基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机

权利要求书： 1.基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：包括气压推动式旋转筛分装置（1）、挤压式气动清洁型预破碎装置（2）、重力驱动式弹性筛分装置（3）、双辊研磨装置（4）、防堵塞型运料装置（5）和辅助转运收集装置（6），所述挤压式气动清洁型预破碎装置（2）设于双辊研磨装置（4）上，所述双辊研磨装置（4）设于气压推动式旋转筛分装置（1）上，所述防堵塞型运料装置（5）的一端与气压推动式旋转筛分装置（1）连接，所述防堵塞型运料装置（5）的另一端与重力驱动式弹性筛分装置（3）连接，所述辅助转运收集装置（6）设于重力驱动式弹性筛分装置（3）一侧，所述气压推动式旋转筛分装置（1）包括磁吸式旋转筛分装置（101）、辅助驱动组件（102）和支撑收集组件（103），所述磁吸式旋转筛分装置（101）设于双辊研磨装置（4）的下方，所述磁吸式旋转筛分装置（101）设于支撑收集组件（103）上，所述辅助驱动组件（102）设于磁吸式旋转筛分装置（101）上，所述磁吸式旋转筛分装置（101）包括筛分筒（104）、开口一（105）、液压柱一（106）、推板（107）、安装板一（108）、磁铁一（109）、空心转轴（110）、磁铁二（111）、伸缩杆（112）、出风口（113）、通孔（114）、拨料板（115）和进气口（116），所述筛分筒（104）设于双辊研磨装置（4）的下方，所述开口一（105）设于筛分筒（104）的筒壁上，所述液压柱一（106）设于筛分筒（104）的内壁上，所述推板（107）设于液压柱一（106）上，所述安装板一（108）设于筛分筒（104）内，所述空心转轴（110）的一端转动设于安装板一（108）上，所述通孔（114）和磁铁一（109）相向设于筛分筒（104）的外壁上，所述出风口（113）设于空心转轴（110）上，所述伸缩杆（112）设于出风口（113）两侧，所述磁铁二（111）设于伸缩杆（112）上，所述拨料板（115）设于空心转轴（110）上，所述拨料板（115）设于筛分筒（104）内，所述进气口（116）设于空心转轴（110）上。

2.根据权利要求1所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述挤压式气动清洁型预破碎装置（2）包括进料漏斗（201）、破碎仓（202）、液压柱三（203）、缓冲垫（204）、挤压板（205）、挤压凸楞（206）、碰撞板（207）、推压杆（208）、气腔（209）、伸缩板（210）、下料漏斗一（211）、活塞（212）、复位弹簧一（213）、导气管（214）和通气腔（215），所述进料漏斗（201）设于破碎仓（202）上，所述液压柱三（203）和缓冲垫（204）设于破碎仓（202）的内壁上，所述挤压板（205）设于液压柱三（203）上，所述挤压凸楞（206）设于挤压板（205）上，所述气腔（209）设于挤压板（205）上，所述推压杆（208）穿过气腔（209），所述碰撞板（207）设于推压杆（208）上，所述活塞（212）设于气腔（209）内，所述活塞（212）的一端与推压杆（208）连接，所述活塞（212）的另一端与复位弹簧一（213）连接，所述复位弹簧一（213）设于通气腔（215）的侧壁上，所述通气腔（215）的一端与气腔（209）连接，所述通气腔（215）的另一端与导气管（214）连接，所述伸缩板（210）设于破碎仓（202）的底端，所述下料漏斗一（211）设于伸缩板（210）的下方。

3.根据权利要求2所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述重力驱动式弹性筛分装置（3）包括筛分箱（301）、开口二（302）、收集箱二（303）、挡料板一（304）、卡接件一（305）、筛分板一（306）、悬挂弹簧（307）、支撑弹簧（308）、筛分板二（309）、支撑横杆（310）、橡胶垫（311）、卡接件二（312）和挡料板二（313），所述筛分箱（301）设于防堵塞型运料装置（5）的下方，所述开口二（302）设于筛分箱（301）上，所述收集箱二（303）设于筛分箱（301）的下方，所述挡料板一（304）设于筛分箱（301）的顶部内壁上，所述卡接件一（305）设于筛分箱（301）一侧内壁的顶端，所述筛分板一（306）的一端与卡接件一（305）铰接，所述筛分板一（306）的另一端与悬挂弹簧（307）连接，所述悬挂弹簧（307）的另一端与筛分箱（301）的顶部内壁固定连接，所述支撑弹簧（308）的一端与筛分板一（306）连接，所述支撑弹簧（308）的另一端与筛分板二（309）连接，所述支撑横杆（310）设于筛分板二（309）的下方，所述橡胶垫（311）设于支撑横杆（310）和筛分板二（309）之间，所述卡接件二（312）设于筛分箱（301）一侧内壁的底端，所述筛分板二（309）的一端与卡接件二（312）铰接，所述挡料板二（313）设于筛分箱（301）的底部内壁上。

