一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置

1.本发明涉及土壤分析技术领域，具体涉及一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置。


背景技术：

2.野外采集的土壤样品是利用遥感技术估算大区域尺度内土壤质量的重要基础数据。作为土壤质量监测的一个重要环节，土壤样品的采集是土壤元素含量化学测试的重要前提，尤其在进行田间试验时，土壤样品采集的方法是否规范，是试验点土壤有效养分含量化学分析结果是否精确的一个先决条件。采集土壤样品的关键是注意采样区域的土壤类型和作物类型都要有代表性，并需根据分析项目而应用不同的采样方法和工具。用于养分测试的普通土壤样品多于试验前、多点采集混合土壤样品，分别制备新鲜或风干土样，带回室内用于分析。特别注意测定完的试验点基础土样应长期保存，以便后续用于土壤光谱反射率及其他土壤理化性质的分析测定。
3.在土壤采样过程中，由于不同土壤类型和成土母质的土壤性质不同，其所需采样的深度也不相同，现有的装置往往只能对单一土地进行采样，不具备广泛性，同时现有的采样装置在回升取样管前，大多采取暴力拔取，这样极易造成其下端土壤样品的盈余或残缺，同时取样管下端没有承接物，当土地为松软土地时会在回升时垮塌造成大量流失，从而造成采样失败。
4.因此，有必要提供一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置以解决上述问题。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置，包括：
6.装置底板，其下表面固定装配有四组行进轮；
7.取样管选择组件，固定装配在所述装置底板上表面；
8.支撑架，固定装配在所述装置底板上表面右侧，其上方固定装配有扭矩式回复组件；
9.取样组件，放置在所述取样管选择组件与支撑架之间，且固定装配在装置底板上表面；
10.夹持器，固定装配在所述装置底板下表面，且其上夹持有钻进组件。
11.进一步，作为优选，所述取样管选择组件包括：
12.第一电机，固定装配在所述装置底板上表面，其输出轴上固定装配有转动架；
13.所述转动架上下两平面上均固定装配有四组固定块，且所述固定块两端转动装配有镜像设置的两组夹持爪，所述夹持爪内侧由液压杆连接，其外侧则固定夹持有取样管，其中一组所述夹持爪的夹持段开设有矩形槽，其内嵌装有松紧控制组件。
14.进一步，作为优选，所述取样管上下的端口处设置有螺纹接口，且四组取样管的长
度呈顺时针递增。
15.进一步，作为优选，所述松紧控制组件包括：
16.复位弹簧，放置在所述夹持爪矩形槽内，且固定装配在该槽左侧，其右侧滑动装配有滑动块，所述滑动块右侧固定装配有控制传感器，其中滑动块前侧平面重合于夹持爪夹持段的平面，且所述控制传感器与液压杆相连接，并控制其伸长或收缩。
17.进一步，作为优选，所述取样组件包括：
18.固定导轨，竖直固定装配在所述装置底板上表面，其上滑动装配有电动滑块，所述电动滑块左侧固定装配有第二电机，所述第二电机的输出轴上同轴固定装配有取样管固定盖。
19.进一步，作为优选，所述钻进组件包括：
20.钻进外壳，夹持装配在所述夹持器内侧，其上端开设有与螺纹接口配合的螺纹槽，下端则配置有锯齿状的破土齿；
21.所述钻进外壳上端设置有夹层，其内同轴装配有断样片。
22.进一步，作为优选，所述断样片上端相连，下端散开，且上端为刚性结构，下端为弹性结构，其上端开设有对称设置的两组螺纹孔，其内螺纹连接有转动丝杠，所述转动丝杠另一端同轴固定在第三电机的输出轴上，所述第三电机固定装配在断样片夹层上端。
23.进一步，作为优选，所述装置底板上开设有取样槽，且所述取样槽与取样管固定盖以及钻进外壳始终保持同轴。
24.进一步，作为优选，所述扭矩式回复组件包括：
25.转动座，固定装配在所述支撑架上端，其内侧同轴转动装配有转动杆，所述转动杆左侧同轴固定装配有转动齿轮，且所述转动齿轮右侧设置有不同心的固定杆；
26.扭转弹簧，放置在转动座与转动齿轮之间，且同轴装配在转动杆上，其右端固定在转动座上，另一端滑动放置在固定杆上。
27.进一步，作为优选，所述转动齿轮上啮合装配在有传动链，其一端固定装配在所述第二电机上端，另一端固定装配有辅助弹簧，所述辅助弹簧另一端固定装配在装置底板上。
28.与现有技术相比，本发明提供了一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置，具有以下有益效果：
