1.本实用新型涉及环境污染调查技术领域，具体为一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器。
背景技术：
2.近年来，我国在社会经济的发展取得了令人瞩目的成绩。然而工农业、矿业、交通运输业等行业的蓬勃发展却加剧了人类与环境之间的矛盾。不合理生产开发活动引起伴生污染物，逐渐地汇入附近的土壤环境中，造成土壤的环境质量逐步下降和重金属超标，形成不容忽视的土壤污染环境问题，威胁着当地生态系统平衡和人类健康安全。
3.土壤污染调查是解决环境问题的第一个重要环节。土壤调查结果的准确性则取决于采集土壤样品的代表性。为此，一般进行“梅花复合式”采样，即在一个样点坐标中心和四周采集多个样品，混合成一个土壤样品。这样采集的好处是，混合成土壤样品可以作为该采样坐标区域的典型样品，具有典型代表性。对于表层（0~20 cm）土壤，该方式没有采集难度。但是，一旦必须收集深部土壤时，该方式就明显不适宜。
4.目前，深部土壤样品的采集多采用的钻探技术。一方面钻探技术的成本较高；另一方面，该技术不适宜于挥发性、半挥发性有机污染的土壤的采集，由于钻挖过程会带来土壤的扰动，挥发性、半挥发性有机污染物会挥发至空气中，造成土壤中污染物含量降低，致使采集的土壤样品失真、无法代表原位土壤。因此，针对挥发性、半挥发性有机污染的深层土壤，亟需开发新型的原位采集技术，为此，本领域的技术人员提出了一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器。
技术实现要素：
5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器，能够在第一现场快速、及时、准确地得到深层的原位土壤样品，同时也避免了有机污染物的挥发效应。
6.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器，包括履带车，在所述履带车的上方安装有用于驱动钻杆竖直向土层中钻入的竖向下钻支撑驱动单元，在所述钻杆的底端和内部共同安装有用于分散式取样并对所取样土壤进行冷冻防止有机污染物挥发的水平取样冷冻驱动单元，所述水平取样冷冻驱动单元的底端安装有用于钻土的钻头；
7.所述水平取样冷冻驱动单元包括从上至下依次安装在所述钻杆内部的第一安装架、第二安装架，通过法兰盘将钻筒固定连接在所述水平取样冷冻驱动单元和钻头之间，所述第一安装架的上方安装有液氮储罐，所述第二安装架上方的中部安装有液氮输送泵，所述液氮输送泵的输入端通过液氮输送管与所述液氮储罐的输出端串接在一起，且第二安装架下方的中部安装有伸缩端向下的下推驱动液压缸，在所述钻筒的内部底端安装有横向采样单元，所述第二安装架的上方且位于液氮输送泵的外侧安装有液氮分流机构；
8.所述横向采样单元包括固定安装于所述钻筒内部底端的承载基座，所述承载基座的顶端连接有若干成圆周分布的限位柱，且承载基座的周向侧设置有若干转向过渡弧面，若干所述限位柱的内部共同设置有与所述下推驱动液压缸伸缩端固定连接的下推联动板，相邻的两个所述限位柱之间预留有用于所述下推联动板竖向滑动的下推滑动腔，每个所述限位柱和转向过渡弧面均共同对应一组水平外延采样机构，所述钻筒的周向侧开设有若干用于所述水平外延采样机构向外水平伸出的水平延伸孔；
9.每组所述水平外延采样机构均是由若干个采样留置筒共同形成，且若干个采样留置筒的相邻端面均铰接在一起，每个所述采样留置筒的侧壁均固定有管卡，若干个所述管卡的内部共同穿插设置有一根液氮输送柔性管，每两个所述采样留置筒之间且与铰接处相对立的一侧均设置有液氮喷入口，在所述液氮输送柔性管的侧壁且对应每个所述液氮喷入口的位置均连接有液氮喷头，位于最底部的所述采样留置筒的端部铰接有用于切割土壤的土壤旋切机构。
10.作为本实用新型进一步的技术方案，位于最顶部的所述采样留置筒的侧壁与所述下推联动板的端部固定连接。
11.作为本实用新型进一步的技术方案，所述液氮分流机构包括安装在所述第二安装架上方边缘的分流盒，所述分流盒的顶端通过环形盖板进行密封，所述环形盖板上设置一个与所述液氮输送泵输出端相串接的液氮泵接头,所述分流盒的底端连通串接有若干根弹簧管，每根所述弹簧管与相对应位置的所述液氮输送柔性管串接在一起。
