專利名稱：一種水氣驅動的土壤根系分離裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水氣驅動的土壤根系分離裝置，尤其是涉及一種多工位、高效、節水的水氣驅動土壤根系快速分離裝置。
背景技術：
植物的根系研究是土壤學、植物學、農學、作物栽培學及許多領域學科的基礎研究。根系作為植物的關鍵組成部分，與周圍環境進行物質與能量的交換，它吸收、傳輸、存儲水分與養分，具有著重要的生理功能。現代農業科學越來越重視對根系的研究，其研究結果可用于指導作物的栽培與管理，提高作物的產量與質量。從土壤中獲取完整、干凈的植物根系是根系研究工作中尤為重要的一個環節，科學實驗要求對大批量的土壤根系進行快速高效的清洗和分離處理，在保證根系生理活性的前提下完成對根系的系統化研究。目前把根系從土壤中分離出來的方法大致分為兩類第一類為人工手動分離法，主要用鑷子、尖刀及其它工具將根系從土壤中剔出，并用放大鏡挑選細根，然后再用水把根漂洗干凈。此種方法雖然有著較高的精確度，但費時又費力。第二類為輔助器具分離法，將帶土的根放在容器里采用不同的水壓直接沖洗，待土沖凈后再用鑷子去掉根中含的雜草、異物。此種洗根器具對勞動效率稍有提高，但大部分都功能單一，且仍然存在取根率低、耗水量大等問題。經對現有技術文獻檢索發現，中國實用新型專利“一種節水根系沖洗裝置”，申請號為94215029.5。該根系沖洗裝置包括上容器、下容器和底座。下容器與底座焊接成一體，上容器的底部卡放在下容器的上端，上容器與下容器之間設有排根管，上容器沿壁設有多個轉向噴頭、水控閥和進水管接頭，下容器中排根管的下面設有濾篩，各轉向噴頭噴出的水在容器里形成渦流使土與根自動攪拌，根被分離節流在濾篩上，水循環使用。但該裝置仍然存在以下缺點(I)根系處理效率低。在現代農業科學對根系進行系統化研究中，需要快速獲取根系的生物的生理生化特性，處理效率低下，容易造成根系脫水、生理活性下降等問題。(2) 土壤根系分離過程中，需要進行人工攪拌并手動摘取排根管的多段圓錐管，操作復雜、對操作經驗要求高、勞動強度大。
發明內容為解決現有根系沖洗作業勞動強度大、工作效率低、操作不便等技術問題，本發明提供一種水氣驅動的土壤根系分離裝置，是一種多工位、高效、節水的水氣驅動土壤根系快速分離裝置。一種水氣驅動的土壤根系分離裝置，包括根系沖洗工作平臺、循環供水系統、供氣系統、電路控制系統。根系沖洗工作平臺是完成沖洗根及取根的主要部分；循環供水系統的動力由水泵提供，向沖洗桶中注入水流并完成節水循環的功能；供氣系統由氣泵提供氣源，將高壓氣體在沖洗桶靠近底部沿切向充入沖洗桶中的水體，由氣流帶動沖洗桶中的水形成渦流，使根系和土壤在沖洗桶中自動攪拌，同時氣流形成的上浮氣泡，促使根系上浮與土壤分離；電路控制系統用于實現對水泵、氣泵與進氣電磁閥的開啟與關閉的控制。所述的根系沖洗工作平臺由四個結構及功能完全相同的沖洗工位及匯流板與出水口組成，是完成沖洗根及取根的主要部分。