一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法与流程

本发明涉及土木工程学科的室内土工测试领域，特指一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法。

背景技术：

随着对建筑物的安全性要求不断提高，设计之初就需对现场试样进行力学测试。地基的主要破坏形式是剪切破坏，直剪试验是确定土体抗剪强度的常用方法。在测试土体的抗剪强度前，需将准备好的土样放入环刀中，利用锤击法制成直径61.8mm、高20mm的标准环刀试样，然后脱模取出环刀内的标准试样，进行直剪试验测量其力学性能。目前，试验的传统脱模方式是先将卡住环刀的脱模圆环放在直剪仪盒上，再将环刀试样安放在脱模圆环。通过在环刀试样上放置一个圆柱体，对圆柱体施压，从而将环刀内试样压入直剪仪盒中。在脱模过程中，由于无法控制对环刀试样的施加压力，容易给试样带来不同程度上的扰动，使同一批直剪试样脱模后同一性较低。而且，传统脱模方式一次性脱模数量单一，使得完成全部试样的脱模时间相对较长。

针对这些问题研究人员做出了以下改进：“土工环刀脱膜器(申请号：cn201520392125.3)”通过压杆带动击锤使压头下压来提高脱模效率，但在脱模过程中仍然会对硬度不高试样产生较大的扰动。“一种土工环刀脱模器(申请号：cn201520337465.6)”和“一种用土工试验用环刀脱模器(申请号：cn201720553147.2)”，固定环刀不动，通过千斤顶对环刀内的试样施压，使环刀内的试样顶出环刀。这种改进方法可以节省人力、提高脱模效率，但对试样仍存在的一定扰动性。由于直剪试验对试样的完整性和同一性要求较高，而现有的脱模方法都是固定环刀不动，对环刀内的试样施加竖向压力，使环刀与试样分离。这些脱模方法都是对环刀中的试样间接做功，使得难以制出差异较小、扰动性较小的同批次试样。

因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法，以解决现有的脱模设备在脱模过程中对试样的扰动性过大、环刀试样脱模后的同一性较低、一次性脱模数量单一等问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法，包括如下步骤：

(1)制备环刀试样。在环刀内壁涂抹润滑剂，利用锤击法将准备好的土样在环刀内分层击实，最终制成标准环刀试样；

(2)在脱模机构的下方设置脱模台，脱模台只能阻碍环刀试样内部的试样而不会阻碍外圈的环刀；

(3)将环刀试样安放到脱模机构的环刀固定筒中固定；

(4)将脱模机构中的升降旋轴连接筒和动力机构的升降旋轴连接；

(5)脱模，通过动力机构控制脱模机构下降，在脱模台的作用下使环刀和试样完全分离；松开脱模机构对环刀的固定，使脱模机构回升；

(6)在脱模台上的试样上依次安放滤纸、滤石，然后将脱模台与试样一同从脱模台卡槽中移出；

(7)将直剪仪下盒对准脱模台，使滤石和试样填满直剪仪下盒的试样卡槽，垂直翻转脱模台和直剪仪下盒后，移开脱模台，从而完成初步装样，重复上述步骤(6)(7)，将剩余的3个试样装入直剪仪盒；

(8)整理仪器，完成脱模。

主要运用了“动环刀不动土”的思想，在取样过程中避免了对试样的扰动。对于含水率较高、养护时间较短、受力后易发生变形的试样，适用性较强。避免了传统脱模方法对试样施加竖向压力，保证了试样的完整性，提高了脱模成功率。

进一步，所述脱模机构包括升降旋轴连接筒、环刀固定筒，升降旋轴连接筒设置在环刀固定筒上，升降旋轴连接筒与动力机构连接，动力机构控制脱模机构上下升降，环刀固定筒用于固定环刀试样，脱模台设置在环刀固定筒下方。

进一步，所述动力机构包括升降旋轴，升降旋轴由电机室控制升降，升降旋轴与升降旋轴连接筒通过螺纹连接。

进一步，所述步骤(5)脱模的过程具体为：

(5.1)旋降升降旋轴，启动动力机构的电源开关，按动动力机构的升降开关下键，升降旋轴带动脱膜机构一起向下旋降；

(5.2)分离环刀与试样，在旋降过程中，当脱模机构中环刀试样接触脱模台的脱模圆筒表面时，脱模台对试样的阻碍使得试样不能继续向下移动，环刀仍可以随升降旋轴继续旋降，环刀和试样开始分离，环刀和试样达到完全分离后，关闭电源开关；