4.根据权利要求3所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述双辊研磨装置（4）包括研磨仓（401）、开口三（402）、电机二（403）、主动轮二（404）、从动轮二（405）、皮带二（406）、研磨辊（407）、凸点（408）、辊轴（409）、下料漏斗二（410）和支撑柱二（411），所述支撑柱二（411）设于支撑台（125）上，所述研磨仓（401）设于支撑柱二（411）上，所述开口三（402）设于研磨仓（401）上，所述研磨辊（407）设于研磨仓（401）内，所述凸点（408）设于研磨辊（407）上，所述下料漏斗二（410）设于研磨仓（401）底部，所述辊轴（409）穿过研磨辊（407）和研磨仓（401）一侧的侧壁，所述辊轴（409）的一端与研磨仓（401）内壁转动连接，所述辊轴（409）的另一端与主动轮二（404）和从动轮二（405）连接，所述主动轮二（404）与电机二（403）保持转动连接，所述皮带二（406）套装在主动轮二（404）和从动轮二（405）上。

5.根据权利要求4所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述防堵塞型运料装置（5）包括输料管（501）、运料泵（502）、扩口（503）、把手（504）、连接块（505）、横移板（506）、复位弹簧二（507）、固定板（508）、连接杆（509）、推杆（510）和钻头（511），所述扩口（503）设于筛分箱（301）的上方，所述输料管（501）的一端与扩口（503）连接，所述输料管（501）的另一端与筛分筒（104）连接，所述运料泵（502）设于输料管（501）上，所述横移板（506）滑动连接设于输料管（501）的外壁上，所述连接块（505）设于横移板（506）上，所述把手（504）设于连接块（505）上，所述固定板（508）固定连接设于输料管（501）的外壁上，所述横移板（506）穿过固定板（508），所述复位弹簧二（507）的一端与固定板（508）连接，所述复位弹簧二（507）的另一端与连接块（505）连接，所述连接杆（509）设于输料管（501）内，所述连接杆（509）的一端与横移板（506）连接，所述连接杆（509）的另一端与推杆（510）连接，所述钻头（511）设于连接杆（509）的两侧。

6.根据权利要求5所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述辅助驱动组件（102）包括电机一（117）、主动轮一（118）、从动轮一（119）、皮带一（120）、气泵（121）、气管（122）和密封腔（123），所述密封腔（123）设于空心转轴（110）上，所述空心转轴（110）从密封腔（123）的空腔内穿过，所述空心转轴（110）和密封腔（123）之间保持转动连接，所述空心转轴（110）转动时密封腔（123）可保持静止，所述密封腔（123）的内部空腔与进气口（116）相连，所述气管（122）的一端与密封腔（123）连接，所述气管（122）的另一端与气泵（121）连接，所述从动轮一（119）固定连接设于空心转轴（110）上，所述主动轮一（118）转动连接设于电机一（117）上，所述皮带一（120）套装在主动轮一（118）和从动轮一（119）上。

7.根据权利要求6所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述支撑收集组件（103）包括电机支撑柱（124）、支撑台（125）、液压柱二（126）、收集箱一（127）、支撑柱一（128）和光电传感器（129），所述电机支撑柱（124）固定连接设于电机一（117）的下方，所述液压柱二（126）和支撑柱一（128）设于支撑台（125）上，所述收集箱一（127）设于液压柱二（126）上，所述支撑柱一（128）固定连接设于筛分筒（104）的下方，所述光电传感器（129）设于收集箱一（127）的内壁上。

8.根据权利要求7所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述辅助转运收集装置（6）包括转运皮带（601）、挡板（602）、安装板二（603）、支撑架（604）、电机三（605）、减速器（606）和收集箱三（607），所述安装板二（603）设于支撑架（604）上，所述挡板（602）设于安装板二（603）上，所述转运皮带（601）设于两侧的安装板二（603）之间，所述减速器（606）设于电机三（605）上，所述电机三（605）可驱动转运皮带（601）转动，所述收集箱三（607）设于转运皮带（601）的侧下方。

9.根据权利要求8所述的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，其特征在于：所述凸点（408）为高分子形状记忆材料。

说明书： 基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机技术领域[0001] 本发明属于样品筛分技术领域，具体是指基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机。

背景技术[0002] 国土调查的数据成果可以客观反映国土利用、耕地保护、生态建设和节约集约用地等方面存在的问题，国土调查时需要对土地的土壤成分进行检测分析，绘制颗粒级配曲

线以了解土壤的性质，绘制颗粒级配曲线需要对土壤颗粒进行筛分，在筛分后需要称量各

粒径颗粒含量。但在北方冬季温度较低的时候，土壤表层容易缺乏有机质，造成土壤结构不

良，在各种外因作用下土壤结构破坏，同时由于气温寒冷，土壤中所含的水分收缩结冻，最

终导致土壤发硬，因此在冬季进行国土调查时，土壤筛分环节存在各种各样的问题。

[0003] 冬季土壤的土质较硬，不能直接进行筛分，需预先进行破碎，但在破碎过程中，由于土壤本身的粘性大，破碎过程中容易粘附在破碎工具上，不易清理，严重影响了装置的后

