本發明屬于土工試驗，尤其涉及一種基于斷電限位器的擾動土自動化分層制樣裝置與方法。

背景技術：

1、制備擾動土試樣是土力學研究領域中的一項基本技術。在土工室內試驗中，制備擾動土試樣的過程通常涉及制樣和脫模兩個獨立步驟，這些步驟往往需要在不同的設備上依次進行，實驗室工作人員需要在不同的設備之間轉移土樣，而不是通過一個一體化的設備來完成，缺乏一體化設備的便捷性。

2、土工試驗結果的可靠性在很大程度上取決于土樣的制備精度。在工程實踐中，擾動土樣的制備可以采用擊樣法、擊實法和壓樣法。其中，壓樣法因其操作簡便、制樣周期短和易于控制試樣均勻性等優勢，在土工試驗中更為常用。擊樣法因沖擊荷載可能影響土樣均勻性和力學性質。擊實法雖避免了沖擊荷載，但操作復雜且可能因壓力不均影響土樣。整體而言，壓樣法在保持土樣結構和減少擾動方面優于擊樣法和擊實法，但是壓樣時的過壓和欠壓會影響土樣質量和試驗結果的準確性。

3、脫模是擾動土試樣制備的最后一道工序，脫模步驟的準確性和謹慎性對于確保實驗結果的有效性非常重要。擾動土試樣脫模一般采用人工直接敲擊脫模法和電動脫模試驗機脫模法，然而，兩種脫模方法都有其局限性，具體來說，人工直接敲擊脫模法效率低下，成品合格率低；電動脫模試驗機脫模法的裝置體積較大且功能局限單一、操作復雜、脫模所需人力物力成本高、效率低。

4、因此，研發一種集制樣、脫模功能于一體，并能夠精確分層壓實、快速高效脫模的擾動樣自動化制樣裝置和方法具有重要的現實意義和實用價值。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種基于斷電限位器的擾動土自動化分層制樣裝置與方法，以解決上述問題。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

3、一種基于斷電限位器的擾動土自動化分層制樣裝置，包括：

4、承載框架模塊；

5、組合式制樣筒，可移動設置在所述承載框架模塊上；

6、壓實制樣模塊，安裝在所述承載框架模塊上部，所述壓實制樣模塊設有豎向移動的壓頭，所述壓頭用于將填充在所述組合式制樣筒內的土樣壓實；

7、脫模模塊，安裝在所述承載框架模塊下部，所述脫模模塊包括托盤，所述托盤通過若干彈簧彈性設置在所述承載框架模塊內，帶有壓實土樣的所述組合式制樣筒移至所述托盤上方后，所述壓頭將所述組合式制樣筒內土樣頂出至與所述托盤上以取出土樣；

8、限位模塊，安裝在所述承載框架模塊上，用于控制所述壓頭位移距離。

9、可選的，所述承載框架模塊包括：

10、固定連接的基礎底板、分隔中板和反力頂板，所述基礎底板與所述分隔中板之間設有間隔，所述分隔中板與所述反力頂板之間設有間隔；

11、所述分隔中板中部開設有脫模孔；

12、平移模塊，用于所述組合式制樣筒水平移動，所述平移模塊的固定端固接在所述分隔中板上；

13、所述限位模塊安裝在所述分隔中板上。

14、所述反力頂板的四角開設有過孔，所述分隔中板的四角開設有支撐桿安裝孔，所述基礎底板的四角開設有支撐桿螺紋孔，所述支撐桿螺紋孔內螺紋連接有螺紋支撐桿的底端，所述螺紋支撐桿的頂端依次穿過所述支撐桿安裝孔和所述過孔；

15、所述螺紋支撐桿上螺紋連接有四個六角螺栓，所述分隔中板的頂部和底部分別設置兩個所述六角螺栓，所述反力頂板的頂部和底部分別設置另外兩個所述六角螺栓，兩個所述六角螺栓將所述反力頂板或所述分隔中板夾持并固定。

16、可選的，所述平移模塊包括兩個水平伸縮式滑軌，所述水平伸縮式滑軌的固定端與所述分隔中板頂面固接，兩個所述水平伸縮式滑軌對稱設置在所述脫模孔的兩側，所述水平伸縮式滑軌的活動端固接有輕質伸縮式支撐桿，所述輕質伸縮式支撐桿與所述水平伸縮式滑軌空間垂直；

17、兩個所述水平伸縮式滑軌上滑動連接有同一滑動鋼板的底部，所述滑動鋼板中部開設有限位環槽，所述限位環槽內限位配合有限位鋼環，所述滑動鋼板底部開設有用于與所述水平伸縮式滑軌滑動配合的滑軌限位凹槽。