(5.3)上升升降旋轴，拧松紧固螺栓，将环刀沿着支撑底座外壁向下，使其安放在底板上，启动电源开关，按动升降开关上键，升降旋轴带动脱模机构向上旋升至距脱模圆筒表面距离大于50mm，关闭电源开关。

进一步，所述升降旋轴是空心薄壁圆环，从上到下贯穿通过电机室，升降旋轴外部设置有升降旋转螺纹，升降旋转螺纹与电机室内的旋转空心圆筒吻合连接，电机室驱动旋转空心圆筒使升降旋轴上下升降。

进一步，所述环刀和试样分离后，将直剪仪下盒倒扣在试样上，使试样填满直剪仪下盒的试样卡槽。

进一步，所述直剪仪下盒主体为剪切盒，所述试样卡槽位于剪切盒上表面中心处，试样卡槽四周开设有销钉孔，试样卡槽中设置有滤石、滤纸。

进一步，所述脱模台设置在支撑机构上，支撑机构底部为底板，底板上表面固接有4个大小相同的支撑底座，底板两侧设置有支撑板，支撑底座上表面中心处设有脱模台卡槽。

进一步，所述脱模台由脱模圆筒和脱模台定位柱组成，所述脱模台定位柱位于脱模圆筒下部，脱模台定位柱与脱模台卡槽相匹配。

进一步，所述环刀固定筒包括外箍圆环，外箍圆环上开设有伸缩缝，所述伸缩缝两侧设置有紧固螺栓孔，紧固螺栓孔之间通过紧固螺栓调节距离。

紧固螺栓可通过紧固螺栓孔将环刀试样固定在环刀固定筒内部。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明脱模方法主要运用了“动环刀不动土”的思想，在取样过程中避免了对试样的扰动，对于含水率较高、养护时间较短、受力后易发生变形的试样，适用性较强；

(2)本发明在取样过程中，避免了传统脱模方法对试样施加竖向压力，保证了试样的完整性，提高了脱模成功率；

(3)本发明脱模方法用电动代替手动，节省了人力，且一次性可脱模多个，大大提高了脱模效率；

(4)本发明中的脱模机构中的环刀固定筒设有伸缩缝，不仅可以节约材料，还可以有效调节紧固螺栓，实现脱模机构与环刀之间紧密结合或分离；

(5)本发明的脱模机构中的升降旋轴连接筒设有的外螺纹，与脱模连接槽的内螺纹相匹配，在连接升降旋轴连接筒与脱模连接槽时，更加方便、快捷、省力；

(6)本发明中的脱模台与支撑底座采用榫接，在垂直翻转脱模台与直剪仪下盒时，使手动装样过程更加方便、快捷；

(7)整个机构简单、精巧、性价比高，能够大规模生产。

附图说明

图1本发明的示意图；

图2本发明的直剪仪下盒示意图；

图3本发明的环刀试样示意图；

图4本发明的动力机构示意图；

图5本发明升降旋轴与旋转空心圆筒连接示意图；

图6本发明的支撑机构示意图；

图7本发明的脱模台机构示意图；

图8本发明的脱模机构示意图；

图9本发明的单个试样脱膜过程示意图之一；

图10本发明的单个试样脱模过程示意图之二；

图11本发明的单个试样脱模过程示意图之三；

图12本发明的试样进入直剪仪下盒过程示意图之一；

图13本发明的试样进入直剪仪下盒过程示意图之二；

标号说明

直剪仪下盒1，剪切盒11，试样卡槽12，销钉孔13，环刀试样2，试样21，环刀22；动力机构3，电机室31，电源开关32，升降旋轴33，升降开关34，升降旋轴螺纹35，脱模连接槽36，旋转空心圆筒37，支撑机构4，底板41，支撑板42，支撑底座43，脱模台卡槽44，脱模台5，脱模圆筒51，脱模台定位柱52；脱模机构6，升降旋轴连接筒61，环刀固定筒62，外箍圆环621，伸缩缝622，紧固螺栓623，紧固螺栓孔624，抵触片63。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