12.作为本实用新型进一步的技术方案，所述土壤旋切机构包括与最底部的所述采样留置筒铰接在一起的衔接筒，在所述衔接筒的顶部开设有电机安装槽，在所述电机安装槽的内部安装有旋切驱动电机，所述旋切驱动电机的驱动端安装有主动齿轮。
13.作为本实用新型进一步的技术方案，所述衔接筒的端部开设有刀具安装槽，所述刀具安装槽的内部转动连接有旋切刀具，所述旋切刀具朝向所述刀具安装槽的端面连接有齿圈安装环，在所述齿圈安装环的外部固定套接有与所述主动齿轮相啮合的从动外齿圈，所述旋切刀具与所述衔接筒相连通。
14.作为本实用新型进一步的技术方案，所述竖向下钻支撑驱动单元包括设置于所述履带车上的履带车承载平台，在所述履带车承载平台上方的两侧分别对应安装有承载横梁和开设有限位滑槽，所述限位滑槽的内部滑动设置有滑座，所述承载横梁的侧壁安装有翻转驱动液压缸，所述翻转驱动液压缸的伸缩端与所述滑座固定连接。
15.作为本实用新型进一步的技术方案，所述承载横梁的上方铰接设置有定承载框架，所述定承载框架的内部滑动设置有动承载框架，所述定承载框架与动承载框架之间通过设置的若干组导向轮组进行限位和导向，所述承载横梁的上方且位于定承载框架的两侧铰接设置有两组下钻驱动液压缸，两组所述下钻驱动液压缸的伸缩端共同连接在所述动承载框架的顶部，所述滑座与所述定承载框架共同铰接设置有支撑摆臂。
16.作为本实用新型进一步的技术方案，所述动承载框架的顶部前侧安装有电机安装座，在所述电机安装座的内部安装有驱动电机，所述驱动电机的驱动端通过联轴器与所述钻杆的顶端固定连接，所述钻杆设置有若干段，若干段所述钻杆之间均通过法兰进行固定。
17.有益效果
18.本实用新型提供了一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器。与现有技术相比
具备以下有益效果：
19.该具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器，通过分别设置有竖直向下钻入土层的钻杆、钻头以及用于竖向下钻的驱动单元，同时在钻杆上还搭载设置了用于水平横向外延采集深层土层四周土壤样本的结构，实现了一次竖向下钻，同时采集周围多个点位的土壤样本，无需利用大型钻探设备进行多次下钻获得多点土壤样本，另外，在采集四周多点位样本的同时，还配备有液氮冷冻系统，能够对土壤中完全挥发或半挥发性的有机污染物进行冷冻保存，提高土壤样本采集的有效性。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型水平取样冷冻驱动单元的结构示意图；
22.图3为本实用新型横向采样单元的分解结构示意图；
23.图4为本实用新型水平外延采样机构的结构示意图；
24.图5为本实用新型水平外延采样机构的剖视图；
25.图6为本实用新型液氮分流机构的结构示意图；
26.图7为本实用新型土壤旋切机构的分解结构示意图；
27.图8为本实用新型土壤旋切机构的装配结构示意图；
28.图9为本实用新型土壤旋切机构的剖视图；
29.图10为本实用新型竖向下钻支撑驱动单元的结构示意图；
30.图11为本实用新型钻杆内部结构的剖视图；
31.图12为本实用新型图11中水平外延采样机构从钻杆中推出后的剖视图；
32.图13为本实用新型图11中水平外延采样机构从钻杆中推出后的立体图。
33.图中：1、履带车；2、竖向下钻支撑驱动单元；21、履带车承载平台；22、限位滑槽；23、承载横梁；24、滑座；25、翻转驱动液压缸；26、定承载框架；27、动承载框架；28、导向轮组；29、下钻驱动液压缸；210、支撑摆臂；211、电机安装座；212、联轴器；213、驱动电机；3、钻杆；4、水平取样冷冻驱动单元；41、第一安装架；42、第二安装架；43、钻筒；431、水平延伸孔；44、液氮储罐；45、液氮输送泵；46、下推驱动液压缸；47、横向采样单元；471、水平外延采样机构；4711、采样留置筒；4712、管卡；4713、液氮输送柔性管；4714、液氮喷入口；4715、液氮喷头；4716、土壤旋切机构；4716-1、衔接筒；4716-2、电机安装槽；4716-3、旋切驱动电机；4716-4、主动齿轮；4716-5、刀具安装槽；4716-6、旋切刀具；4716-7、齿圈安装环；4716-8、从动外齿圈；472、限位柱；473、转向过渡弧面；474、下推滑动腔；475、下推联动板；476、承载基座；48、液氮输送管；49、液氮分流机构；491、分流盒；492、环形盖板；493、液氮泵接头；494、弹簧管；5、钻头。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
