直压式汽油机取土器的研制

取土器是采集土壤样品的一个重要工具，广泛应用于农业、地质、环保等领域，特别是原状土壤的获得，直接关系到检测结果的准确性。取土器按动力来源可分为手动取土器和机动取土器两大类[1]。手动取土器依靠人力，通过旋转或直压方式将取土杆压入土壤，取土效率非常低，速度很慢，特别是当取土深度较深或取土数量大时，就较难完成。目前，市场上使用较多的旋转式机动取土器存在的缺点是当取土杆直径较小时，土壤非常容易堵塞，取土效率低。贾书刚等[2]研制了新型直压式手动原状土取土钻，可获得能满足剖面观察，物理化学分析的剖面原状土样，但这种取土器适用于偏软土地，不适合旱地或其他较硬的土地。杨帆[3]设计了大直径机动旋转式取土器，但是这种取土器需要的动力大，不便携，并且旋转式取土对土壤的扰动较大。周雪青等[4]设计了分段式原状取土器，通过在取土筒内放入多把环刀，取土筒入土可以取出多个土壤样品试样，大大提高了取土效率并且保持了土壤的原状性。但是这种取土器需要的动力较大，并且还需要一个独立的螺旋推出土壤机构，整个取土器设备较大，不具备便携性。因此，研制出一种适合农业等领域使用的快速、便于携带、操作简单的取土器，是十分必要和迫切的。

1 直压式汽油机取土器的组成与工作原理

1.1 直压式汽油机取土器的组成

根据土壤的力学特点，在借鉴前人对取土机械研究的基础上[5-6]，设计了以汽油机为动力的取土器，采用直压锤击的方式使取土杆进入土壤内部来获取土样。直压式汽油机取土器主要由取土杆和动力头两部分组成，其中动力头又由汽油机，传动系统，气缸等组成，其主体组成如图1所示。

  

1.取土杆；2.汽油机；3.手柄；4.传动箱体；5.气缸。 1.Soil sampler rod；2.Gasoline；3.Handle；4.Driving box body；5.Cylinder.

 

图1 取土器的结构Fig.1 The structure of soil sampler

1.2 直压式汽油机取土器的工作原理

工作时，将取土杆置于要取土壤的地面上，再把动力头置于取土杆的冲击座上。启动汽油机，汽油机燃油做功，动力传动经齿轮变速，将力传递到曲轴滑块，滑块在密闭气缸中做往复运动，滑块同步带动撞锤往复运动。撞锤周期性地锤击取土杆，取土杆在高频的冲击作用下被压入土壤，带动持土筒一并下行，从而使原状土壤被压入持土筒中，获得土样样品。如果需要采集深层土样时，可以重复操作，分层分次获得所需深度的土样样品。在进入预定土层后，关闭机器，在撬杠作用下拔出取土杆，最后利用齿轮齿条机构推出土样样品。

《早操有感》（刘晓云）：月明星亮意未尽，暂做灯塔照前行。匀步稳随口令出，转处自有圈线警。惟念小段低洼处，惧身一颤乱队形。千沟万壑难阻遏，心志坚定目标明。

2 主要零部件的设计与参数确定

2.1 取土部分的结构与主要参数

取土杆主要有冲击座，传力杆，撬杠环，持土筒，推出齿轮，推出齿条，推土板，锁紧螺钉等组成，其实体结构如图2示。

  

1.冲击座；2.传力杆；3.撬杠环；4.持土筒；5.推出齿轮；6.推出齿条；7.推土板；8.锁紧螺钉。 1.Impact seat；2.Dowel bar；3.Crowbar ring ；4.Soil holding cylinder；5.Ejecting gear； 6.Ejecting rack；7.Bulldozing plate；8.Lock screw.