结合图1-图13，本发明的一种用于环刀脱模的并联式电动旋转脱模方法，包括用于脱模的直剪仪下盒1、环刀试样2、动力机构3、支撑机构4、脱模台5、脱模机构6。

其中直剪仪下盒1的主体为剪切盒11，试样卡槽12位于剪切盒11上表面中心处。销钉孔13与销钉相匹配，能在竖直方向固定直剪仪下盒1。滤石、滤纸安放在试样卡槽12中。试样21位于环刀22内部。电机室31上有电源开关32、升降开关34，且从上到下贯穿有升降旋轴33。升降旋转螺纹35位于升降旋轴33外部，脱模连接槽36位于升降旋轴33内部。旋转空心圆筒37位于电机室31内部，其上均匀分布有内螺纹，与升降旋转螺纹35相吻合。支撑机构4的底部是底板41，其上表面固接有4个大小相同的支撑底座43。支撑板42位于底板41两侧，脱模台卡槽44位于支撑底座43上表面中心处。脱模台5是由脱模圆筒51和脱模台定位柱52组成，位于支撑底座43上部，脱模台定位柱52位于脱模圆筒51下部。脱模机构6的上半部分是带有外螺纹的升降旋轴连接筒61，与脱模连接槽36中的内螺纹相匹配。环刀固定筒62是脱模机构6的下半部分，与升降旋轴连接筒61相固接，由外箍圆环621、伸缩缝622、紧固螺栓623和紧固螺栓孔624组成。紧固螺栓孔624位于伸缩缝622中心两侧，紧固螺栓623可通过紧固螺栓孔624将环刀试样2固定在环刀固定筒62内部。抵触片63位于脱模机构6中心外壁两侧，使动力机构3提供的动力通过抵触片63传递给脱模机构6。

直剪仪下盒1由剪切盒11、试样卡槽12、销钉孔13、销钉、滤纸和滤石组成。

剪切盒11为长120mm、宽120mm、高30mm的长方体。

试样卡槽12为直径61.8mm、深度为15mm的圆柱形凹槽，位于剪切盒11的正中心。

销钉孔13为直径3mm、深7mm的圆柱形凹槽，其体内部设有螺纹。

所述的销钉为直径3mm、长15mm的圆柱体，均匀分布有螺纹，与销钉孔13内部螺纹相匹配。

滤纸形状为圆形，直径为61.8mm。

滤石为直径61.8mm、厚5mm的圆柱体透水石。

环刀试样2由试样21和环刀22组成。

试样21为直径61.8mm、高度20mm的圆柱体试样。

环刀22为内径61.8mm、高度20mm、壁厚2mm的薄壁圆环，其壁厚一端略小于2mm为尖端。

动力机构3由电机室31、电源开关32、升降旋轴33、升降开关34、升降旋转螺纹35、脱模连接槽36、旋转空心圆筒37组成。

所述的电机室31为长度为300mm、宽度为300mm，高度为50mm的空心长方体，内部连接有电机、电极、电线等。

所述的电源开关32为长度15mm、宽度15mm的正方形按钮，按动按钮可使电机室31通电工作。

所述的升降旋轴33是内直径为69.8mm、厚度为2mm、长度为150mm的空心薄壁圆环，共4个。从上到下贯穿通过电机室31，且距电机室31相邻两个侧面均为89.1mm。

所述的升降开关34为长度15mm、宽度30mm长方形按钮，由下键和上键组成。启动电源开关32，按动升降开关34下键，升降旋轴33向下匀速旋转运动；按动升降开关34上键，升降旋轴33向上匀速旋转运动。

所述的升降旋转螺纹35位于升降旋轴33外部，自升降旋轴33顶面开始，长度有130mm。

所述的脱模连接槽36位于升降旋轴34的下部，沿升降旋轴33的底面均匀向上分布有20mm内螺纹。

所述的旋转空心圆筒37是高50mm,内直径73.8mm，壁厚5mm的空心圆柱体，共4个。其内均匀分布有内螺纹，可与升降旋转螺纹35咬合连接。旋转空心圆筒37中部两侧伸出部分与电机室31内的环形轨道搭接，可使电机带动其旋转，从而来带动升降旋轴33旋转上升或旋转下降。

所述的支撑机构4由底板41、支撑板42、支撑底座43、脱模台卡槽44组成。

所述的底板41是长度为300mm、宽度为300mm，厚度为5mm的长方体。

所述的支撑板42是长度为300mm、宽度为5mm、高度为200mm的长方体，共两个。其下部与底板41相连，并对称分布在底板41两侧。

所述的支撑底座43是直径为61.8mm、高度为40mm的实心圆柱体。共5个，其中4个均匀固定在底板41上。每个支撑底座43的中心与底板41边缘最近的距离都是89.1mm，且它们中心轴与升降旋轴33中心轴重合。另外1个单独放在实验桌上，以备装样时使用。