18、可選的，所述限位模塊包括：

19、伸縮式限位支柱，所述伸縮式限位支柱的底端與所述分隔中板固接，所述伸縮式限位支柱中部可移動設置有若干旋轉限位軸套，所述旋轉限位軸套內側通過若干環繞設置的滾珠與所述伸縮式限位支柱豎直滑動，所述旋轉限位軸套側壁螺紋連接有固定螺栓，所述固定螺栓與所述伸縮式限位支柱側壁摩擦配合使所述旋轉限位軸套與所述伸縮式限位支柱固定；所述伸縮式限位支柱的頂部與所述反力頂板底部觸接；

20、環形滑軌，開設在所述旋轉限位軸套的外側，所述環形滑軌內滑動連接有斷電限位器，所述斷電限位器可接觸設置有金屬限位觸片，所述金屬限位觸片固接在所述壓頭一側。

21、所述伸縮式限位支柱的底端軸接有限位支柱螺紋桿，所述限位支柱螺紋桿螺紋連接有限位支柱螺紋凹槽，所述限位支柱螺紋凹槽開設在所述分隔中板中部。

22、所述伸縮式限位支柱的頂端軸接有圓柱形撐腳，所述圓柱形撐腳的頂部與所述反力頂板底部觸接。

23、可選的，所述壓實制樣模塊包括：

24、多功能伺服電機，固定端固接在所述反力頂板上，所述多功能伺服電機的伸縮端穿過所述反力頂板軸接有壓縮桿的頂端，所述壓縮桿的底端與所述壓頭固接，所述壓縮桿中部一側與所述金屬限位觸片的一端固接。

25、所述壓縮桿頂端開設有與所述多功能伺服電機的伸縮端螺紋連接的壓縮桿螺紋凹槽，所述壓縮桿的底端開設有與所述壓頭螺紋連接的壓縮桿螺紋桿，所述壓縮桿中部一側開設有與所述金屬限位觸片螺紋連接的觸片螺紋凹槽。

26、可選的，所述脫模模塊的所述托盤位于所述分隔中板下方，所述托盤與所述基礎底板通過若干所述彈簧彈性連接，所述托盤下壓后與所述基礎底板限位配合；

27、所述脫模模塊還包括脫模鋼環，所述脫模鋼環安裝在所述脫模孔內，所述脫模鋼環與所述脫模孔限位配合。

28、可選的，所述基礎底板上開設有若干呈矩陣設置的彈簧螺紋凹槽，所述彈簧底部軸接有彈簧螺紋桿，所述彈簧螺紋桿與所述彈簧螺紋凹槽螺紋連接。

29、可選的，所述托盤底部前后兩側分別固接有伸縮式自鎖支撐桿，所述伸縮式自鎖支撐桿限位配合有自鎖扣，所述自鎖扣固接在所述基礎底板上。

30、一種擾動土自動化分層制樣方法，使用上述的一種基于斷電限位器的擾動土自動化分層制樣裝置，包括如下步驟：

31、準備擾動土；

32、組裝設備，將所述組合式制樣筒可移動安裝在所述承載框架模塊上；

33、將首層擾動土填充在所述組合式制樣筒內，并使用所述壓實制樣模塊使所述壓頭將擾動土壓實后，將所述組合式制樣筒移出填充第二層擾動土，隨后壓實，重復該步驟直至所有土層壓實完畢；

34、脫模，使所述壓頭將所述組合式制樣筒內土樣頂出并使其移動至所述托盤上，若干所述彈簧壓縮，直至試樣完全取出后，將試樣用塑料薄膜緊密覆蓋，完成脫模。

35、可選的，所述彈簧數量與所制試樣的重量關系公式：

36、

37、式中：n—彈簧數量，取正整數；

38、n—壓實層數；

39、h—壓實試樣時的每層高度；

40、m—每層試樣質量；

41、g—所述托盤(41)重量,g≥2nmg；

42、k—彈簧剛度；

43、b—所述托盤(41)高度；

44、xmax—彈簧最大壓縮量，xmax≥nh-2。

45、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

46、使用時，首先準備擾動土，隨后組裝設備，將組合式制樣筒可移動安裝在承載框架模塊上；將首層擾動土填充在組合式制樣筒內，并使用壓實制樣模塊使壓頭將擾動土壓實，限位模塊可以控制壓頭位移距離防止過壓、欠壓，首層土壓實后，將組合式制樣筒移出填充第二層擾動土，隨后再次壓實，直至所有土層壓實完畢后脫模，使壓頭將組合式制樣筒內土樣頂出并使其移動至托盤上，若干彈簧壓縮，直至試樣完全取出后，將試樣用塑料薄膜緊密覆蓋，完成脫模。本裝置集制樣、脫模功能于一體，能夠精確分層壓實、快速脫模，整個裝置結構簡單、自動化程度高，可極大地提高試驗精度和效率。