续使用；目前常采用人工手持土工筛直接对土壤进行筛分的方法，该方法的筛分效率低、精

度低，耗时耗力，而且容易出现筛分不全和人为操作失误的情况，导致土壤样品洒落，影响

最终结果；即使目前存在少量的土壤筛分装置，但其筛分过程中土工筛的周期性振动，依赖

于机械装置与土工筛进行周期性的碰撞，这种方法容易造成设备磨损，影响设备的使用寿

命。

发明内容[0004] 针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种结构简单、系统效率高的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，为了解决冬季土壤破碎过程中

容易粘附在破碎工具上的问题，本发明基于气压和液压结构原理（将物体的固体部分用气

体或流体代替），创造性地提出了挤压式气动清洁型预破碎装置，在无任何气泵和传感器介

入的情况下，利用简单的气压推动，实现了破碎工具的自清洁功能，有效解决了冬季土壤破

碎过程中容易粘附在破碎工具上的问题。

[0005] 为了解决现有筛分工具筛分效率低、精度低的问题，本发明基于借助中介物原理（使用中间物体来传递或执行一个动作）、气压和液压结构原理（将物体的固体部分用气体

或流体代替），创造性地提出了气压推动式旋转筛分装置，将风流作为中介物推动土壤颗粒

快速高效的通过筛分筒，并利用磁吸原理，在无任何传感器介入的情况下，实现了风流周期

性推动土壤样品的功能，有效解决了现有筛分工具筛分效率低、精度低的问题，同时利用光

电传感器，防止筛分后收集过程中出现土壤溢出的现象。

[0006] 为了解决现有筛分工具磨损度高、可靠度低的问题，本发明基于变害为利原理（利用有害的因素得到有益的结果）和廉价替代品原理（用若干便宜的物体代替昂贵的物体），

创造性地提出了重力驱动式弹性筛分装置，将土壤落下产生的重力势能巧妙地转化为筛分

板振动的机械能，并利用廉价的弹簧和橡胶垫，在无任何驱动单元的情况下实现了筛分板

的弹性的振动，避免了传统驱动单元给筛分板造成的损害，有效解决了现有筛分工具磨损

度高、可靠度低的问题。

[0007] 本发明还设置了防堵塞型运料装置，可有效解决土壤筛分转运环节堵塞管道的问题，并在研磨辊上设置了凸点，不仅提高了研磨效率，而且利用热胀冷缩原理，在研磨后清

洗时使用热水清洗，可使凸点受热膨胀，有效剥离粘附在研磨辊和凸点上的土壤。

[0008] 本发明采取的技术方案如下：本发明提出了基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，包括气压推动式旋转筛分装置、挤压式气动清洁型预破碎装置、重力驱

动式弹性筛分装置、双辊研磨装置、防堵塞型运料装置和辅助转运收集装置，挤压式气动清

洁型预破碎装置设于双辊研磨装置上，双辊研磨装置设于气压推动式旋转筛分装置上，防

堵塞型运料装置的一端与气压推动式旋转筛分装置连接，防堵塞型运料装置的另一端与重

力驱动式弹性筛分装置连接，辅助转运收集装置设于重力驱动式弹性筛分装置一侧，气压

推动式旋转筛分装置包括磁吸式旋转筛分装置、辅助驱动组件和支撑收集组件，磁吸式旋

转筛分装置设于双辊研磨装置的下方，磁吸式旋转筛分装置设于支撑收集组件上，辅助驱

动组件设于磁吸式旋转筛分装置上。

[0009] 进一步地，磁吸式旋转筛分装置包括筛分筒、开口一、液压柱一、推板、安装板一、磁铁一、空心转轴、磁铁二、伸缩杆、出风口、通孔、拨料板和进气口，筛分筒设于双辊研磨装

置的下方，开口一设于筛分筒的筒壁上，液压柱一设于筛分筒的内壁上，推板设于液压柱一

上，安装板一设于筛分筒内，空心转轴的一端转动设于安装板一上，通孔和磁铁一相向设于

筛分筒的外壁上，出风口设于空心转轴上，伸缩杆设于出风口两侧，磁铁二设于伸缩杆上，

当磁铁二转动至上方时，磁铁一和磁铁二相近一侧的磁极相同，磁铁二受磁力排斥作用使

伸缩杆收缩，磁铁二与空心转轴贴合，防止空心转轴内的风流从上方的出风口流出，而此时

下方的磁铁二由于自身的重力作用使磁铁二脱离空心转轴外壁，风流可从空心转轴下方的

出风口流出，利用风压推动土壤快速通过筛分筒上的通孔，拨料板设于空心转轴上，拨料板

设于筛分筒内，进气口设于空心转轴上。

[0010] 进一步地，辅助驱动组件包括电机一、主动轮一、从动轮一、皮带一、气泵、气管和密封腔，密封腔设于空心转轴上，空心转轴从密封腔的空腔内穿过，空心转轴和密封腔之间

