刀片、长杆和管状手柄，所述螺旋刀片设置在所述长杆一端，所述管状手柄垂直连接在所述长杆的另一端，所述螺旋刀片的螺旋面沿所述长杆轴向盘旋，所述螺旋刀片与长杆垂直连接。

本申请的一些实施例中，所述电动土样采集装置还包括手动杆，所述手动杆包括：传动栓杆和手柄，所述手柄垂直连接固定在所述传动栓杆的一端，所述传动栓杆的直径与所述第一导栓开口直径一致，所述传动栓杆的长度大于所述土样管的外部直径。

本实用新型涉及土壤样品采集工具设计领域，公开了一种电动土样采集装置，其包括：取土筒、传动筒、圆刀挡和卸土钻，传动筒一端与取土筒啮合，传动筒的另一端连接电动装置，电动装置通过传动筒驱动取土筒转动，土壤进入取土筒后用圆刀挡分离出取土筒中部的目标土样，用卸土钻将土样取出，该装置携带方便、取样体积稳定一致，方便在垂直土壤剖面上密集采集土样。

具有以下优点：

1.本设计通过开放的传动轴可连接多种外部驱动装置，如交流电钻、手电钻、专用电机等，电动旋转切割土柱的圆周，减少了对于土柱的挤压，锯齿向外不向内，减少了对土样体积的影响，提高了土壤样品的原状性。

2.设计专用刀具切取土柱的两个底面，使得土样密度不亏缺、不增加，土样体积的准确度。

3.设计兼用圆刀挡，切土与挡土一次完成，样土与废土分离，卡住挡板，保证样土不漏失、不混淆。

4.专用卸土器，方便取出粘重的或坚硬的土壤。

5.特别适合在垂直剖面上横向取土，一是可不破坏地表植被；二是在土层较薄的情况下，可在同一层取到足够数量的土壤。

6.配套有手动杆，可克服缺乏电源或电力不足的意外困难。

7.结构简单、体形短小精干，便携性更好。

附图说明

图1电动土样采集器总示意图：

图2取土筒结构及插入的圆刀挡；

图3取土筒结构俯视图；

图4显示锯齿拨料示意图(子图a突出显示中立锯齿及与外掰料锯齿的相间分布关系，子图b突出显示外掰料锯齿)；

图5显示传动筒结构侧视图(子图a:从传动筒筒口角度观察、子图b:传动筒侧面角度观察，子图c:从传动筒传动轴角度观察)；

图6传动筒与取土筒啮合后的俯视图(子图a突出显示完整的圆形钢栓，子图b突出显示传动轴，子图c突出显示扁圆堵头及圆孔)；

图7圆刀挡形状与结构示意图(子图a—正面观、子图b—侧面观)；

图8卸土钻的形状与结构示意图；

图9手动杆的形状与结构示意图；

图10传动与取土一体采集器形状与结构示意图(a—突出显示锯齿，b—传动与取土一体采集器俯视图)。

1、取土筒；11、管锯；111、外掰料锯齿；112、中立不掰料锯齿；113、钻土管锯身；114、前刀槽；12、土样管；13、内套管；131、内套管身；132、后刀槽；133、第一观察剔土孔；134、第二观察剔土孔；14、外套管；141、外套管体；142、第一导栓开口；143、第二导栓开口；

2、传动筒；21、旋转圆管；22、圆形钢栓；23、扁圆堵头；24、传动轴；241、传动轴杆头；242、传动轴杆；243、传动轴六角；25、圆孔；

3、圆刀挡；31、下半圆刀头；32、下半圆刀背；33、刀柄；311、刀刃；34、卡口；35、手环；

4、卸土钻；41、螺旋刀片；42、长杆；43、管状手柄；

5、手动杆；51、传动栓杆；52、左手柄；53、右手柄。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文是结合附图对本实用新型的优选的实施例说明。

如图1所示，本实用新型的电动土样采集器，包括5个相对独立、相互配合的部件：取土筒1、传动筒2、圆刀挡3、卸土钻4和手动杆5，使用时，传动筒2端与外部驱动装置啮合，另一端与取土筒1啮合，外部驱动装置驱动传动筒2转动，传动筒2带动取土筒1钻入土壤剖面取土，土壤进入取土筒1后，用个圆刀挡3分别切入前刀槽114和后刀槽132，可以完整地分离出取土筒1中部的目标土样，然后旋转传动筒2可将取土筒1与传动筒2分开，最后用卸土钻4将土样从取土筒1中取出，如果电力不足，可以用手动杆5以人工为动力钻取。

