本发明涉及一种半自动任意尺寸方形土样切削装置，属于岩土工程中土体力学性能测试相关领域。
背景技术：
随着城市建设的快速发展，实现空间的高效利用成为亟待解决的问题，地下空间开发的规模与深度不断增加，地下空间的开发离不开岩土工程，而在岩土工程中，为了获取土体的应力应变关系，很多情况下对土单元体进行室内试验，可以用来测算土体的相关参数，从而应用到岩土工程的设计与施工当中。然而土样的质量以及制作精度决定了土的单元体试验的顺利开展，如何简便快捷地制作出高质量的土样具有重要的研究意义。土样的形状其中有一种为方形，目前进行方形土样的切削绝大多数都是人工切削，需要花费实验操作人员一定的时间以及精力，其中还有人为因素对土样质量的影响，从而影响了土样的制作精度且效率较低。因此，利用自动化程度较高的实验装置进行方形土样的切削成为迫切需要解决的问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种半自动任意尺寸方形土样切削装置，实现了精度高，且可以节省实验人员人工切削的时间以及精力的半自动任意尺寸方形土样的切削。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种半自动任意尺寸方形土样切削装置，包括切土铁丝，底板、切土铁丝刀架，托盘、竖直钢板、第一步进电机，第二步进电机，第三步进电机和控制器；第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机分别与控制器相连；所述底板两侧开有两条平行的第一滑槽，第一滑槽的侧壁具有齿条结构；切土铁丝刀架由包括两个支架，支架下端水平安装有齿轮，所述齿轮位于第一滑槽内，且与侧壁的齿条结构啮合；所述支架内具有一个竖直的第二滑槽，第二滑槽的一侧具有与第二滑槽相通的槽口；第一步进电机和第二步进电机均嵌入式安装在支架内，第二滑槽内安装有竖直的丝杠，丝杠上安装有滑块，第一步进电机的输出端与丝杠相连；第二步进电机位于所述支架的下端，输出端与齿轮相连；所述切土铁丝的两端与滑块相连；第三步进电机嵌入式安装在底板中心，所述托盘水平安装在底板上，中心轴与所述第三步进电机的输出轴相连；竖直钢板竖直安装在底板上。
进一步地，还包括两条位于两个第一滑槽之间的相互平行的第三滑槽，竖直钢板安装在两个第二滑块上，所述第二滑块在第三滑槽内滑动。
进一步地，所述底板具有位于第三滑槽一侧的刻度线。
进一步地，所述底板具有位于托盘外围的角度刻度线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明由于装置为半自动，且操作简便，可以节省实验操作人员的精力与时间。
2、本发明由于为机械切削，切削精度高，大大降低了人为因素对土样制作质量的影响。
3、本发明由于切削土样为分层逐步切削，切土铁丝的运动速度与每一次的切削量都经严格的控制，大大降低了对土样的扰动。
附图说明
图1为装置主视图：
图2为支架的示意图；
图中，支架1，滑块2，切土铁丝3，待切削土样5、第一步进电机4，第二步进电机6，齿条结构7，托盘8，底板9，齿轮10，第一滑槽11，丝杠12，第二滑槽13、第二滑块14、螺栓15、竖直钢板16、第三滑槽17。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种半自动任意尺寸方形土样切削装置，包括切土铁丝3，底板9、切土铁丝刀架，托盘8，第一步进电机4，第二步进电机6，第三步进电机，控制器；第一步进电机4，第二步进电机6，第三步进电机分别与控制器相连。
所述底板9两侧开有两条平行的第一滑槽11，滑槽11的侧壁具有齿条结构 7；切土铁丝刀架由包括两个支架1，支架1下端水平安装有齿轮10，所述齿轮 10位于第一滑槽11内，且与侧壁的齿条结构7啮合；
所述支架1内具有一个竖直的第二滑槽13，第二滑槽的一侧具有与第二滑槽相通的槽口；第一步进电机4和第二步进电机6均嵌入式安装在支架1内，滑槽内安装有竖直的丝杠12，丝杠12上安装有滑块2，第一步进电机4的输出端与丝杠12相连，第一步进电机4用于驱动滑块2上下运动，从而带动切土铁丝3进行切割；第二步进电机6位于所述支架1的下端，输出端与齿轮10相连；第二步进电机6用于带动刀架在滑槽内移动。
所述切土铁丝3的两端穿过所述槽口，与位于滑槽内的滑块2相连；切土铁丝3在滑块2的带动下可以上下运动，进行土样切割。
第三步进电机嵌入式安装在底板中心，所述托盘8水平安装在底板9上，中心轴与所述第三步进电机的输出轴相连。第三步进电机用于带动托盘转动，托盘用于放置土样以及带动土样进行转动。
作为优选的方案，托盘8上可以具有刻度，方面对准。例如，位于第三滑槽一侧的刻度线、位于托盘外围的角度刻度线。
图中，还包括竖直钢板16，用于辅助水平切割。
对于长度为amm，宽度为bmm，高度为cmm的土样，切削过程包括以下步骤：
(1)初始化，将待切削土样5放置于托盘上，PLC控制器驱动第二步进电机6，使之位于托盘的中心位置；
(2)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3向前或向后移动至1 号位置，即距离初始位置处；
(3)驱动第一步进电机4匀速旋转，使得切土铁丝3的上下运动，即完成了一次上下切割；
(4)驱动第三步进电机带动托盘转动180°角，之后切土铁丝再次完成一次上下运动；
(5)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3向前或向后移动，使之位于距离初始位置的2号位置处；然后按照步骤3-4进行切割；
(6)PLC控制器驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3依次位于3号、4 号、……、7号位置处，并分别按照步骤3-4进行切割；3号位置为距离初始位置4号位置为距离初始位置5号位置为距离初始位置6号位置为距离初始位置7号位置为距离初始位置注意到从1号位置到 6号位置，每一个增量的分母构成斐波那契数列，在切削过程中，为尽量减少对土样的扰动，采取逐步向内切削的方案，一层层切。
(7)驱动第三步进电机带动托盘转动90°角，开始宽度为b的切削，与长度 a的切削过程同理。
(8)将竖直钢板16移动到土样后方，贴住土样，然后通过螺栓15将滑块固定，然后驱动第一步进电机4，使得切土铁丝3位于托盘上方cmm，驱动第二步进电机6，使得切土铁丝3前后切割土样，即完成了长度为amm，宽度为bmm，高度为cmm的土样的切削。