保持转动连接，使空心转轴转动时密封腔可保持静止，密封腔的内部空腔与进气口相连，气

管的一端与密封腔连接，气管的另一端与气泵连接，气泵可将空气通过进气口输送至空心

转轴内，从动轮一固定连接设于空心转轴上，主动轮一转动连接设于电机一上，皮带一套装

在主动轮一和从动轮一上。

[0011] 进一步地，支撑收集组件包括电机支撑柱、支撑台、液压柱二、收集箱一、支撑柱一和光电传感器，电机支撑柱固定连接设于电机一的下方，液压柱二和支撑柱一设于支撑台

上，收集箱一设于液压柱二上，支撑柱一固定连接设于筛分筒的下方，光电传感器设于收集

箱一的内壁上，当收集箱一内的土壤颗粒完全覆盖光电传感器后，光电传感器产生电信号

传输给中央控制器，中央控制器控制电机一停止转动，防止收集箱一内的土壤溢出。

[0012] 进一步地，挤压式气动清洁型预破碎装置包括进料漏斗、破碎仓、液压柱三、缓冲垫、挤压板、挤压凸楞、碰撞板、推压杆、气腔、伸缩板、下料漏斗一、活塞、复位弹簧一、导气

管和通气腔，进料漏斗设于破碎仓上，液压柱三和缓冲垫设于破碎仓的内壁上，挤压板设于

液压柱三上，挤压凸楞设于挤压板上，挤压板和挤压凸楞可对土壤进行破碎，气腔设于挤压

板上，推压杆穿过气腔，碰撞板设于推压杆上，活塞设于气腔内，活塞的一端与推压杆连接，

活塞的另一端与复位弹簧一连接，复位弹簧一设于通气腔的侧壁上，通气腔的一端与气腔

连接，通气腔的另一端与导气管连接，土壤破碎完成后，液压柱三收缩带动两侧挤压板分

离，挤压板上的碰撞板逐渐接触到缓冲垫，从而带动推压杆推动活塞向气腔内挤压空气，空

气最终从导气管内流出对挤压板和挤压凸楞进行清洁，伸缩板设于破碎仓的底端，下料漏

斗一设于伸缩板的下方。

[0013] 进一步地，重力驱动式弹性筛分装置包括筛分箱、开口二、收集箱二、挡料板一、卡接件一、筛分板一、悬挂弹簧、支撑弹簧、筛分板二、支撑横杆、橡胶垫、卡接件二和挡料板

二，筛分箱设于防堵塞型运料装置的下方，开口二设于筛分箱上，收集箱二设于筛分箱的下

方，挡料板一设于筛分箱的顶部内壁上，卡接件一设于筛分箱一侧内壁的顶端，筛分板一的

一端与卡接件一铰接，筛分板一的另一端与悬挂弹簧连接，悬挂弹簧的另一端与筛分箱的

顶部内壁固定连接，支撑弹簧的一端与筛分板一连接，支撑弹簧的另一端与筛分板二连接，

支撑横杆设于筛分板二的下方，橡胶垫设于支撑横杆和筛分板二之间，卡接件二设于筛分

箱一侧内壁的底端，筛分板二的一端与卡接件二铰接，挡料板二设于筛分箱的底部内壁上，

当土壤从开口二落入筛分箱内时，土壤下落产生的重力势能可巧妙地转化为筛分板振动的

机械能，并配合悬挂弹簧、支撑弹簧和橡胶垫，在无任何驱动单元的情况下实现了筛分板的

弹性的振动，避免了传统驱动单元给筛分板造成的损害，有效解决了现有筛分工具磨损度

高、可靠度低的问题。

[0014] 进一步地，双辊研磨装置包括研磨仓、开口三、电机二、主动轮二、从动轮二、皮带二、研磨辊、凸点、辊轴、下料漏斗二和支撑柱二，支撑柱二设于支撑台上，研磨仓设于支撑

柱二上，开口三设于研磨仓上，研磨辊设于研磨仓内，凸点设于研磨辊上，下料漏斗二设于

研磨仓底部，辊轴穿过研磨辊和研磨仓一侧的侧壁，辊轴的一端与研磨仓内壁转动连接，辊

轴的另一端与主动轮二和从动轮二连接，主动轮二与电机二保持转动连接，皮带二套装在

主动轮二和从动轮二上。

[0015] 进一步地，防堵塞型运料装置包括输料管、运料泵、扩口、把手、连接块、横移板、复位弹簧二、固定板、连接杆、推杆和钻头，扩口设于筛分箱的上方，输料管的一端与扩口连