如图1和图2所示，取土筒1包括：钻土管锯11、土样管12、内套管13和外套管14，作为一种优选的实施方式，钻土管锯11与土样管12、内套管13是在一根不锈钢管上分段分别制造的，因此彼此是依次自然连接的，图2所示，钻土管锯11与土样管12左侧相连，土样管12的右侧与内套管13自然相连，外套管14套在内套管13的外围，外套管14的左端套与内套管13的右端焊接固定，土样管12的长度和内径大小决定土样的体积，制作时可以根据对于土样体积的要求先确定土样管12的体积，然后根据土层厚度的限制确定土样管12的内径，最后可计算出土样管12的长度。

如图1、图2、图3和图4所示，钻土管锯11由外掰料锯齿111、中立锯齿、管状锯身、前刀槽114组成，管状锯身的长度以保证土样管12中土壤完整为下限，管状锯身中土壤在取土筒1拔离土层时难免受到一些损坏，管状锯身长度过小损坏可能波及土样管12中的土壤，因此，管状锯身的宽度长度在2-4cm之间，管状锯身的前端由多个锯齿组成，作为一种优选的实施方式，设一个锯齿为第一齿，沿顺时针方向依次顺延第二齿、第三齿等，将奇数序号的锯齿向外掰料为掰料锯齿，偶数序号的锯齿不掰料为中立锯齿，形成“外—中”的拨料形式，钻土管锯11旋转切割土柱的圆周，减少了对于土柱的挤压，锯齿向外不向内，减少了对土样体积的影响，提高了土壤样品的原状性，前刀槽114设置在所述管状锯身侧壁，前刀槽114为弧形豁口，弧的长度略大于环形管身周长的1/2，便于圆刀挡3完全插入豁口内部，豁口的两头为半圆形，豁口的宽度大于圆刀挡3的厚度，以将所述圆刀挡3插入在所述前刀槽114内；

如图1、图2和图3所示，土样管12是一段不锈钢管，土样管12与环形管身和内套管13是连体的，其内径是一致的。

如图1、图2和图3所示，内套管13包括内套管13身、后刀槽132、第一观察剔土孔133、第二观察剔土孔134；后刀槽132设置在所述内套管13身侧壁，后刀槽132为弧形豁口，弧的长度大于环形管身周长的1/2，便于圆刀挡3完全插入豁口内部，豁口的两头为半圆形，豁口的宽度大于圆刀挡3的厚度，第一观察剔土孔133和第二观察剔土孔134是在内套管13管壁之上切割的个长圆形孔，位于内套管13身远离土样管12的一侧，第一观察剔土孔133和第二观察剔土孔134上下设置。

如图1、图2和图3所示，外套管14包括：外套管14体、第一导栓开口142和第二导栓开口143，作为一种优选的实施方式，在外套管14体上部管壁上割开的一个r形豁口是第一导栓开口142，在外套管14体下部管壁上割开的一个r形豁口是第二导栓开口143；外套管14的内径等于或略大于内套管13的外径，便于二者进行套接；第一导栓开口142和第二导栓开口143的形状设计成“r”，该设计方案，一是半圆形孔，便于卡住圆柱形钢栓，电机向右旋转会越转越紧，手动向左转会退出啮合状态，二是便于向后将取土筒1从土层中拉出，三是磨角的开口便于将圆柱形钢栓卡入第一导栓开口142和第二导栓开口143内。

如图1、图2、图5和图6所示，传动筒2包括：旋转圆管21、圆柱形钢栓、扁圆形堵头和传动轴24，旋转圆管21的一头焊接扁圆形堵头，扁圆形堵头一侧的圆心处焊接传动轴24，圆柱形钢栓焊接在旋转圆管21上，并远离扁圆形堵头，扁圆形堵头上打通多个圆孔25，传动轴24的重心与旋转圆管21和扁圆形堵头的圆心在一条直线上。

