本發(fā)明涉及土壤取樣技術領域，具體涉及一種電動式土壤取樣器及其取土管的拔取裝置。

背景技術：

土樣采集是野外科研工作者開展現狀調查和相關科研任務的一項基本工作，最常見的取樣器是鐵鍬和土鉆，均需要人工手動采樣。這種傳統(tǒng)人工采樣方法雖然簡單易操作，可以滿足對表層或淺層土樣的采集要求，但是其耗時耗力，一旦遇到土壤基質堅硬的礫石、結構緊實的黏土或需要采集深層土樣的情況，鐵鍬和土鉆往往不能精確地完成土壤采集需要。

如果用鐵鍬或土鉆取0cm～40cm深度的土樣，需將鐵鍬或鉆頭插入相應深度，然后取出，在這一操作過程中容易將不是設定深度的土壤混入樣本內，特別是取沙地土壤時，質地疏松的土樣容易從土鉆里滑落，導致取樣很難成功，即使用鐵鍬也很難保證土樣不流失，而且一旦出現混樣，還需要重復采樣，因此采用傳統(tǒng)方法進行土壤取樣不僅取樣精度不高，而且耗時耗力，從而影響試驗進度和結果。此外，如果取40cm～100cm或更深層的土樣，則需要手工挖一個可以讓取樣人員站在坑里面取樣的土壤剖面，此時會對周圍的植被造成很大破壞，也不利于當地環(huán)境保護。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，為解決采用鐵鍬和土鉆進行野外土壤取樣時，存在著耗時耗力、取樣精度不高、對取樣環(huán)境存在破壞性的技術問題，本發(fā)明通過外置蓄電池和自制取樣工具的組合，提供了一種勻速工作、不破壞土壤結構、樣本準確率高、能夠節(jié)省人力的電動式土壤取樣器，以克服傳統(tǒng)取樣器存在的上述缺點，減輕野外采樣的工作量，有效提高科研人員野外取樣的精度和效率。

為實現上述目的，本發(fā)明提供的一種電動式土壤取樣器，包括電機、傳動機構、驅動機構、取土管和缸體；所述電機的輸出端與傳動機構連接，所述傳動機構與驅動機構連接，所述驅動機構的底端與取土管的頂端固定在一起，并套設于缸體內；所述取土管為底端敞口的管狀結構，其側壁開設有供管內土壤取出的取樣孔，該取土管沿豎直方向設立于地表上方；所述的傳動機構通過電機驅動其轉動，并通過該傳動機構帶動驅動機構向地表運動，使得取土管受力后插入地表土壤。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的驅動機構包括：活塞、傳動軸和滑動支架；所述的傳動軸架設于滑動支架上，該傳動軸的中部向一側彎折成凸起，所述的活塞吊接于凸起的下方，該活塞的底端與取土管頂端固定，所述滑動支架的底端套設于缸體內，其側壁設有滑動支架齒條，所述的滑動支架齒條由若干個朝向上方設置的齒排列構成，該滑動支架齒條與缸體內壁設有的缸體內壁齒條嚙合。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的傳動機構包括：大傳動輪、傳動帶和小傳動輪；所述的小傳動輪套設于電機的輸出端上，所述的傳動帶纏繞于小傳動輪和大傳動輪之間，所述的大傳動輪套設于傳動軸上。

作為上述技術方案的進一步改進，所述滑動支架的一側固定有導向塊，所述的導向塊通過嵌入缸體上開設的缸體滑動槽內，為滑動支架在向缸體內運動過程中提供導向作用。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的活塞與取土管之間通過磁鐵產生的吸引力固定。

作為上述技術方案的進一步改進，所述小傳動輪的半徑為大傳動輪半徑的1/10，所述傳動軸的凸起高度為大傳動輪半徑的1/10。

作為上述技術方案的進一步改進，所述缸體的側壁上設有與其垂直設置的兩個壓板，所述的兩個壓板對稱固定于缸體的底端，通過對壓板向地表方向施壓，使得缸體固定于地表上。

作為上述技術方案的進一步改進，所述取土管在逐漸靠近其底端的口徑逐漸減小，且底端呈尖口狀。

基于上述電動式土壤取樣器，本發(fā)明還同時提供了一種電動式土壤取樣器中的取土管的拔取裝置，包括：撬杠把手、滑輪、撬杠短臂、撬杠長臂、壓塊和套扣；所述的滑輪固定于撬杠長臂與撬杠短臂之間，并構成折線形結構；所述的撬杠把手設置于撬杠長臂的頂端；所述的壓塊大致呈三角形，其兩個底角分別與撬杠短臂和套扣鉸接；所述的取土管套設于套扣與壓塊之間形成的空間內，通過對撬杠把手向下施加壓力，撬動撬杠短臂向上抬起，進而驅動壓塊的頂角旋轉后與取土管擠壓在一起，并通過水平推動撬杠把手，使得撬杠短臂隨滑輪向取土管移動，進而托動壓塊向上移動，以便將取土管從地表下拔出。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的壓塊與取土管之間的接觸表面設有軟腳墊。

