土壤采集装置的制作方法

本发明涉及取土设备技术领域，尤其涉及一种土壤采集装置。

背景技术：

采集土壤样品是研究土壤物理力学状况的基础，土壤样品的质量对最终的研究结果具有决定性影响。如果土壤样品的质量无法保障，即使之后采用的测试分析技术再先进也无法得出正确的研究结果。

目前，常用的取土装置主要为环刀和整体式原状取土器。其中，采用环刀取土时存在劳动强度大、取土效率低的问题；而整体式原状取土器不仅对配套设备的依赖性强、通用性差，而且取土时获得土壤样品质量差。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有取土装置通用性差、取土效率低、土壤样品质量差的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种土壤采集装置，该装置包括移动小车、取土器、升降驱动单元、旋转驱动单元和连接架；所述连接架的第一端与所述移动小车连接，第二端能够探出所述移动小车；所述连接架的第二端通过所述升降驱动单元与所述取土器转动连接，所述升降驱动单元用于驱动所述取土器上下移动；所述旋转驱动单元用于驱动所述取土器旋转。

其中，所述取土器包括管靴、取土管以及多个设置在所述取土管内的环刀；多个所述环刀沿所述取土管的轴向依次设置；所述取土管的第一端与所述升降驱动单元连接，第二端与所述管靴螺纹配合连接；所述管靴的内径小于所述环刀的内径。

其中，所述取土管的第一端的侧壁横向贯穿开设有有限位孔，所述限位孔内插设有限位杆，临近所述取土管第一端的所述环刀的顶面抵设于所述限位杆。

其中，所述移动小车包括车体、主动轮、从动轮、轮毂电机、电源和控制器；所述主动轮和所述从动轮分别设置在所述车体底部的两端，所述轮毂电机与所述主动轮连接，用于驱动所述主动轮转动；所述控制器分别与所述电源、所述升降驱动单元、所述旋转驱动单元和所述轮毂电机电连接。

其中，所述移动小车还包括长度可调节的支撑腿，所述支撑腿的一端与所述车体的后端连接，另一端向下延伸。

其中，所述车体上设有扶手架，所述扶手架上设有与所述控制器连接的转把，所述转把用于控制所述轮毂电机的启停和转速。

其中，所述升降驱动单元通过转接件与所述取土器连接，所述转接件包括顶板、底板以及固定在所述顶板与底板之间的轴承，所述顶板与所述底板通过螺栓连接；所述升降驱动单元与所述顶板连接，所述轴承通过传动轴与所述取土器连接。

其中，所述旋转驱动单元包括主动齿轮、从动齿轮以及设置在所述底板上的旋转电机；所述旋转电机的输出轴与所述主动齿轮连接，所述从动齿轮固定于所述传动轴并与所述主动齿轮啮合。

其中，所述连接架包括框架、第一连杆和第二连杆；所述第一连杆的第一端和所述第二连杆的第一端沿所述移动小车的前后方向依次与所述移动小车的侧壁铰接，所述第一连杆的第二端和所述第二连杆的第二端分别与所述框架的侧壁的两端铰接；所述升降驱动单元与所述框架的顶端的内壁连接，所述框架的底端开设有用于穿设所述取土器的取样孔。

其中，所述顶板与所述底板之间固定有导向筒，所述框架的底端设有延伸至所述顶板的导向柱，所述导向筒可滑动地套设在所述导向柱上。

其中，所述框架的底端的底面设有多个向外凸起的尖端。

本发明结构简单、操作便捷，取土时首先将移动小车推动至目标采集区域；然后，启动升降驱动单元和旋转驱动单元、以驱动取土器向下移动的同时快速旋转。接着，当取土器旋入土壤中指定深度后关闭旋转驱动单元，并通过升降驱动单元驱动取土器向上移动、直至取土器的底端露出地面一定高度。最后，将采集的土壤样品从取土器中取下即可。可见，本发明通过利用升降驱动单元和旋转驱动单元驱动取土器快速向下旋入目标采集区域采集土壤样品，并在采集完成后通过升降驱动单元快速从土壤中拔出取土器，就可显著降低工作人员的劳动强度、大幅提高取土效率和土壤样品的质量。另外，本发明应用范围广、通用性强，不仅可以在空间广阔的大田中进行取土作业，而且在温室、果园等较为狭小的空间也能进行取土作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例中一种土壤采集装置的轴侧示意图；