其中，传动轴24包括传动轴24杆头、传动轴24杆、传动轴24六角，传动轴24头和传动轴24六角分别连接在传动轴24杆的两端，传动轴24头连接在扁圆形堵头外侧圆心处，传动轴24六角连接外部驱动装置。

需要说明的是，扁圆形堵头上的多个圆孔25，在不影响扁圆形堵头支撑能力的前提下可尽量大些，可以增加通透性并减轻传动筒2的重量。

如图1、图2和图7所示，圆刀挡3是一个不锈钢片，圆刀挡3包括：下半圆刀头31、上半圆刀背、刀柄33、卡口34和手环35，作为一种优选的实施方式，圆刀挡3的各部分是在一块不锈钢片制作的，提高圆刀挡3的整体稳定性，下半圆刀头31与上半圆刀背、刀柄33、手环35依次物理相连，卡口34位于上半圆刀背与刀柄33连接处，在刀柄33一侧，形成一个鸭嘴状开口，下半圆刀头31与上半圆刀背连接形成一个圆形挡板，圆的直径等于土样管12的内径，将圆刀挡3插入土样管12两端时，下半圆刀头31的刀刃311在土样管12一侧切下并用卡口34卡住管壁，将土柱切断为段，其中，中间是土样、两端是废土，下半圆刀头31的刀刃311保护了土样、排挤了废土，圆形挡板正好挡住土样管12中的土壤使土样完整并与废土分隔，在应用中，需要两个圆刀挡3，一个插入前刀槽114，另一个插入后刀槽132。

如图1和图8所示，卸土钻4包括括螺旋刀片41、长杆42和管状手柄43；螺旋刀片41焊接在长杆42一头，管状手柄43呈90度角焊接在长杆42的另一头，螺旋刀片41的螺旋面总体是向下盘旋下降的，但是螺旋刀片41上部的刀口一定是与长杆42垂直的，便于切除贴近圆刀挡3圆挡板土壤，作为一种优选的实施方式，管状手柄43两头是方钢管，便于挤压固定在地面上，螺旋刀片41向上，将取土筒1对准螺旋刀片41向下旋转可将土壤取出。

需要说明的是，取土筒1钻土取样，土壤进入取土筒1后用圆刀挡3分离出取土筒1中部的目标土样，用卸土钻4将土样取出，方便取出粘重的或坚硬的土壤。

如图1和图9所示，手动杆5包括传动栓杆51和手柄，作为一种优选的实施方式，手柄部分分为左手柄52和右手柄53，左手柄52连接固定在传动栓杆51的左端，右手柄53连接固定在传动栓杆51的右端，传动栓杆51的直径要与第一导栓开口142直径一致，传动栓杆51的长度传动栓杆51的长度要显著大于土样管12的外部直径，手柄的直径要适合手握紧。

需要说明的是，手动杆5可克服缺乏电源或电力不足的意外困难，将传动筒2从外筒上旋转拆下，在第一导栓开口142贯穿插入手动杆5，利用手握手动杆5手柄，旋转取土筒1进行钻土取样。

如图10所示，作为一种优选的实施例，将电动土样采集器的取样筒与传动筒2连接为一体，设计成为取土传动一体土样采集器，取土传动一体土样采集器，包括：钻土管锯11、土样管12、内套管13、旋转圆管21、扁圆堵头23、传动轴24、圆孔25、手动杆孔，钻土管锯11与土样管12、内套管13、旋转圆管21是在一根不锈钢管上制作依次自然连接，钻土管锯11在土样管12的一端，内套管13在土样管12的另一端，旋转圆管21物理连接在内套管13的另一端；旋转圆管21的另一头焊接扁圆形堵头，扁圆形堵头的圆心处外侧焊接传动轴24，扁圆形堵头上打通个圆孔25，在旋转圆管21近扁圆堵头23一侧增加了手动杆孔，与前述采集器相比，取土筒1不包括外套管14，内套管13与传动筒2连为一体，在内套管13的结构不变，传动筒2则只保留了旋转圆管21、扁圆堵头23、传动轴24、圆孔25，去掉了圆柱形钢栓，旋转圆管21变短，在旋转圆管21近扁圆堵头23一侧增加了手动杆孔，使用时，将手动杆5插入手动杆孔，两手握住手柄，也可以进行土样钻取。