每個沖洗工位包括沖洗桶、排根管、沖洗桶支撐板、移動抽屜、濾篩、 濾篩架和濾篩架支撐板，四個沖洗工位同時工作；每個沖洗工位包括沖洗桶、排根管、沖洗桶支撐板、移動抽屜、濾篩、濾篩底圓桶狀的沖洗桶固接在沖洗桶支撐板上，沖洗桶支撐板構成沖洗桶的底部；沖洗桶底部中心位置開有一圓孔，排根管固接于該圓孔上，排根管的高度為沖洗桶高度的90% ;沖洗桶底部在排根管和沖洗桶內壁之間另開設有一窗口，窗口的一端位于近沖洗桶內壁處，另一端位于近排根管外緣處，使窗口兩端形成同向半圓形，窗口的另外兩條邊平行，且窗口下邊沿處設有卡槽，卡槽內有密封橡膠條；所述移動抽屜經沖洗桶支撐板側面的開口安裝在窗口下面的卡槽上，移動抽屜可在卡槽內移動，推入移動抽屜后可將沖洗桶支撐板上的窗口密封；濾篩架支撐板位于沖洗桶支撐板的下部，其上設有導軌，濾篩架上鋪設濾篩并放置于濾篩架支撐板上，沿導軌移動。四個濾篩架和四個移動抽屜依次對應四個沖洗桶，濾篩架和移動抽屜可向沖洗桶外側拉出；匯流板位于濾篩架支撐板的下部，排根管和窗口均與匯流板連通。根系沖洗及清洗沖洗桶中泥沙的水經匯流板的匯聚導向由出水口流入蓄水池，循環使用。所述的循環供水系統包括蓄水池、水泵、過濾網、進水管、出水管。所述的蓄水池盛放循環使用的水源，蓄水池底部沉淀的泥沙需要按時清理。所述的水泵是水循環的動力裝置，進水管一端安裝過濾網并放置在蓄水池中，進水管與出水管通過水泵連接，出水管另一端連接沖洗桶。所述的供氣系統由氣泵、進氣總管、進氣分管、進氣支管、進氣電磁閥、進氣接頭組成。所述氣泵是氣體供應的動力裝置，氣泵與進氣總管相接。所述氣源氣壓范圍推薦為
O.5^2MPa ;所述的進氣總管下分兩個進氣分管，每個進氣分管上安裝有進氣電磁閥，控制各進氣分路的開關，每個進氣分管又下接八個進氣支管。其中一條進氣分管下接的八個進氣支管與四個沖洗桶上逆時針噴氣的八個進氣接頭相接，則另一條進氣分管下接的八個進氣支管與四個沖洗桶上順時針噴氣的八個進氣接頭相接；進氣接頭安裝在沖洗桶的底部，進氣接頭沿沖洗桶底部圓周分布，每隔90°安裝一個進氣接頭，進氣接頭的軸向方向沿沖洗桶的切線方向布置，相對兩個進氣接頭開口的安裝方向一致，且與另外兩個相對進氣接頭的安裝方向相反，即其中相對兩進氣接頭的朝向為逆時針，另兩相對進氣接頭的朝向為順時針。所述的電路控制系統包括水泵開閉控制電路、氣泵開閉控制電路和進氣電磁閥開閉控制電路。其中水泵及氣泵的開閉分別采用普通船型開關，進氣電磁閥的開閉采用單聯三態船型開關。進氣電磁閥開關控制電路用于控制兩條進氣分管上兩個進氣電磁閥的聯動開閉，撥動開關到順時針進氣狀態時，一路進氣分管上的進氣電磁閥打開，另一進氣分管上的進氣電磁閥關閉，實現沖洗桶內水流順時針方向的旋轉。撥動開關到逆時針進氣狀態時，實現沖洗桶內水流逆時針方向的旋轉。撥動開關到中間狀態時，兩路進氣管同時關閉。所述根系沖洗裝置的工作過程為步驟I :取土樣。將采集來的帶根系的土樣分別裝入各沖洗桶中；步驟2 :沖洗根階段。首先啟動水泵和氣泵，向沖洗桶中注水，待沖洗桶中水的高度接近沖洗桶高度的80%時，關閉水泵。然后，打開順時針方向的進氣電磁閥開關，將高壓氣體注入沖洗桶中的水中，高速氣流推動水流形成順時針方向的渦流，交替改變進氣電磁閥開關狀態，形成正反交替旋轉的渦流，促使根系與土壤分離和根系上浮；步驟3 :排根階段。