图2为本发明实施例中一种土壤采集装置的正视图；

图3为本发明实施例中取土器的结构示意图；

图4为本发明实施例中移动小车的结构示意图；

图5为本发明实施例中支撑腿的结构示意图；

图6为本发明实施例中转接头的结构示意图；

图7为本发明实施例中一种土壤采集装置的局部示意图。

附图标记：

1、移动小车；1-1、车体；1-2、主动轮；1-3、从动轮；

1-4、轮毂电机；1-5、电源；1-6-1、第一控制器；

1-6-2、第二控制器；2、取土器；2-1、管靴；2-2、取土管；

2-3、环刀；2-4、限位孔；3、升降驱动单元；4、旋转驱动单元；

4-1、主动齿轮；4-2、从动齿轮；4-3、旋转电机；5、支撑腿；

5-1、支腿油缸；5-2、支腿盘；6-1、扶手架；6-2、转把；

7-1、顶板；7-2、底板；7-3、轴承；7-4、传动轴；7-5、连接耳；

7-6、导向筒；8-1、框架；8-2、第一连杆；8-3、第二连杆；

8-4、尖端；8-5、导向柱。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”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发明和简化描述，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发明的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种土壤采集装置，该装置包括移动小车1、取土器2、升降驱动单元3、旋转驱动单元4和连接架；连接架的第一端与移动小车1连接，第二端能够探出移动小车1；连接架的第二端通过升降驱动单元3与取土器2转动连接，升降驱动单元3用于驱动取土器2上下移动；旋转驱动单元4用于驱动取土器2旋转。

取土时：首先将移动小车1推动至目标采集区域；然后，启动升降驱动单元3和旋转驱动单元4、以驱动取土器2向下移动的同时快速旋转。接着，当取土器2旋入土壤中指定深度后关闭旋转驱动单元4，并通过升降驱动单元3驱动取土器2向上移动、直至取土器2的底端露出地面一定高度。最后，将采集的土壤样品从取土器2中取下即可。

可见，该装置结构简单、操作便捷，通过利用升降驱动单元3和旋转驱动单元4驱动取土器2快速向下旋入目标采集区域采集土壤样品，并在采集完成后通过升降驱动单元3快速从土壤中拔出取土器2，就可降低工作人员的劳动强度、大幅提高取土效率和土壤样品的质量。另外，该装置应用范围广、通用性强，不仅可以在空间广阔的大田中进行取土作业，而且在温室、果园等较为狭小的空间也能进行取土作业。

优选地，如图3所示，取土器2包括管靴2-1、取土管2-2以及多个设置在取土管2-2内的环刀2-3；多个环刀2-3沿取土管2-2的轴向依次设置；取土管2-2的第一端与升降驱动单元3连接，第二端与管靴2-1螺纹配合连接；管靴2-1的内径小于环刀2-3的内径。由此，在升降驱动单元3和旋转驱动单元4驱动取土器2快速向下旋入目标采集区域的过程中，管靴2-1的底端会不断切入下方的土壤。当所有环刀2-3内均填满土壤时，升降驱动单元3就可驱动取土器2快速向上移动、直至管靴2-1的底端露出地面一定高度。由于管靴2-1的内径小于环刀2-3的内径，因此在管靴2-1的限制下环刀2-3不会在取土过程中掉落下来，而取土完成后工作人员将管靴2-1从取土管2-2上拧下后，环刀2-3则会带动填充在其内的土壤样品一同从取土管2-2从掉落下来。此时，工作人员再通过切土刀沿每个环刀2-3与相邻环刀2-3之间的缝隙将土壤样品切断，就可得到多个独立的带土环刀2-3，而每个环刀2-3都具有一定规格即每个环刀2-3的内径和高度都是已知的。当采用统一规格的环刀2-3时工作人员只需进行一次取土作业就可得到多个尺寸相同的标准样品，从而便能进一步降低工作人员的劳动强度、提高取土效率。

进一步地，考虑到取土器2插入目标采集区域取土时，进入取土筒的土壤可能会推动环刀2-3向上攒动，因此为了避免环刀2-3在取土过程中发生移动，取土管2-2的第一端的侧壁横向贯穿开设有有限位孔2-4，限位孔2-4内插设有限位杆，临近取土管2-2第一端的环刀2-3即位于取土管2-2最高处的环刀2-3的顶面抵设于限位杆。

优选地，如图4所示，移动小车1包括车体1-1、主动轮1-2、从动轮1-3、轮毂电机1-4、电源1-5和控制器；主动轮1-2和从动轮1-3分别设置在车体1-1底部的两端，轮毂电机1-4与主动轮1-2连接，用于驱动主动轮1-2转动；控制器分别与电源1-5、升降驱动单元3、旋转驱动单元4和轮毂电机1-4电连接。其中，从动轮1-3可为万向轮。进一步地，移动小车1还包括长度可调节的支撑腿5，支撑腿5的一端与车体1-1的后端连接，另一端向下延伸。如图5所示，支撑腿5包括支腿盘5-2以及与控制器电连接的支腿油缸5-1，支腿油缸5-1的一端与移动小车1连接、另一端与支腿盘5-2的盘面连接；支腿油缸5-1用于驱动支腿盘5-2上下移动。其中，支腿盘5-2的横截面形状可以但不限于是圆形、椭圆形或多边形。需要说明的是，支撑腿5除了可以由支腿油缸5-1和支腿盘5-2构成以外，还可以为伸缩杆。另外，为了便于控制移动小车1的启停和行驶速度，车体1-1上还设有扶手架6-1，扶手架6-1上设有与控制器连接的转把6-2，转把6-2用于控制轮毂电机1-4的启停和转速。当然，为了便于接线和维修，轮毂电机1-4与其他部件可分开控制，例如控制器包括设置在车体1-1内的第一控制器1-6-1和第二控制器1-6-2，电源1-5、升降驱动单元3、旋转驱动单元4均与第一控制器1-6-1电连接，轮毂电机1-4和转把6-2均与第二控制器1-6-2电连接。