接，输料管的另一端与筛分筒连接，运料泵设于输料管上，横移板滑动连接设于输料管的外

壁上，连接块设于横移板上，把手设于连接块上，固定板固定连接设于输料管的外壁上，横

移板穿过固定板，复位弹簧二的一端与固定板连接，复位弹簧二的另一端与连接块连接，连

接杆设于输料管内，连接杆的一端与横移板连接，连接杆的另一端与推杆连接，钻头设于连

接杆的两侧。

[0016] 进一步地，辅助转运收集装置包括转运皮带、挡板、安装板二、支撑架、电机三、减速器和收集箱三，安装板二设于支撑架上，挡板设于安装板二上，转运皮带设于两侧的安装

板二之间，减速器设于电机三上，电机三可驱动转运皮带转动，收集箱三设于转运皮带的侧

下方。

[0017] 优选地，支撑台上设有中央控制器，实现装置的自动破碎、研磨、筛分和转运等功能，中央控制器型号为STC89C52。

[0018] 为了便于利用热胀冷缩效应快速清洗研磨辊和凸点，优选地，凸点为高分子形状记忆材料。

[0019] 采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案提出了一种结构简单、系统效率高的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，为了解决冬季土壤破碎过

程中容易粘附在破碎工具上的问题，本发明基于气压和液压结构原理（将物体的固体部分

用气体或流体代替），创造性地提出了挤压式气动清洁型预破碎装置，在无任何气泵和传感

器介入的情况下，利用简单的气压推动，实现了破碎工具的自清洁功能，有效解决了冬季土

壤破碎过程中容易粘附在破碎工具上的问题。

[0020] 为了解决现有筛分工具筛分效率低、精度低的问题，本发明基于借助中介物原理（使用中间物体来传递或执行一个动作）、气压和液压结构原理（将物体的固体部分用气体

或流体代替），创造性地提出了气压推动式旋转筛分装置，将风流作为中介物推动土壤颗粒

快速高效的通过筛分筒，并利用磁吸原理，在无任何传感器介入的情况下，实现了风流周期

性推动土壤样品的功能，有效解决了现有筛分工具筛分效率低、精度低的问题，同时利用光

电传感器，防止筛分后收集过程中出现土壤溢出的现象。

[0021] 为了解决现有筛分工具磨损度高、可靠度低的问题，本发明基于变害为利原理（利用有害的因素得到有益的结果）和廉价替代品原理（用若干便宜的物体代替昂贵的物体），

创造性地提出了重力驱动式弹性筛分装置，将土壤落下产生的重力势能巧妙地转化为筛分

板振动的机械能，并利用廉价的弹簧和橡胶垫，在无任何驱动单元的情况下实现了筛分板

的弹性的振动，避免了传统驱动单元给筛分板造成的损害，有效解决了现有筛分工具磨损

度高、可靠度低的问题。

[0022] 本发明还设置了防堵塞型运料装置，可有效解决土壤筛分转运环节堵塞管道的问题，并在研磨辊上设置了凸点，不仅提高了研磨效率，而且利用热胀冷缩原理，在研磨后清

洗时使用热水清洗，可使凸点受热膨胀，有效剥离粘附在研磨辊和凸点上的土壤。

附图说明[0023] 图1为本发明提出的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机的整体结构示意图；

[0024] 图2为本发明提出的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机的侧视图；

[0025] 图3为本发明提出的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机的俯视图；

[0026] 图4为本发明提出的气压推动式旋转筛分装置的整体结构示意图A；[0027] 图5为图4的A部分的局部放大图；[0028] 图6为本发明提出的气压推动式旋转筛分装置的整体结构示意图B；[0029] 图7为图6的B部分的局部放大图；[0030] 图8为本发明提出的气压推动式旋转筛分装置的侧视图；[0031] 图9为本发明提出的收集箱一的整体结构示意图；[0032] 图10为本发明提出的挤压式气动清洁型预破碎装置的整体结构示意图A；[0033] 图11为本发明提出的挤压式气动清洁型预破碎装置的整体结构示意图B；[0034] 图12为本发明提出的重力驱动式弹性筛分装置的整体结构示意图A；[0035] 图13为本发明提出的重力驱动式弹性筛分装置的整体结构示意图B；[0036] 图14为本发明提出的双辊研磨装置的整体结构示意图；[0037] 图15为本发明提出的防堵塞型运料装置的整体结构示意图；[0038] 图16为本发明提出的输料管的整体结构示意图；[0039] 图17为本发明提出的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机的原理框图；

[0040] 图18为本发明提出的基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机的模块电路图。

[0041] 其中，1、气压推动式旋转筛分装置，101、磁吸式旋转筛分装置，102、辅助驱动组件，103、支撑收集组件，104、筛分筒，105、开口一，106、液压柱一，107、推板，108、安装板一，