 

图2 取土部分的结构组成Fig.2 Part of the soil collection structure composition

2)通过试验的不断改进，取土器工作稳定，性能可靠，可以保证整机不损坏的条件下连续集中取样，取土效率是同类型手动取土器的2倍以上。

  

图3 持土筒的剖面图Fig.3 Profile diagram of soil holding tube

 

表1 50 mm持土筒的主要参数Table 1 Main parameter of 50 mm soil holding tube

  

项目Item符号Code数值Value持土筒外径/mmDiameterofsoilholdingcylinderd50持土筒厚度/mmThicknessofsoilholdingcylinderδ3持土筒长度/mmLengthofsoilholdingcylinderh25刃口角度/(°)Cuttingedgeangleφ10

2.1.2 推出机构的结构与参数 推出机构的作用主要是通过齿轮轴和齿条将持土筒内的土样推出来，其结构如图2所示。推出机构由齿轮、齿条、推土板、锁紧螺钉等组成。齿轮与齿条啮合，齿条一端连接有与持土筒内径配合的推土板，通过扳手转动齿轮轴，带动齿条移动，在轴向推力的作用下，推土板推动土柱克服持土筒内的摩擦力，土壤样品缓慢地从持土筒推出。在正常取土作业时，为防止齿条受重力作用向下滑动，在齿条上设置有锁紧机构。

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由于结构所限，推土机构安装在取土杆上，推出机构的整体尺寸不能超过持土筒的直径，否则会发生干涉，使取土杆不能顺利进入土壤。当持土筒的直径d=50 mm时，齿轮的模数取1.5，齿轮的齿数为17，可以保证推出机构不发生干涉。齿条长度应该保证土壤样品刚好完全从取土筒内推出，因此齿条的长队应该等于持土筒长度加上齿轮中心线到到持土筒的距离。由文献[8]中齿轮齿条弯曲应力的分析，对推出机构进行强度和刚度计算，保证其正常工作。

2.2 动力部分参数与结构设计

2.2.1 取土过程阻力分析与计算 为确定所需汽油机功率，需对取土时的入土阻力进行计算。从图4可以看出，在持土筒被压入土壤内部的过程中，持土筒端会受到与其运动方向相反的轴向端阻力Qpk，持土筒向下移动时土壤与内外壁摩擦产生产生阻力，分别用Qrk和Qsk用表示，根据文献[9]、[10]计算出持土筒进入土壤所受的阻力。

  

图4 持土筒入土力学模型 Fig.4 Mechanical model of soil holding tube into the soil process

端面阻力Qpk的大小：

Qpk=λpqpkAp

(1)

式中：λp为取土端土塞效应系数，而λp=0.16hb/d，其中hb为筒端进入持土层的深度，m； qpk为筒端极限阻力标准值，kPa；AP为筒身截面积，m2。

本次设计最大的取土深度为1 m，在地表下1 m区域内为黏土层，在取值时按黏土进行取值，外壁摩擦力的计算公式可以简化为：

Qsk=uskψqskl

(2)

式中： usk为持土筒外周长，m； qsk为筒侧黏土层土的外侧阻力标准值，kPa； ψ为持土筒侧阻修正系数； l为持土筒穿越黏土层的厚度，m。

考虑在不更换动力情况下使其能满足所有管径的取土器取土，按照设计的持土筒的最大直径100 mm带入计算。土样直径d=94 mm，由上文整理得到土壤对竖直压入取土器的工作阻力Quk计算式：

Qrk=urkqsk(1-e-h)

(3)

式中：urk为持土筒内周长，m；h为持土筒长度，m。

对于内壁摩擦力Qrk，其大小大致符合指数分布规律[11-12]，其计算公式为：

Quk=Qsk+Qpk+Qrk=uskψqskl+λpqpkAp+urkqsk(1-e-h)

(4)

依据文献[9]计算ψ为1.5，qsk取60 kPa，qpk取1 600 kPa，l=h=0.25 m，代入式(4)可计算工作阻力为15 kN。

2.2.2 汽油机功率的确定与选型 预定取土管深入土层速度为0.03 m·s-1，根据

P=Qukv

(5)