取土时：首先启动移动小车1，具体地：当工作人员按下转把6-2的启停按钮并转动转把6-2时控制器就可接收送定速启动命令，进而便能控制轮毂电机1-4以预设的转速启动，主动轮1-2在轮毂电机1-4的驱动下就可按预设的转速带动从动轮1-3一起向前转动。接着，当移动小车1到达目标采集区域时工作人员再次按下转把6-2的启停按钮后就可通过控制器控制轮毂电机1-4暂停。然后，通过控制器启动支腿油缸5-1，直至支腿盘5-2在支腿油缸5-1的驱动下支撑在地面并使整个车体1-1保持水平。接下来，通过控制器启动升降驱动单元3和旋转驱动单元4、以驱动取土器2向下移动的同时快速旋转，直至取土器2旋入土壤中指定深度。紧接着，通过控制器关闭旋转驱动单元4，同时再通过升降驱动单元3驱动取土器2向上移动、直至取土器2的底端露出地面一定高度。最后，将采集的土壤样品从取土器2中取下即可。

更优选地，如图6和图7所示，升降驱动单元3通过转接件与取土器2连接，转接件包括顶板7-1、底板7-2以及固定在顶板7-1与底板7-2之间的轴承7-3，顶板7-1与底板7-2通过螺栓连接；升降驱动单元3与顶板7-1连接，轴承7-3通过传动轴7-4与取土器2连接，也就是说，传动轴7-4的一端与轴承7-3连接、另一端穿过底板7-2后与取土器2连接。为了便于安装拆卸，升降驱动单元3的两端均设有吊耳，连接架和顶板7-1上均设有用于与对应的吊耳铰接配合的连接耳7-5。由此安装升降驱动单元3时，可先将升降驱动单元3的其中一个吊耳铰接至连接架的连接耳上，然后再将升降驱动单元3的另一个吊耳铰接至顶板7-1的连接耳7-5上。其中，升降驱动单元3可以但不限于是升降油缸或升降气缸。

优选地，旋转驱动单元4包括主动齿轮4-1、从动齿轮4-2以及设置在底板7-2上的旋转电机4-3；旋转电机4-3的输出轴与主动齿轮4-1连接，从动齿轮4-2固定于传动轴7-4并与主动齿轮4-1啮合。由于主动齿轮4-1和从动齿轮4-2相互啮合，因此主动齿轮4-1和从动齿轮4-2为同步运动，当旋转电机4-3驱动主动齿轮4-1旋转时，从动齿轮4-2随之一起旋转，进而带动与传动轴7-4连接的取土器2同时旋转。

优选地，为了减小该装置非工作状态下的占地空间、便于存放，连接架包括框架8-1、第一连杆8-2和第二连杆8-3；第一连杆8-2的第一端和第二连杆8-3的第一端沿移动小车1的前后方向依次与移动小车1的侧壁铰接，第一连杆8-2的第二端和第二连杆8-3的第二端分别与框架8-1的侧壁的两端铰接，也就是说，第一连杆8-2的第二端临近框架8-1的顶端，第二连杆的第二端临近框架8-1的底端；升降驱动单元3与框架8-1的顶端的内壁连接，框架8-1的底端开设有用于穿设取土器2的取样孔。由此当不需要取土时，工作人员通过向上转动框架8-1使其翻转至移动小车1的顶部，就可将框架8-1叠放在移动小车1上，从而就可显著减小该装置的占地空间。当然，为了保证叠放后框架8-1与移动小车1的顶面保持平行，可使第一连杆8-2和第二连杆8-3的长度相同，即第一连杆8-2第一端与其第二端之间的距离与第二连杆8-3的第一端与第二端之间的距离相同。当需要取土时，工作人员通过向下转动框架8-1使其翻转至移动小车1的前端，就可将框架8-1垂直固定在地面上。框架8-1的底端的底面可设置多个向外凸起的尖端8-4、以便框架8-1的底端插入土壤中。另外，由于第一连杆8-2的第一端和第二连杆8-3的第一端沿移动小车1的前后方向依次与移动小车1的侧壁铰接，而第一连杆8-2的第二端和第二连杆8-3的第二端分别与框架8-1的侧壁的两端铰接，因此当框架8-1与地面垂直时第一连杆8-2和第二连杆8-3彼此不平行，从而第一连杆8-2和第二连杆8-3可相互约束彼此发生转动，进而就可避免取土过程中框架8-1发生晃动。

进一步地，顶板7-1与底板7-2之间固定有导向筒7-6，框架8-1的底端设有延伸至顶板7-1的导向柱8-5，导向筒7-6可滑动地套设在导向柱8-5上。这样设置的好处在于，当升降驱动单元3通过转接件驱动取土器2向上或向下移动时，导向筒7-6会沿导向柱8-5一起移动，在导向柱8-5的引导下取土器2就可顺利伸入或伸出取样孔，也就是说，取土器2在上下移动过程中可始终保持与取样孔同轴。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。