29.本发明中，设置有取样管选择组件可以根据不同种植状态下的耕地，选择合适长度的取样管，进一步提高工作效率，同时取样管两端均设置有螺纹接口，使取样管与其他组件的配合更加紧密，防止在采样过程中，取样管与其他组件脱落，致使采样失败，且设置有钻进组件，其上配置有锯齿状的破土齿，可以更好的破开土壤，在取样管顺利下移的同时保持采样土壤最原始的状态，提高检测的准确性，防止暴力下移情况下因石块等因素造成的样本残缺，同时钻进组件内设置有断样片，可以将规定深度的土壤与其下侧的土壤平整分离，防止取样管在上升过程中暴力分离，造成其下端土壤样品的盈余或残缺，并且断样片可以起到一定的承接作用，防止松软土壤样品在回升时垮塌造成大量流失，另外设置有扭矩式回复组件，可以将取样管下降时的能量存储，并在取样管回升过程中释放，较大程度上节省能源，提高工作效率。
附图说明
30.图1为一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置结构示意图；
31.图2为一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置取样管选择组件结构示意图；
32.图3为一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置松紧控制组件结构示意图；
33.图4为一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置取样结构示意图；
34.图5为一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置钻进组件结构示意图；
35.图中：1、装置底板；2、行进轮；3、取样管选择组件；4、支撑架；5、扭矩式回复组件；6、取样组件；7、夹持器；8、钻进组件；9、取样槽；31、第一电机；32、转动架；33、固定块；34、夹持爪；35、液压杆；36、松紧控制组件；37、取样管；38、螺纹接口；361、复位弹簧；362、滑动块；363、控制传感器；51、转动座；52、转动杆；53、转动齿轮；54、扭转弹簧；55、固定杆；56、传动链；57、辅助弹簧；61、固定导轨；62、电动滑块；63、第二电机；64、取样管固定盖；81、钻进外壳；82、螺纹槽；83、破土齿；84、断样片；85、转动丝杠；86、第三电机。
具体实施方式
36.请参阅图1～5，本发明提供了一种扭矩驱动式土壤样品自动取样装置，包括：
37.装置底板1，其下表面固定装配有四组行进轮2；
38.取样管选择组件3，固定装配在所述装置底板1上表面；
39.支撑架4，固定装配在所述装置底板1上表面右侧，其上方固定装配有扭矩式回复组件5；
40.取样组件6，放置在所述取样管选择组件3与支撑架4之间，且固定装配在装置底板1上表面；
41.夹持器7，固定装配在所述装置底板1下表面，且其上夹持有钻进组件8；
42.作为较佳实施例，利用行进轮2将装置运行到需要采样的位置，本根据实际的采样需求转动装置取样管选择组件3，选择合适的取样管37，待其选管完毕后，启动取样组件6，待取样组件6与取样管37对接完成后，取样管选择组件3松开，取样组件6继续运行，待取样管37与钻进组件8对接后，夹持器7松开，取样组件6继续运行，直至运行至其极限位置，取样组件6锁死，并由钻进组件8完成样品的切断工作，待切断完成后，取样组件6打开，并在扭矩式回复组件5的驱动下回到初始位置，取下取样管37，完成该区域的土壤采样工作。
43.进一步，所述取样管选择组件3包括：
44.第一电机31，固定装配在所述装置底板1上表面，其输出轴上固定装配有转动架32；
45.所述转动架32上下两平面上均固定装配有四组固定块33，且所述固定块33两端转动装配有镜像设置的两组夹持爪34，所述夹持爪34内侧由液压杆35连接，其外侧则固定夹持有取样管37，其中一组所述夹持爪34的夹持段开设有矩形槽，其内嵌装有松紧控制组件36。
46.进一步，所述取样管37上下的端口处设置有螺纹接口38，且四组取样管37的长度呈顺时针递增；
47.作为较佳实施例，所述第一电机31为步进式电机，其每次旋转的角度为90
°
，且初始状态下最右侧取样管37与钻进组件8同轴，因为不同种植状态下的耕地，其土壤采集的深
度不同，四组不同长度的取样管37可以满足大多数的土壤采集要求，进一步提高工作效率，且所述取样管37两端均设置有螺纹接口38，使取样管37与取样组件6以及钻进组件8的配合更加紧密，防止在采样过程中，取样管37与其他组件脱落，致使采样失败。
48.进一步，所述松紧控制组件36包括：
49.复位弹簧361，放置在所述夹持爪34矩形槽内，且固定装配在该槽左侧，其右侧滑动装配有滑动块362，所述滑动块362右侧固定装配有控制传感器363，其中滑动块362前侧平面重合于夹持爪34夹持段的平面，且所述控制传感器363与液压杆35相连接，并控制其伸长或收缩；