35.请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种具有冷冻功能的深层土壤分散式采集器，包括履带车1，在履带车1的上方安装有用于驱动钻杆3竖直向土层中钻入的竖向下钻支撑驱动单元2，钻杆3设置有若干段，若干段钻杆3之间均通过法兰进行固定，在钻杆3的底端和内部共同安装有用于分散式取样并对所取样土壤进行冷冻防止有机污染物挥发的水平取样冷冻驱动单元4，水平取样冷冻驱动单元4的底端安装有用于钻土的钻头5。
36.请参阅图2，水平取样冷冻驱动单元4包括从上至下依次安装在钻杆3内部的第一安装架41、第二安装架42，通过法兰盘将钻筒43固定连接在水平取样冷冻驱动单元4和钻头5之间，第一安装架41的上方安装有液氮储罐44，第二安装架42上方的中部安装有液氮输送泵45，液氮输送泵45的输入端通过液氮输送管48与液氮储罐44的输出端串接在一起，且第二安装架42下方的中部安装有伸缩端向下的下推驱动液压缸46，在钻筒43的内部底端安装有横向采样单元47，第二安装架42的上方且位于液氮输送泵45的外侧安装有液氮分流机构49。
37.请参阅图3，横向采样单元47包括固定安装于钻筒43内部底端的承载基座476，承载基座476的顶端连接有若干成圆周分布的限位柱472，且承载基座476的周向侧设置有若干转向过渡弧面473，若干限位柱472的内部共同设置有与下推驱动液压缸46伸缩端固定连接的下推联动板475，相邻的两个限位柱472之间预留有用于下推联动板475竖向滑动的下推滑动腔474，每个限位柱472和转向过渡弧面473均共同对应一组水平外延采样机构471，钻筒43的周向侧开设有若干用于水平外延采样机构471向外水平伸出的水平延伸孔431。
38.请参阅图4-5，每组水平外延采样机构471均是由若干个采样留置筒4711共同形成，且若干个采样留置筒4711的相邻端面均铰接在一起，每个采样留置筒4711的侧壁均固定有管卡4712，若干个管卡4712的内部共同穿插设置有一根液氮输送柔性管4713，每两个采样留置筒4711之间且与铰接处相对立的一侧均设置有液氮喷入口4714，在液氮输送柔性管4713的侧壁且对应每个液氮喷入口4714的位置均连接有液氮喷头4715，位于最顶部的采样留置筒4711的侧壁与下推联动板475的端部固定连接，位于最底部的采样留置筒4711的端部铰接有用于切割土壤的土壤旋切机构4716。
39.请参阅图6，液氮分流机构49包括安装在第二安装架42上方边缘的分流盒491，分流盒491的顶端通过环形盖板492进行密封，环形盖板492上设置一个与液氮输送泵45输出端相串接的液氮泵接头493,分流盒491的底端连通串接有若干根弹簧管494，每根弹簧管494与相对应位置的液氮输送柔性管4713串接在一起，弹簧管494的设置是为了便于每组水平外延采样机构471在外延时，距离增大，液氮输送的可行性，而液氮输送柔性管4713是为了便于整个水平外延采样机构471在由竖向转变为横向时，液氮依然能够进行输送。
40.请参阅图7-9，土壤旋切机构4716包括与最底部的采样留置筒4711铰接在一起的衔接筒4716-1，在衔接筒4716-1的顶部开设有电机安装槽4716-2，在电机安装槽4716-2的内部安装有旋切驱动电机4716-3，旋切驱动电机4716-3的驱动端安装有主动齿轮4716-4，衔接筒4716-1的端部开设有刀具安装槽4716-5，刀具安装槽4716-5的内部转动连接有旋切刀具4716-6，旋切刀具4716-6朝向刀具安装槽4716-5的端面连接有齿圈安装环4716-7，在齿圈安装环4716-7的外部固定套接有与主动齿轮4716-4相啮合的从动外齿圈4716-8，旋切刀具4716-6与衔接筒4716-1相连通，电机安装槽4716-2且对应主动齿轮4716-4和从动外齿圈4716-8相啮合的部位设置有密封结构，密封结构可以是防护罩、耐磨布料中的一种，防止