待根系與土分離完全時，開啟水泵，水再次注入沖洗桶中，當水面高度到達排根管開口后，高壓氣體帶動根系上浮，經排根管流到濾篩上，完成排根過程，關閉氣泵與水泵；步驟4 :取根階段。將濾篩架移出，取走濾篩上的根系；步驟5 :清洗泥沙階段。移出各移動抽屜，再次開啟水泵注水，將沖洗桶中的泥沙清理干凈后，關閉水泵。最后將移動抽屜及濾篩架復位。本發明一種水氣驅動的土壤根系分離裝置的有益效果是1)本發明結構簡單，可 有效分離土壤和根系，能實現四個工位同時工作，操作簡便，省時高效。2)本發明通過水氣混合驅動，使水的利用率提高。3)本發明使用氣體推動水流轉動，形成立體的、全方位的渦流，從而促使根系上浮與土分離。帶壓力的氣體按順時針與逆時針方向依次交替噴出，從而使渦流方向交替改變，水流逆轉的沖擊力不僅可以沖破體積較大的泥塊，而且噴出的氣體形成氣泡，有利于帶動根系上浮。使土壤和根系分離率高，根系完整度好。4)根系沖洗及水氣流的啟閉由電路控制系統控制，可根據分離效果人為決定分離工作時間，不僅提高了工作效率而且大大減輕了勞動強度。
圖I是本發明的整體布局圖。圖2是根系沖洗工作平臺的結構圖。圖3是沖洗桶的結構圖。圖中1.蓄水池2.過濾網3.進水管4.水泵5.出水管6.電路控制系統
7.氣泵8.進氣總管9.進氣分管10.進氣電磁閥11.進氣支管12.根系沖洗工作平臺13.進氣接頭14.沖洗桶15.匯流板16.濾篩架支撐板17.移動抽屜18.濾篩架19.濾篩20.排根管21.沖洗桶支撐板22.出水口 23.窗口 24.桶身
具體實施方式
圖I為根系沖洗裝置的整體布局圖。該裝置包括根系沖洗工作平臺(12)、循環供水系統、供氣系統、電路控制系統(6)。根系沖洗工作平臺(12)包括四個結構及功能完全相同的沖洗工位，是完成沖洗根及取根的主要部分，四個工位可同時工作；循環供水裝置的動力由水泵(4)提供，向沖洗桶(14)中注入水流并完成節水循環的功能。進水管(3)—端安裝過濾網(2)并放置在蓄水池(I)中，進水管(3)與出水管(5)通過水泵(4)連接，出水管
(5)另一端連接沖洗桶(14)。蓄水池(I)盛放循環使用的水源，蓄水池(I)底部沉淀的泥沙需要按時清理；供氣系統由氣泵(7)提供氣源，將高壓氣體在沖洗桶(14)靠近底部沿切向充入沖洗桶(14)中的水體，由氣流帶動沖洗桶(14)中的水形成渦流，使根系和土壤在沖洗桶(14)中自動攪拌，同時氣流形成的上浮氣泡，促使根系上浮與土壤分離。氣泵(7)與進氣總管(8)相接。進氣總管(8)下分兩個進氣分管(9)，每個分管(9)上安裝有進氣電磁閥
(10)，控制各分路的開關。每個進氣分管(9)又下接八個進氣支管(11)。其中一條進氣分管(9)下接的八個進氣支管(11)與四個沖洗桶(14)上逆時針噴氣的八個進氣接頭(13)相接，則另一條進氣分管(9)下接的八個進氣支管(11)與四個沖洗桶(14)上順時針噴氣的八個進氣接頭(13)相接；電路控制系統用于實現對水泵(4)、氣泵(7)與進氣電磁閥(10)的開啟與關閉的控制。圖2為根系沖洗工作平臺的結構圖。所述的根系沖洗工作平臺(12)由四個結構及功能完全相同的沖洗工位及匯流板(15)與出水口(22)組成，是完成沖洗根及取根的主要部分。每個沖洗工位包括沖洗桶(14)、排根管(20)、沖洗桶支撐板(21)、移動抽屜(17)、濾篩(19)、濾篩架(18)、濾篩架支撐板(16)，四個沖洗工位同時工作；無底圓桶狀的沖洗桶