代入速度得传递到取土杆时的功率P=450 W。本取土器传动系统简图如图5示。

2.3.3 传动变速齿轮参数 由于总传动比i=2.5，故采用一级齿轮传动即可满足设计要求。但是从总体布局考虑，如果采用一级齿轮直接传动将发生离合器和曲轴发生干涉问题。为了解决这个问题，本研究采用了一个中间过渡齿轮，增加了高速轴和低速轴之间的距离，克服了干涉问题。为了增加传动系统运转的平稳性，增大齿轮的重合度，故选择斜齿轮进行传动。齿轮材料选为40Cr合金钢，经过表面淬火处理。各个传动齿轮参数如表3所示。

  

1.离合片；2.高速轴；3.高速小齿轮；4.端盖；5.中间轴； 6.中间齿轮；7.低速轴；8.低速大齿轮； 9.半圆板壳体；10.活塞；11.撞锤；12.滑块；13.连杆；14.偏心曲轴。 1.Clutch disc；2.High speed shaft；3.High speed pinion；4.End cap；5.Medium shaft；6.Medium speed gear；7.Low speed shaft； 8.Low speed gear；9.Semicircular plate shell； 10.Piston；11.Ram；12.Slider；13.Connecting rod；14.Offset crank.

 

图5 传动系统的结构简图Fig.5 Structure of transmission system layout diagram

式中：η1为摩擦离合器效率，η2为轴承效率，η3为齿轮效率，η4为为气缸效率。据文献[13]得η1=0.99，η2=0.99，η3=0.97，η4取值在0.7～0.95，此处取0.7。汽油机所需工作功率P汽为:

 

(6)

 

(7)

式中：P为动力传递至取土杆的功率， η为传动总效率。

通过调研园林类等工具的配套动力，同时根据所得数据进行汽油机的选型。二冲程汽油机具有体积小、结构简单、成本低、价格便宜等优点。确定本取土器的动力为单缸二冲程汽油机，选定汽油机型号永佳动力1E34FN，其参数如表2所示，可以满足设计要求。

解放战争时期的“三查三整”运动，建国初期的整党运动，改革开放时期的“三讲”教育，“三严三实”专题教育，是在一部分党组织中进行集中教育活动。

2.3 锤击传动系统与传动系统设计

取土器压入时，要求快速、连续和均匀地压入土中，这就要求合理布置传动系统，其对整个机器运转平稳、工作可靠起到了关键作用。

 

表2 永佳动力1E34FN型号汽油机主要参数Table 2 Major parameters of Yongjia 1E34FN gasoline

  

项目Item值Value缸径/mmBore34排气量/mLExhaustcapacity36标准功率/kWStandardpower1．3标准转速/(r·min-1)Standardspeed7500燃油配比Thefuelratio40∶1油箱容积/LTankvolume0．7

2.3.1 锤击系统的设计 锤击部分包括曲轴、连杆、活塞、气缸、撞锤等构件，活塞不直接接触冲击座，而是通过密闭气缸产生压力差，带动撞锤锤击冲击座。这样通过密闭气缸中压缩空气的缓冲，可以有效阻止冲击力对发动机、曲轴、连杆、轴承的直接冲击，延长这些重要部件的寿命，同时使系统有足够的冲击力做功，如图5所示。

2、基于当下开始普及流行的 HTML5，Web App可以实现很多原本Native App才可以实现的功能，比如 Canvas、本地离线存储等；

2.3.2 总传动比的确定 通过试验可以证明，当曲轴平均工作转速约为3 000 r·min-1时，活塞可以通过压缩空气带动撞锤连续运转[14]。本研究选定汽油机的工作转速为7 500 r·min-1，即要求总传动比i=7 500/3 000=2.5，取传动比i=2.5。

依据图5运动传递简图分析可知，从汽油机经传动到锤击工作部件有动力的损耗，考虑传递效率的总效率：

 

表3 传动齿轮的参数Table 3 Driving gear parameters

  

名称Item高速齿轮Highspeedgear中间齿轮Mediumspeedgear低速齿轮Lowspeedgear中心距/mmCenterdistance 31 47．5传动比Transmissionratio 1．8 1．4法面模数/mmNormalmodulus1．251．251．25螺旋角/(°)Helixangle14．114．114．1压力角(°)Pressureangle202020齿数/个Gearteethnumber173143齿宽/mmGearwidth141414