在采样过程中，土壤掉落在相啮合的部位，进而导致增大传动摩擦，影响传动效率的问题。
41.请参阅图10，竖向下钻支撑驱动单元2包括设置于履带车1上的履带车承载平台21，在履带车承载平台21上方的两侧分别对应安装有承载横梁23和开设有限位滑槽22，限位滑槽22的内部滑动设置有滑座24，承载横梁23的侧壁安装有翻转驱动液压缸25，翻转驱动液压缸25的伸缩端与滑座24固定连接，承载横梁23的上方铰接设置有定承载框架26，定承载框架26的内部滑动设置有动承载框架27，定承载框架26与动承载框架27之间通过设置的若干组导向轮组28进行限位和导向，承载横梁23的上方且位于定承载框架26的两侧铰接设置有两组下钻驱动液压缸29，两组下钻驱动液压缸29的伸缩端共同连接在动承载框架27的顶部，滑座24与定承载框架26共同铰接设置有支撑摆臂210，动承载框架27的顶部前侧安装有电机安装座211，在电机安装座211的内部安装有驱动电机213，驱动电机213的驱动端通过联轴器212与钻杆3的顶端固定连接，以便于通过驱动电机213来带动钻杆3旋转钻入土层。
42.另外，在本实施例中，需要说明的是，由于考虑到整个设备在水平向外延伸时需要电能支持，且在钻入过程中不便于连接外部导线进行供电，因此在钻杆3的内部还设置有电源（图中未示出），该电源主要为液氮输送泵45、下推驱动液压缸46以及旋切驱动电机4716-3提供电能需求，如何对液氮输送泵45、下推驱动液压缸46以及旋切驱动电机4716-3的状态进行控制，为现有的公知技术，此处不再详述。
43.使用时，首先，启动驱动电机213，通过联轴器212带动钻杆3、水平取样冷冻驱动单元4以及钻头5整体进行旋转，在旋转的同时，控制下钻驱动液压缸29缩短，从而实现将钻杆3配合钻头5钻入到土层中；
44.当下钻到一定深度后，关闭驱动电机213，停止下钻，随后，同时让下推驱动液压缸46、旋切驱动电机4716-3以及液氮输送泵45正常工作，下推驱动液压缸46推动下推联动板475在下推滑动腔474中向下移动，由于下推联动板475与最顶部的采样留置筒4711为固定连接，因此会推动所有的最顶部的采样留置筒4711同步下移，且每个采样留置筒4711之间均为铰接，并配合转向过渡弧面473，使得原本为竖直状态的每个采样留置筒4711，在途经转向过渡弧面473之后，从水平延伸孔431出来时，均为水平状态；
45.在采样留置筒4711整体移动过程中，旋切驱动电机4716-3通过主动齿轮4716-4，带动从动外齿圈4716-8旋转，进而带动旋切刀具4716-6高速旋转，对土层进行切割，实现了一边切割，一边推进采集土壤的目的；
46.在水平向四周分散采集土壤样本的过程中，液氮输送泵45通过液氮输送管48将液氮储罐44内部的液氮抽出，并通过液氮泵接头493输送给分流盒491，分流盒491再将液氮分别输送至每根弹簧管494，每根弹簧管494将液氮输送给对应的液氮输送柔性管4713，并最终通过液氮喷头4715和液氮喷入口4714，喷向位于采样留置筒4711中的土壤样本，对土壤样本进行冷冻，防止土壤中完全挥发或半挥发性的有机污染物的挥发，确保取样的有效性；
47.当每组水平外延采样机构471均采集有土壤后，下推驱动液压缸46收缩，同理操作，带回每个采样留置筒4711中采集的土壤，水平外延采样机构471恢复初始位置后，下钻驱动液压缸29伸长，从土层中拔出钻杆3，拔出后，工作人员卸下钻筒43和钻头5的法兰，将采样留置筒4711中采集的土壤取出即可；
48.当土壤采样工作完成后，需要对整个设备进行折叠，首先，控制翻转驱动液压缸25
伸长，推动滑座24在限位滑槽22中朝着履带车1的尾部移动，在移动过程中，支撑摆臂210逆时针旋转，对定承载框架26产生拉力，促使定承载框架26顺时针旋转，直至到位，到位后，控制下钻驱动液压缸29缩短，在导向轮组28的作用下，动承载框架27移动至定承载框架26中，即可。