109、磁铁一，110、空心转轴，111、磁铁二，112、伸缩杆，113、出风口，114、通孔，115、拨料板，

116、进气口，117、电机一，118、主动轮一，119、从动轮一，120、皮带一，121、气泵，122、气管，

123、密封腔，124、电机支撑柱，125、支撑台，126、液压柱二，127、收集箱一，128、支撑柱一，

129、光电传感器，2、挤压式气动清洁型预破碎装置，201、进料漏斗，202、破碎仓，203、液压

柱三，204、缓冲垫，205、挤压板，206、挤压凸楞，207、碰撞板，208、推压杆，209、气腔，210、伸

缩板，211、下料漏斗一，212、活塞，213、复位弹簧一，214、导气管，215、通气腔，3、重力驱动

式弹性筛分装置，301、筛分箱，302、开口二，303、收集箱二，304、挡料板一，305、卡接件一，

306、筛分板一，307、悬挂弹簧，308、支撑弹簧，309、筛分板二，310、支撑横杆，311、橡胶垫，

312、卡接件二，313、挡料板二，4、双辊研磨装置，401、研磨仓，402、开口三，403、电机二，

404、主动轮二，405、从动轮二，406、皮带二，407、研磨辊，408、凸点，409、辊轴，410、下料漏

斗二，411、支撑柱二，5、防堵塞型运料装置，501、输料管，502、运料泵，503、扩口，504、把手，

505、连接块，506、横移板，507、复位弹簧二，508、固定板，509、连接杆，510、推杆，511、钻头，

6、辅助转运收集装置，601、转运皮带，602、挡板，603、安装板二，604、支撑架，605、电机三，

606、减速器，607、收集箱三。

[0042] 在图18的模块电路图中，+5为电路的供电电源，GND为接地端，R1?R4为电阻，D1和D2为二极管，T为三极管，ST178为集成芯片，P1为电机一与中央控制器的连接口，P2为电机

二与中央控制器的连接口，P3为电机三与中央控制器的连接口。

[0043] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于

本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0045] 作为本发明的一个新的实施例，如图1?图4所示，本发明提出了基于光电传感的旋转剥离式国土调查用土壤多级筛分机，包括气压推动式旋转筛分装置1、挤压式气动清洁型

预破碎装置2、重力驱动式弹性筛分装置3、双辊研磨装置4、防堵塞型运料装置5和辅助转运

收集装置6，挤压式气动清洁型预破碎装置2设于双辊研磨装置4上，双辊研磨装置4设于气

压推动式旋转筛分装置1上，防堵塞型运料装置5的一端与气压推动式旋转筛分装置1连接，

防堵塞型运料装置5的另一端与重力驱动式弹性筛分装置3连接，辅助转运收集装置6设于

重力驱动式弹性筛分装置3一侧，气压推动式旋转筛分装置1包括磁吸式旋转筛分装置101、

辅助驱动组件102和支撑收集组件103，磁吸式旋转筛分装置101设于双辊研磨装置4的下

方，磁吸式旋转筛分装置101设于支撑收集组件103上，辅助驱动组件102设于磁吸式旋转筛

分装置101上。

[0046] 如图4?图9所示，磁吸式旋转筛分装置101包括筛分筒104、开口一105、液压柱一106、推板107、安装板一108、磁铁一109、空心转轴110、磁铁二111、伸缩杆112、出风口113、

通孔114、拨料板115和进气口116，筛分筒104设于双辊研磨装置4的下方，开口一105设于筛

分筒104的筒壁上，液压柱一106设于筛分筒104的内壁上，推板107设于液压柱一106上，安

装板一108设于筛分筒104内，空心转轴110的一端转动设于安装板一108上，通孔114和磁铁

一109相向设于筛分筒104的外壁上，出风口113设于空心转轴110上，伸缩杆112设于出风口

113两侧，磁铁二111设于伸缩杆112上，当磁铁二111转动至上方时，磁铁一109和磁铁二111

相近一侧的磁极相同，磁铁二111受磁力排斥作用使伸缩杆112收缩，磁铁二111与空心转轴

110贴合，防止空心转轴110内的风流从上方的出风口113流出，而此时下方的磁铁二111由

于自身的重力作用使磁铁二111脱离空心转轴110外壁，风流可从空心转轴110下方的出风

口113流出，利用风压推动土壤快速通过筛分筒104上的通孔114，拨料板115设于空心转轴

110上，拨料板115设于筛分筒104内，进气口116设于空心转轴110上；辅助驱动组件102包括

电机一117、主动轮一118、从动轮一119、皮带一120、气泵121、气管122和密封腔123，密封腔

123设于空心转轴110上，空心转轴110从密封腔123的空腔内穿过，空心转轴110和密封腔

123之间保持转动连接，使空心转轴110转动时密封腔123可保持静止，密封腔123的内部空

腔与进气口116相连，气管122的一端与密封腔123连接，气管122的另一端与气泵121连接，

气泵121可将空气通过进气口116输送至空心转轴110内，从动轮一119固定连接设于空心转

轴110上，主动轮一118转动连接设于电机一117上，皮带一120套装在主动轮一118和从动轮

一119上；支撑收集组件103包括电机支撑柱124、支撑台125、液压柱二126、收集箱一127、支

撑柱一128和光电传感器129，电机支撑柱124固定连接设于电机一117的下方，液压柱二126

和支撑柱一128设于支撑台125上，收集箱一127设于液压柱二126上，支撑柱一128固定连接

设于筛分筒104的下方，光电传感器129设于收集箱一127的内壁上，当收集箱一127内的土

壤颗粒完全覆盖光电传感器129后，光电传感器129产生电信号传输给中央控制器，中央控

制器控制电机一117停止转动，防止收集箱一127内的土壤溢出。

[0047] 如图10和图11所示，挤压式气动清洁型预破碎装置2包括进料漏斗201、破碎仓202、液压柱三203、缓冲垫204、挤压板205、挤压凸楞206、碰撞板207、推压杆208、气腔209、