50.作为较佳实施例，当指定取样管37运行到指定位置是，所述取样组件6会旋转与取样管37配合，此时所述液压杆35为伸长状态，取样管37固定，进而保证取样管37与取样组件6的顺利配合，待取样管37与取样组件6完美配合后，取样组件6会继续旋转，在其旋转下，会带动取样管37产生扭转，所述滑动块362在其扭转下会向左侧移动，压缩复位弹簧361的同时松开控制传感器363，当控制传感器363被松开后会控制液压杆35收缩，该侧的夹持爪34打开，取样管37随取样组件6继续运动，夹持爪34打开后，滑动块362脱离取样管37，失去其扭转力，在复位弹簧361的回弹下回到初始位置，控制传感器363被再次压紧，液压杆35停止收缩(当采样完成后需人工控制液压杆35重新复位并夹紧取样管37)。
51.进一步，所述取样组件6包括：
52.固定导轨61，竖直固定装配在所述装置底板1上表面，其上滑动装配有电动滑块62，所述电动滑块62左侧固定装配有第二电机63，所述第二电机63的输出轴上同轴固定装配有取样管固定盖64；
53.作为较佳实施例，所述取样管固定盖64内部开设有与螺纹接口38相啮合的内螺纹，且当电动滑块62运行至极限位置时，螺纹接口38顶端平面重合于采样土壤平面，电动滑块62运行至极限位置时，会暂时锁死，等待钻进组件8切断样品，同时防止扭矩式回复组件5拉回取样管37。
54.进一步，所述钻进组件8包括：
55.钻进外壳81，夹持装配在所述夹持器7内侧，其上端开设有与螺纹接口38配合的螺纹槽82，下端则配置有锯齿状的破土齿83；
56.所述钻进外壳81上端设置有夹层，其内同轴装配有断样片84。
57.进一步，所述断样片84上端相连，下端散开，且上端为刚性结构，下端为弹性结构，其上端开设有对称设置的两组螺纹孔，其内螺纹连接有转动丝杠85，所述转动丝杠85另一端同轴固定在第三电机86的输出轴上，所述第三电机86固定装配在断样片84夹层上端；
58.作为较佳实施例，所述破土齿83上的锯齿可以更好的破开土壤，在取样管37顺利下移的同时保持采样土壤最原始的状态，提高检测的准确性，防止暴力下移情况下因石块等因素造成的样本残缺，同时所述断样片84可以将规定深度的土壤与其下侧的土壤平整分离，防止取样管37在上升过程中暴力分离，造成其下端土壤样品的盈余或残缺，同时断样片84可以起到一定的承接作用，防止松软土壤样品在回升时垮塌造成大量流失，初始状态下，断样片84位于转动丝杠85的最上方，钻进外壳81内部完全打开，实施时，当取样组件6运行到极限位置后，第三电机86启动，在转动丝杠85的作用下，断样片84向下滑动，断样片84下方逐渐变形，由竖直方向变为水平方向，直至断样片84下方合拢为圆，切断土壤样品与其他
土壤的连接，第三电机86关闭。
59.进一步，所述装置底板1上开设有取样槽9，且所述取样槽9与取样管固定盖64以及钻进外壳81始终保持同轴。
60.进一步，所述扭矩式回复组件5包括：
61.转动座51，固定装配在所述支撑架4上端，其内侧同轴转动装配有转动杆52，所述转动杆52左侧同轴固定装配有转动齿轮53，且所述转动齿轮53右侧设置有不同心的固定杆55；
62.扭转弹簧54，放置在转动座51与转动齿轮53之间，且同轴装配在转动杆52上，其右端固定在转动座51上，另一端滑动放置在固定杆55上；
63.作为较佳实施例，扭转弹簧54属于螺旋弹簧。扭转弹簧54的端部被固定在转动座51上，当其他组件绕着扭转弹簧54中心旋转时，该弹簧将它们拉回初始位置，产生扭矩或旋转力，当取样组件6向下运动时，其上方固定的传动链56带动转动齿轮53顺时针旋转，在其上固定杆55的作用下，扭转弹簧54左端随之旋转，并被不断拉长，直至取样组件6运行至极限位置，当取样完成后，取样组件6的自锁打开，没有外力作用，扭转弹簧54积蓄的动量得以释放，所述扭转弹簧54回归初始状态，带动转动齿轮53逆时针转动，并在传动链56的作用下使取样管37回升，较大程度上节省能源，提高工作效率。
64.进一步，所述转动齿轮53上啮合装配在有传动链56，其一端固定装配在所述第二电机63上端，另一端固定装配有辅助弹簧57，所述辅助弹簧57另一端固定装配在装置底板1上，所述辅助弹簧57可以固定传动链56，防止其因外界因素产生脱离，同时在装置下移过程中积蓄能量，协助扭转弹簧54完成取样管37的回升工作。
65.具体实施时,包括以下步骤：利用行进轮2将装置运行到需要采样的位置，本根据实际的采样需求转动装置取样管选择组件3，选择合适的取样管37，待其选管完毕后，启动取样组件6，待取样组件6与取样管37对接完成后，取样管选择组件3松开，取样组件6继续运行，待取样管37与钻进组件8对接后，夹持器7松开，取样组件6继续运行，直至运行至其极限位置，取样组件6锁死，并由钻进组件8完成样品的切断工作，待切断完成后，取样组件6打开，并在扭矩式回复组件5的驱动下回到初始位置，取下取样管37，完成该区域的土壤采样工作。
66.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。