(14)固接在沖洗桶支撐板(21)上，沖洗桶支撐板(21)上對應沖洗桶(14)中心位置開有一圓孔，排根管(20)垂直固接于該圓孔上，排根管(20)的高度為沖洗桶(14)高度的90% ;沖洗桶支撐板(21)上對應沖洗桶(14)底部位置開設有一窗口(23)，窗口(23)的一端位于沖洗桶(14)內緣，另一端位于排根管(20)外緣，兩端形狀為同向半圓形，且窗口(23)下邊沿處設有卡槽，卡槽內設有密封橡膠條。沖洗桶支撐板(21)側面設有開口，移動抽屜(17)經此開口安裝在窗口卡槽上，可在卡槽上移動，將移動抽屜(17)推入時可將沖洗桶支撐板(21) 上的窗口(23)密封。四個移動抽屜(17)依次對應四個沖洗桶(14);濾篩架支撐板(16)位于沖洗桶支撐板(21)的下部，其上設有導軌，濾篩架(18)上鋪設濾篩(19)并放置于濾篩架支撐板(16)上，沿導軌移動。四個濾篩架(18)依次對應四個沖洗桶(14)，可向沖洗桶的外側拉出；匯流板(15)位于濾篩架支撐板(16)的下部，排根管(20)和窗口(23)均將沖洗桶(14)與匯流板(15)相連通。根系沖洗及清洗沖洗桶中泥沙的水經匯流板(15)的匯聚導向由出水口(22)流入蓄水池(I),循環使用。圖3為沖洗桶的結構圖。沖洗桶由桶身(24)、進氣接頭(13)、窗口(23)、移動抽屜
(17)和排根管(20)組成。且窗口(23)下端邊沿開有卡槽，用來與移動抽屜(17)邊沿的卡環相配合。根系沖洗過程中移動抽屜(17)封閉窗口(23)，禁止沖洗桶(14)中的水流走。清理泥沙時，拉出移動抽屜(17)，將窗口與匯流板連通，向沖洗桶(14)中再次注入水流，水流帶著泥沙通過窗口(23)流入蓄水池(I);進氣接頭(13)安裝在沖洗桶(14)的底部，進氣接頭(13)沿沖洗桶底部圓周分布，每隔90°安裝一個進氣接頭(13)，進氣接頭的軸向方向沿沖洗桶的切線方向布置，相對兩個進氣接頭開口的安裝方向一致，且與另外兩個相對進氣接頭的安裝方向相反，即其中相對兩進氣接頭(13)開口的朝向為逆時針，另兩相對進氣接頭(13)開口的朝向為順時針。氣體由進氣接頭(13)噴出，推動水流轉動，從而形成立體的、全方位的渦流，使根與土在沖洗桶(14)中形成自動攪拌，水流不斷循環沖洗，根從土中分離出來。帶壓力的氣體按順時針與逆時針方向依次交替噴出，從而使渦流方向交替改變，水流逆轉的沖擊力不僅可以沖破體積較大的泥塊，而且噴出的氣體形成氣泡，有利于帶動根系上浮。
權利要求1.一種水氣驅動的土壤根系分離裝置，其特征在于包括根系沖洗工作平臺、循環供水系統、供氣系統和電路控制系統； 