2.3.4 传动系统与锤击系统箱体布置 根据所述传动系统箱体要具有3个功能：与发动机离合器的连接、齿轮传动变速的实现以及与锤击系统曲轴滑块的连接。对于箱体的设计主要考虑安装的方便和结构紧凑，实现整机重心与冲击锤中心达到最小偏心，于是将3个腔体进行一体化设计。另外，曲轴腔体与离合瓦腔体之间预留间距，保证曲轴箱的正常安装。依据离合瓦尺寸以及曲轴连杆机构尺寸的限制，将传动轮系腔体布置在离合瓦腔体较远一侧，曲柄腔体尽量靠近汽油机一侧，其整体三维造型如图6示。

我国水利规划近年总体进展及重点把握的几个问题…………………………………… 吴 强，周智伟，郭东阳(9.27)

  

1.离合瓦腔体；2.传动齿轮腔体；3.曲轴腔体。 1.Clutch tile cavity；2.Drive gear cavity；3.Crankshaft cavity.

 

图6 动力部分各腔体的位置分布Fig.6 Each cavity position distribution of the power section

3 取土器的性能试验

2016-06—2016-11，在河南农业大学东风路试验地进行实际取土试验，测试了汽油机取土器的整机性能及其工作效率。

3.1 取土器整体性能试验

工程建设前期准备工作会影响使用过程中的具体状况。工程质量是决定工程是否合格的关键。农田水利工程对工程质量要求十分严格。判定工程建设是否合格一般通过两个环节，即实际应用与监督管理。实际应用情况多与工程本身或自然因素有关。监督管理一般是针对工程建设过程中材料选择、工程步骤监控、质量评定等方面。

  

图7 实际取样效果 Fig.7 Actual sampling effect

3.2 不同取土器的对比试验

将汽油机取土器与传统的手动取土器作取土效率对比试验。手动取土器是采用小锤人工锤击入土，手动取土器和机动取土器的持土筒直径均为50 mm，材料均采用304不锈钢。以取样效率和取出土样的完整程度为主要评价因素，试验结果如表4所示。表4中土壤破坏程度的评测标准是通过取20次土样，观察被破坏土样所占的比率(破坏个数≥60%为高程度破损，20%～60%为一般程度破损，小于20%为低程度破损)；效率一栏以同取地表下20 cm的土层为一个土样，测量所取的样品数量20个所需要的平均时间。

 

表4 手动取土器和汽动取土器的比较试验结果 Table 4 The comparison results of manual and mechanical methods for soil

  

动力来源Sourceofenergy土壤破损程度Thedamagedegreeofsoil效率/(s·个-1)Efficiency取土方式Meansforsoil机动Motor⁃driven低破损20．2直压式手动Manualoperation一般破损40．3直压式

试验结果表明，汽动直压取土器的取土效率可以达到手动直压取土效率的2倍以上，同时以土样的破坏程度来说汽动直压取土器相对手动直压取土器处于较低水平。

当违法犯罪分子占据有利地形进行顽抗，以破坏重要目标相威胁和劫持人质进行武力顽抗拒捕，并且地形不利于我接近，也不利于我实施火力打击时，公安边防作战部队可以采取三面包围，敞开一面，虚留一条生路的方式，在违法犯罪分子逃跑路线上选择有利地形，预先设伏，将违法犯罪分子驱赶至我伏击地域，再一举将其捕歼。对于劫持人质的违法犯罪分子，一旦无法确保人质安全并对犯罪分子实施捕歼时，便可采用此战法克敌，捕歼违法犯罪分子。

上周五，老婆把我和女儿狠骂了一通，因为我们没有赞成她的周末大扫除安排。“我不是你们的厨娘、保姆、清洁工！”她挥手尖叫，与我熟悉的那个优雅的女人判若两人，“你们就是要累死我！”