本發(fā)明的一種電動式土壤取樣器及其取土管的拔取裝置優(yōu)點在于：

采用本發(fā)明的電動式土壤取樣器，無需人力進行挖土操作，且能夠在保證環(huán)境不被破壞的情況下，完成自動取土操作，減輕野外采樣的工作量，并有效地提高了科研人員野外取樣的精度和效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中的一種電動式土壤取樣器的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例中的一種拔取裝置的結構示意圖。

附圖標記

1、壓板 2、缸體 3、滑動支架

4、取土管 5、活塞 6、傳動軸

7、大傳動輪 8、傳動帶 9、小傳動輪

10、電機 11、電源開關 12、電瓶

13、拔取裝置 2A、缸體內壁齒條 2B、缸體滑動槽

2C、缸體截面 3A、滑動支架齒條 3B、導向塊

4A、取土管頂端 4B、取樣孔 13A、撬杠把手

13B、滑輪 13C、撬杠短臂 13D、壓塊

13E、套扣 13F、撬杠長臂

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種電動式土壤取樣器及其取土管的拔取裝置進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種電動式土壤取樣器，包括電機10、傳動機構(未圖示)、驅動機構(未圖示)、取土管4和缸體2；所述電機10的輸出端與傳動機構連接，所述傳動機構與驅動機構連接，所述驅動機構的底端與取土管4的頂端固定在一起，并套設于缸體2內；所述取土管4為底端敞口的管狀結構，其側壁開設有供管內土壤取出的取樣孔4B，該取土管4沿豎直方向設立于地表上方；所述的傳動機構通過電機10驅動其轉動，并通過該傳動機構帶動驅動機構向地表運動，使得取土管4受力后插入地表土壤。

基于上述結構的土壤取樣器，如圖1所示，在本實施例中，所述的傳動機構包括：大傳動輪7、傳動帶8和小傳動輪9；所述的小傳動輪9套設于電機10的輸出端上，所述的傳動帶8纏繞于小傳動輪9和大傳動輪7之間，所述的大傳動輪7套設于傳動軸6上；

所述的驅動機構包括：活塞5、傳動軸6和滑動支架3；所述的傳動軸6架設于滑動支架3上，該傳動軸6的中部向一側彎折成凸起，所述的活塞5吊接于凸起的下方，該活塞5的底端與取土管頂端4A固定，所述的活塞5與取土管4之間可通過磁鐵產生的吸引力固定。所述滑動支架3的底端套設于缸體2內，其側壁設有滑動支架齒條3A，所述的滑動支架齒條3A由若干個朝向上方設置的齒排列構成；另外，所述的缸體2從缸體截面2C的位置可以看出，該缸體2內壁上同樣設有與滑動支架齒條3A相配合的缸體內壁齒條2A，該滑動支架齒條3A與缸體內壁齒條2A相嚙合。

所述滑動支架3的一側固定有導向塊3B，所述的導向塊3B通過嵌入缸體2上開設的缸體滑動槽2B內，為滑動支架3在向缸體2內運動過程中提供導向作用，以防止滑動支架3水平擺動，并保證滑動支架3在向下運動較深時，電機10與傳動軸6也能落入缸體滑動槽2B內。

所述缸體2的側壁上設有與其垂直設置的兩個壓板1，所述的兩個壓板1對稱固定于缸體2的底端，通過對壓板1向地表方向施壓，使得缸體2固定于地表上。

所述取土管4在逐漸靠近其底端的口徑逐漸減小，且底端呈尖口狀。

另外，小傳動輪9的半徑是大傳動輪7的半徑的1/10長度，也就是說用1/10的力就能帶動大傳動輪7轉動。傳動軸6的凸起高度是大傳動輪7的半徑的1/10，即大傳動輪7用1/10的力就能帶動傳動軸6轉動。因此，小傳動輪9的力傳送到活塞5的時候變?yōu)?00倍的力。這樣當電機功率達到50w的時候，機器輸出總功率能達到5000w。因不同類型土壤的硬度存在差異，所以為適應多種土壤類型，本取樣器在設計時保留一定功率，以確保能夠在極端環(huán)境下可以繼續(xù)使用。

利用上述結構的電動式土壤取樣器進行地表土壤取樣的具體實施過程為：

首先，檢查取樣器符合工作條件后，將機器放在事先選好的樣地上，將整個機器按要求豎立，把貼附于缸體2兩側的壓板1從缸體2的側壁上放下來后各站立一人，施壓使機器保持穩(wěn)定。

然后，準備好一塊12V、230A/h電瓶12，利用電線將電瓶12與電源開關11、電機10連接在一起。電瓶12在本機器中的使用設計：一塊電瓶(120A/h)理論上能工作25小時，放電速度達到4.17A，相比于其他選用的電源，電瓶的工作效率最高。