伸缩板210、下料漏斗一211、活塞212、复位弹簧一213、导气管214和通气腔215，进料漏斗

201设于破碎仓202上，液压柱三203和缓冲垫204设于破碎仓202的内壁上，挤压板205设于

液压柱三203上，挤压凸楞206设于挤压板205上，挤压板205和挤压凸楞206可对土壤进行破

碎，气腔209设于挤压板205上，推压杆208穿过气腔209，碰撞板207设于推压杆208上，活塞

212设于气腔209内，活塞212的一端与推压杆208连接，活塞212的另一端与复位弹簧一213

连接，复位弹簧一213设于通气腔215的侧壁上，通气腔215的一端与气腔209连接，通气腔

215的另一端与导气管214连接，土壤破碎完成后，液压柱三203收缩带动两侧挤压板205分

离，挤压板205上的碰撞板207逐渐接触到缓冲垫204，从而带动推压杆208推动活塞212向气

腔209内挤压空气，空气最终从导气管214内流出对挤压板205和挤压凸楞206进行清洁，伸

缩板210设于破碎仓202的底端，下料漏斗一211设于伸缩板210的下方。

[0048] 如图12和图13所示，重力驱动式弹性筛分装置3包括筛分箱301、开口二302、收集箱二303、挡料板一304、卡接件一305、筛分板一306、悬挂弹簧307、支撑弹簧308、筛分板二

309、支撑横杆310、橡胶垫311、卡接件二312和挡料板二313，筛分箱301设于防堵塞型运料

装置5的下方，开口二302设于筛分箱301上，收集箱二303设于筛分箱301的下方，挡料板一

304设于筛分箱301的顶部内壁上，卡接件一305设于筛分箱301一侧内壁的顶端，筛分板一

306的一端与卡接件一305铰接，筛分板一306的另一端与悬挂弹簧307连接，悬挂弹簧307的

另一端与筛分箱301的顶部内壁固定连接，支撑弹簧308的一端与筛分板一306连接，支撑弹

簧308的另一端与筛分板二309连接，支撑横杆310设于筛分板二309的下方，橡胶垫311设于

支撑横杆310和筛分板二309之间，卡接件二312设于筛分箱301一侧内壁的底端，筛分板二

309的一端与卡接件二312铰接，挡料板二313设于筛分箱301的底部内壁上，当土壤从开口

二302落入筛分箱301内时，土壤下落产生的重力势能可巧妙地转化为筛分板振动的机械

能，并配合悬挂弹簧307、支撑弹簧308和橡胶垫311，在无任何驱动单元的情况下实现了筛

分板的弹性的振动，避免了传统驱动单元给筛分板造成的损害，有效解决了现有筛分工具

磨损度高、可靠度低的问题。

[0049] 如图14所示，双辊研磨装置4包括研磨仓401、开口三402、电机二403、主动轮二404、从动轮二405、皮带二406、研磨辊407、凸点408、辊轴409、下料漏斗二410和支撑柱二

411，支撑柱二411设于支撑台125上，研磨仓401设于支撑柱二411上，开口三402设于研磨仓

401上，研磨辊407设于研磨仓401内，凸点408设于研磨辊407上，下料漏斗二410设于研磨仓

401底部，辊轴409穿过研磨辊407和研磨仓401一侧的侧壁，辊轴409的一端与研磨仓401内

壁转动连接，辊轴409的另一端与主动轮二404和从动轮二405连接，主动轮二404与电机二

403保持转动连接，皮带二406套装在主动轮二404和从动轮二405上。

[0050] 如图15和图16所示，防堵塞型运料装置5包括输料管501、运料泵502、扩口503、把手504、连接块505、横移板506、复位弹簧二507、固定板508、连接杆509、推杆510和钻头511，

扩口503设于筛分箱301的上方，输料管501的一端与扩口503连接，输料管501的另一端与筛

分筒104连接，运料泵502设于输料管501上，横移板506滑动连接设于输料管501的外壁上，

连接块505设于横移板506上，把手504设于连接块505上，固定板508固定连接设于输料管

501的外壁上，横移板506穿过固定板508，复位弹簧二507的一端与固定板508连接，复位弹

簧二507的另一端与连接块505连接，连接杆509设于输料管501内，连接杆509的一端与横移

板506连接，连接杆509的另一端与推杆510连接，钻头511设于连接杆509的两侧。

[0051] 如图12和图13所示，辅助转运收集装置6包括转运皮带601、挡板602、安装板二603、支撑架604、电机三605、减速器606和收集箱三607，安装板二603设于支撑架604上，挡