所述的脱模台卡槽44是边长为20mm的立方体凹槽，其位于支撑底座43顶面中心处。

所述的脱模台5由脱模圆筒51和脱模台定位柱52组成。

所述的脱模圆筒51是外直径为61.8mm、壁厚为2mm、高度为40mm的内部空心圆柱体，其上顶面、下底面均是封闭的。

所述的脱模台定位柱52是连接在脱模圆筒51底面中心处凸出的实心立方体块。其边长为20mm，可与支撑机构4中的脱模台卡槽44相榫接。

所述的脱模机构6是由升降旋轴连接筒61、环刀固定筒62和抵触片63组成。

所述的升降旋轴连接筒61位于脱模机构6的上半部分，是外直径为69.8mm、壁厚2mm、高度20mm，有均匀分布外螺纹的空心圆筒。

所述的环刀固定筒62位于脱模机构6的下半部分，与升降旋轴连接筒61相固接。

所述的外箍圆环621是内直径为65.8mm、壁厚2mm、高度为20mm的空心圆筒，为环刀固定筒62主体部分。

所述的伸缩缝622是高度为20mm，宽度为4mm缺口。

所述的紧固螺栓623由螺杆和螺帽组成，螺杆是直径为5mm、长度为10mm，带有螺纹的实心圆柱体；螺帽是直径为9mm，厚为2mm的实心圆柱体。可通过调节紧固螺栓623来实现伸缩缝622伸缩。

所述的紧固螺栓孔624位于环刀固定筒62的伸缩缝621中心两侧，左侧紧固螺栓孔的直径为5mm，其上设有螺纹；右侧紧固螺栓孔的直径也为5mm，其上不设螺纹。

所述的抵触片63是边长为4mm的实心立方体，其对称固接在脱模机构6中部外侧上。

本发明具体使用方法包括如下步骤：

(1)制备环刀试样。在环刀22内壁涂抹润滑剂，利用锤击法将准备好的土样在环刀22内分层击实，最终制成标准环刀试样2。

(2)安装脱模台。将脱模台5的脱模台定位柱52安放在支撑机构4的脱模台卡槽44中，使其组装成一个整体，依次操作剩余三个脱模台5。

(3)固定环刀试样。将环刀试样2尖端朝下，安放到脱模机构6的环刀固定筒62中。拧紧紧固螺栓623，使环刀22被紧固在环刀固定筒62的内部，依次操作剩余三个环刀试样2。

(4)连接脱模机构与升降旋轴。将脱模机构6中的升降旋轴连接筒61旋进升降旋轴33中的脱模连接槽36中，直至升降旋轴33的薄壁顶住脱模机构6中心两侧的抵触片63，依次操作剩余三个脱模机构6。

(5)脱模。

(5.1)旋降升降旋轴。启动电源开关32，按动升降开关34下键，升降旋轴33带动脱膜机构6一起向下旋降。

(5.2)分离环刀与试样。在旋降过程中，当脱模机构6中环刀试样2接触脱模台5的脱模圆筒51表面时，脱模台5对试样21的阻碍使得试样21不能继续向下移动。环刀22仍可以随升降旋轴33继续旋降，环刀22和试样21开始分离。环刀22和试样21达到完全分离后，关闭电源开关32。

(5.3)上升升降旋轴。拧松紧固螺栓623，将环刀22沿着支撑底座43外壁向下，使其安放在底板41上。启动电源开关32，按动升降开关34上键，升降旋轴33带动脱模机构6向上旋升至距脱模圆筒51表面距离大于50mm，关闭电源开关32。

(6)移出脱模台。在脱模台5上的试样21上依次安放滤纸、滤石，然后将脱模台5与试样21一同从脱模台卡槽44中移出，放入实验桌上的支撑底座43。

(7)安装试样。将直剪仪下盒1中心对准脱模台5中心，缓缓下移直剪仪下盒1，使滤石和试样21填满直剪仪下盒1的试样卡槽12。同时垂直翻转脱模台5和直剪仪下盒1后，移开脱模台5，从而完成初步装样。重复上述步骤(6)(7)，将剩余的3个试样21装入直剪仪下盒。

(8)整理仪器。试样21安装完成后，从升降旋轴33上旋出脱模机构6。取出位于支撑底座43下部的环刀22，整理干净所有仪器设备并复原其位置。

上述仅为本发明的具体实施例，同时凡本发明中所涉及的如“上、下、左、右、中间”等词，仅作参考用，并非绝对限定。凡利用本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。