之后開通電源開關11，給電機10通電。此時電機10驅動小傳動輪9開始向順時針轉動，而小傳動輪9的動力通過傳動帶8與大傳動輪7帶動傳動軸6轉動，使得傳動軸6上的凸起同樣按著順時針方向轉動。因傳動軸6的凸起安裝有活塞5，所以當傳動軸6轉動時使得凸起帶動活塞5做上下活塞運動，活塞5的向下運動推動取土管4做功，傳動軸6每轉一周時取土管4會向下做傳動軸6的凸起高度的兩倍長的功。當傳動軸6從最低點向上轉動時，因活塞5與取土管4接觸點的吸鐵石的吸力作用，使得活塞5與取土管4保持不動，且由于滑動支架齒條3A與缸體2內壁設有的缸體內壁齒條2A相嚙合，使得滑動支架3受缸體的作用無法向上運動，從而將導致滑動支架3被凸起向下拉動，所以滑動支架3同傳動軸6的轉動節(jié)奏只能始終保持向下移動，而不能向上移動。

當傳動軸6上的凸起從最低點向上轉動至最高點時，驅動滑動支架3向下做兩倍凸起高度的功，而當凸起從最高點向下轉動時，因壓板1、缸體2、滑動支架3都不會運動，從而使得凸起在向下轉動過程中，通過活塞5驅動取土管4向下同樣做兩倍凸起高度的功，進而使得取土管4的尖口插入地里具有兩倍凸起高度的深度，從而完成傳動軸6轉一周時機器的工作過程。

針對已埋入地表下的取土管，本發(fā)明還提供了一種拔取裝置。如圖2所示，該拔取裝置包括：撬杠把手13A、滑輪13B、撬杠短臂13C、撬杠長臂13F、壓塊13D和套扣13E；所述的滑輪13B固定于撬杠長臂13F與撬杠短臂13C之間，并構成折線形結構；所述的撬杠把手13A設置于撬杠長臂13F的頂端；所述的壓塊13D大致呈三角形，其兩個底角分別與撬杠短臂13C和套扣13E鉸接；所述的取土管4套設于套扣13E與壓塊13D之間形成的空間內，通過對撬杠把手13A向下施加壓力，撬動撬杠短臂13C向上抬起，進而驅動壓塊13D的頂角旋轉后與取土管4擠壓在一起，并通過水平推動撬杠把手13A，使得撬杠短臂13C隨滑輪13B向取土管4移動，進而托動壓塊13D向上移動，以便將取土管4從地表下拔出。

基于上述結構的拔取裝置，利用該拔取裝置取出取土管的具體操作過程為：

首先，將套扣13E套在取土管4上(此時取土管4已經插入土里狀態(tài))，由于壓塊13D是一個三角形狀塊結構，我們將壓塊13D的三個角分別標注為撬杠短臂13C連接角、套扣13E連接角、與取土管4接觸的扣角。另外，為保證扣角與取土管4能夠扣緊抓牢，在扣角與取土管4的接觸面上設計有軟膠墊。

當套扣13E套在取土管4的適當位置以后，用力向下按撬杠把手13A，此時壓塊13D與撬杠短臂13C的連接點與地面距離會變遠(因為撬杠短臂13C與取土管4之間形成的角度會變小)，因套扣13E不動，所以套扣13E與壓塊13D之間的連接點也不動，進而導致壓塊13D上的扣角緊靠取土管4的側壁并產生摩擦，使套扣13E與壓塊13D能夠緊緊扣住取土管4；

之后通過水平推動撬杠把手13A，使得撬杠短臂13C隨滑輪13B向取土管4移動，進而使壓塊13D向上撬動，此時壓塊13D通過自身被向上撬動力的作用繼續(xù)將取土管4向上拔起，每次拔起高度是撬杠短臂13C支起的高度。

在完成一次取土管的拔起操作后，將撬杠把手13A松開，使得壓塊13D與撬杠短臂13C連接處自動下垂，此時壓塊13D會松開取土管4，套扣13E與壓塊13D會自動向下滑落，再進行下一次拔起動作，并通過反復動作最終將取土管4拔出地面。

將取土管4取出后，需從取樣孔4B內取出樣本。在本實例中，所述的取土管4呈管狀結構，其里外做工要光滑，這樣能夠減少摩擦，該取土管4下端口處的口徑略小，這樣使得樣土能夠順利的在管內運動，避免產生擠壓變形等影響數據測量結果的現象。

最后，在所有樣本都取出后，把取土管4內部清理干凈后恢復機器的原樣，待下次使用。

通過實驗證明：本發(fā)明中的電機在穩(wěn)定工作時其轉速能夠達到10轉/秒，此時取土管4進入到1m土層深度平均只需要8.3分鐘。而利用拔取裝置取出取土管4的時間約5分鐘，從取土管4內取出樣本約5分鐘，因此，完成深度為1m的一次土壤取樣需要約20分鐘。如果采用傳統(tǒng)方法人工挖土壤剖面采集1m深土樣，至少需1個壯勞力連續(xù)手動挖土40分鐘，加上進入土坑采樣的時間15分鐘和土樣采集完畢對土坑進行填埋復原工作的15分鐘，共計1小時20分鐘，耗時是本發(fā)明的6倍。由此可知：采用本發(fā)明提供的電動式土壤取樣器，能夠大幅度提高土壤的取樣工作效率。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。