所述的根系沖洗工作平臺由四個結構及功能完全相同的沖洗工位及匯流板與出水口組成；每個沖洗工位包括沖洗桶、排根管、沖洗桶支撐板、移動抽屜、濾篩、濾篩架和濾篩架支撐板，四個沖洗工位同時工作；無底圓桶狀的沖洗桶固接在沖洗桶支撐板上，沖洗桶支撐板構成沖洗桶的底部；沖洗桶底部中心位置開有一圓孔，排根管垂直固接于該圓孔上，排根管的高度為沖洗桶高度的90% ;沖洗桶底部在排根管和沖洗桶內壁之間另開設有一窗口，窗口的一端位于近沖洗桶內壁處，另一端位于近排根管外緣處，使窗口兩端形成同向半圓形，窗口的另外兩條邊平行，且窗口下邊沿處設有卡槽，卡槽內有密封橡膠條；所述移動抽屜經沖洗桶支撐板側面的開口安裝在窗口下面的卡槽上，移動抽屜可在卡槽內移動，推入移動抽屜后可將沖洗桶支撐板上的窗口密封；濾篩架支撐板位于沖洗桶支撐板的下部，其上設有導軌，濾篩架上鋪設濾篩并放置于濾篩架支撐板上，沿導軌移動；四個濾篩架和四個移動抽屜依次對應四個沖洗桶，濾篩架和移動抽屜可向沖洗桶外側拉出；匯流板位于濾篩架支撐板的下部，排根管和窗口均與匯流板連通； 所述的循環供水系統包括蓄水池、水泵、過濾網、進水管和出水管；所述進水管一端安裝過濾網并放置在蓄水池中，進水管與出水管通過水泵連接，出水管另一端連接沖洗桶； 所述的供氣系統由氣泵、進氣總管、進氣分管、進氣支管、進氣電磁閥和進氣接頭組成；所述氣泵與進氣總管相接；所述氣泵氣壓范圍為O. 5^2MPa ;所述進氣總管下分兩個進氣分管，每個進氣分管上安裝有進氣電磁閥；每個進氣分管又下接八個進氣支管；其中一條進氣分管下接的八個進氣支管與四個沖洗桶上逆時針噴氣的八個進氣接頭相接，另一條進氣分管下接的八個進氣支管與四個沖洗桶上順時針噴氣的八個進氣接頭相接；進氣接頭安裝在沖洗桶的底部，進氣接頭沿沖洗桶底部圓周分布，每隔90°安裝一個進氣接頭，進氣接頭的軸向方向沿沖洗桶的切線方向布置；相對兩個進氣接頭的安裝方向一致，且與另外兩個相對進氣接頭的安裝方向相反，即相對兩進氣接頭朝向為逆時針，另兩個相對的進氣接頭朝向為順時針； 所述的電路控制系統包括水泵開閉控制電路、氣泵開閉控制電路和進氣電磁閥開閉控制電路；其中水泵及氣泵的開閉分別采用普通船型開關，進氣電磁閥的開閉采用單聯三態船型開關；進氣電磁閥開關控制電路用于控制兩條進氣分管上兩個進氣電磁閥的聯動開閉，撥動開關到順時針進氣狀態時，一路進氣分管上的進氣電磁閥打開，另一進氣分管上的進氣電磁閥關閉，實現沖洗桶內水流順時針方向的旋轉；撥動開關到逆時針進氣狀態時，實現沖洗桶內水流逆時針方向的旋轉；撥動開關到中間狀態時，兩路進氣管同時關閉。
專利摘要本實用新型涉及一種水氣驅動的土壤根系分離裝置，該裝置包括根系沖洗工作平臺、循環供水系統、供氣系統和電路控制系統；根系沖洗工作平臺是完成沖洗根及取根的主要部分；循環供水系統的動力由水泵提供，向沖洗桶中注入水流并完成節水循環的功能；供氣系統由氣泵提供氣源，將高壓氣體在沖洗桶靠近底部沿切向充入沖洗桶中的水體，由氣流帶動沖洗桶中的水形成渦流，使根系和土壤在沖洗桶中自動攪拌，同時氣流形成的上浮氣泡，促使根系上浮與土壤分離；電路控制系統用于實現對水泵、氣泵與進氣電磁閥的開啟與關閉的控制。本實用新型結構簡單、樣式新穎。根系的沖洗及設備的開啟和關閉由電路控制系統控制，操作簡便，適用范圍廣。可批量處理根系且根的洗凈率高，損失率低。不僅提高了工作效率而且大大減輕了勞動強度。
文檔編號B08B3/02GK202762673SQ20122048328
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者苑進, 劉鵬, 武軍 申請人:山東農業大學