板602设于安装板二603上，转运皮带601设于两侧的安装板二603之间，减速器606设于电机

三605上，电机三605可驱动转运皮带601转动，收集箱三607设于转运皮带601的侧下方。

[0052] 优选地，支撑台125上设有中央控制器，实现装置的自动破碎、研磨、筛分和转运等功能，中央控制器型号为STC89C52。

[0053] 为了便于利用热胀冷缩效应快速清洗研磨辊407和凸点408，优选地，凸点408为高分子形状记忆材料。

[0054] 具体使用时，用户首先将土壤样品放入进料漏斗201内，土壤通过进料漏斗201进入到破碎仓202中，启动液压柱三203，液压柱三203带动两侧的挤压板205和挤压凸楞206挤

压破碎仓202内的土壤，土壤挤压破碎完毕后液压柱三203收缩，液压柱三203收缩的过程中

带动两侧挤压板205分离，挤压板205上的碰撞板207逐渐接触到破碎仓202内壁上的缓冲垫

204，从而带动推压杆208推动活塞212向气腔209内挤压空气，空气最终从导气管214内流

出，吹落挤压板205和挤压凸楞206上残留的土壤，随后伸缩板210打开，破碎仓202内的土壤

通过下料漏斗一211落入到研磨仓401内，启动电机二403，电机二403带动主动轮二404转

动，主动轮二404通过皮带二406带动从动轮二405转动，主动轮二404和从动轮二405带动研

磨辊407转动，研磨辊407和研磨辊407上的凸点408对研磨仓401内的土壤进行研磨破碎，土

壤研磨后通过下料漏斗二410进入到筛分筒104内进行初步筛分，启动液压柱一106，液压柱

一106带动推板107将筛分筒104内的土壤推向另一侧，当推板107接触到安装板一108后，液

压柱一106关闭，启动电机一117，电机一117带动主动轮一118转动，主动轮一118通过皮带

一120带动从动轮一119转动，空心转轴110随着从动轮一119的转动一同转动，空心转轴110

转动的同时，启动气泵121，气泵121输送的空气依次通过气管122、密封腔123和进气口116，

从而进入到空心转轴110的内部空腔内，空心转轴110和密封腔123之间保持转动连接，因此

空心转轴110转动时密封腔123可保持静止不动，同时拨料板115随着空心转轴110一同转

动，使筛分筒104内的土壤充分搅拌，各个粒径的颗粒得以充分分离，粒径最小的土壤颗粒

在搅拌过程中可通过筛分筒104侧壁下方的通孔114进入到收集箱一127内，磁铁二111也随

着空心转轴110转动做圆周运动，当磁铁二111转动至上方时，磁铁一109和磁铁二111相近

一侧的磁极相同，磁铁二111受磁力排斥作用使伸缩杆112收缩，磁铁二111与空心转轴110

贴合，防止空心转轴110内的风流从上方的出风口113流出，而此时下方的磁铁二111由于自

身的重力作用使磁铁二111脱离空心转轴110外壁，风流可从空心转轴110下方的出风口113

流出，利用风压推动土壤快速通过筛分筒104上的通孔114，当收集箱一127内的土壤颗粒完

全覆盖光电传感器129后，光电传感器129产生电信号传输给中央控制器，中央控制器控制

电机一117停止转动，防止收集箱一127内的土壤溢出，当初步筛分完毕后，关闭电机一117，

液压柱二126收缩带动收集箱一127下降，将收集箱一127内的土壤取出即可，随后启动运料

泵502，运料泵502将筛分筒104内剩余的土壤输送至筛分箱301内进行下阶段的筛分，当土

壤从开口二302落入筛分箱301内时，土壤下落产生的重力势能可巧妙地转化为筛分板一

306振动的机械能，筛分板一306振动的同时带动悬挂弹簧307和支撑弹簧308做伸缩运动，

支撑弹簧308可带动筛分板二309上下振动，筛分板二309下方的橡胶垫311可增大筛分板二

309振动的幅度，提高筛分效率，经过筛分板一306和筛分板二309筛分的土壤颗粒落入筛分

箱301下方的收集箱二303内，剩余的土壤下落至转运皮带601上，启动电机三605，电机三

605带动转运皮带601转动从而将剩余的土壤输送至收集箱三607内，当输送期间输料管501

内发生堵塞时，用户可拉动把手504，把手504带动横移板506在输料管501的外壁上滑动，横

移板506带动推杆510和钻头511在输料管501内左右移动，对输料管501进行疏通，疏通完毕

后横移板506可通过复位弹簧二507回到初始位置，以上便是本发明整体的工作流程，下次

使用时重复此步骤即可。

[0055] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存

在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖

非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要

素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备

所固有的要素。

[0056] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换

和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

[0057] 以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术

人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相

似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。