4 结论

1)设计了高频锤击直压式汽油机取土器，对其各部分进行结构分析和理论分析，最终得到了其各部分较为合理的参数。

根据E· 杰克逊· 鲍尔于1960年提出的舆论形成的七个步骤，江苏卫视《非诚勿扰》的舆论形成过程可分为如下几步：(1)来自社会各界的男女嘉宾秉持着共同的目标——寻找异性伴侣，来到江苏卫视《非诚勿扰》的舞台；(2)舞台上，男女嘉宾提出各自观点，产生冲突、争论；(3)主持人从中调和，专家做出分析；(4)主持人做出总结，可作为节目制播方的权威性决定，形成场内舆论；(5)舆论话题延伸到场外，形成场外舆论，持续时间长；(6)场内舆论和场外舆论相结合，形成《非诚勿扰》舆论网络。如图3。

2.1.1 持土筒的参数 持土筒是取土器中较为关键的部分，其直径d、壁厚、高度h、刃角，刃口刀尖宽度t，光洁度等对土样扰动程度都有影响[7]。刃角是持土筒一个重要参数，刃角过大，持土筒进入土壤的阻力增大，对外侧土壤的扰动也大。一般持土筒的刃角小于10°，本持土筒刃角取为10°。刃口尖角宽度过大，持土筒入土阻力增大，反之会使持土筒强度降低，本文刃口尖角宽度取1 mm。持土筒壁厚主要考虑持土筒的强度，设计壁厚3 mm。一般采集土壤样品为200 mm深度为一个土壤样品，为了保证持土筒的足够容积，持土筒的高度h取300 mm。持土筒表面光洁度对持土筒的阻力影响较大，为了降低表面阻力本文取304型号不锈钢材料作为取土筒的材料。为满足不同土样需要，设计了一系列不同直径的持土筒，直径分别为20、40、50、60、80、100 mm。其中，壁厚、高度、刃角、刃口刀尖宽度均为定值。以持土筒直径为50 mm的结构和参数为例，见图3和表1所示。

3)本取土器整机质量只有10 kg左右，便于携带，非常合适野外移动取土样，并且操作简单，一至两人就可以完成较多土样的获取，有较好的应用前景。

参考文献：

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试验方法：分别取持土筒直径100 mm取土器在选定的试验田的4个不同区域进行集中取样，入土100 mm·次-1。结果表明，汽油机取土器运转平稳，采集土壤样品良好，可以很好地满足集中取样要求。实际取样效果如图7所示。

[2] 贾书刚，杨学明，王淑平，等.新型直压式手动原状土取土钻设计、性能分析及其应用[J].水土保持研究，1995(1)：61-64.

2010年，金融支持第一产业增长在劳动力、贷款、保费收入方面均有冗余，在产出指标上存在些许不足。“十一五”期间，陕西“三农”政策的实施为之后第一产业的发展打下了基础。2011-2017年，陕西省金融支持第一产业增长的效率得到改善，综合效率、技术效率和规模效率稳定，且除2015年以外均维持在各项经济效率均为有效的状态，说明2011-2017年以来，金融支持第一产业稳定增长，呈现良好的发展状态。

景花厂的员工增到了七十多人，仍忙不过来，订单像鹅毛，一片片飞来。王义山对我很敬佩，不时在阿花面前夸我，说我比高文鹏强，技术水平高，质量要求严，还会拉订单。高文鹏就是我的前任。我也礼节性地赞扬王义山，生产才是工厂的生命，你也功不可没，阿花经常表扬你。阿花说，你们是我的左膀右臂，你们合作得好，我就轻松了许多。怎么样，最近人手够吗？王义山说，差不多了，机位快坐满了，车间也显得有点拥挤。我们边说边进了车间。

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[4] 周雪青，李洪文，何进等.土壤容重测定用分段式原状取土器的设计[J].农业工程学报，2008，24(8)：127-130.

如，在教学中要求学生不迟到，教师就要提前到校。当然，学生迟到的时候，教师也需要问清楚原因，避免不分青红皂白就批评学生。如果就是要求学生按时完成作业，那么教师就需要按时批改完成作业。久而久之，教师的所作所为都会表现出来，教师用行动引导学生，用爱感化学生，可以让学生看到美好的教师的同时，效仿教师，成就美好的自己。

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综合评分=(N1/感官评分 max)×30+(破碎力min/N2)×20+(含油量 min/N3)×30+(N4/L*max)×20

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