[发明专利]一种超低温固化超饱和土增材制造的装置与方法

权利要求书

1.一种制造超低温固化超饱和土样品的方法，包括以下步骤：

第一步，将原状土体105摄氏度烘干24小时、磨碎、过细目筛，得到质地均匀的土粉；

第二步，使用土粉和纯水测定重塑土饱和含水率，随后添加定量的水获得浆体状态的超饱和重塑土；

第三步，打开挤出器上盖(72)，选取合适的流量控制器(77)插入挤出头中，将浆体注入浆体挤出器(7)中，拧紧挤出器上盖(72)，打开强磁驱动总成(75)，驱动磁转子(74)旋转对浆体进行搅拌；

第四步，打开气压控制器(6)，确定正负压强度和切换时间，确保浆体挤出器(7)腔体在正压时可从挤出头匀速挤出胶体，负压时产生回吸力，防止浆体在待机时滴漏；

第五步，将液氮仓(5)灌满液氮，打开液氮输送泵(52)，使液氮以恒定速率通过液氮输送管(53)注入液氮槽(81)，对铝合金模具壳(82)进行预降温；

第六步，打开滑轨控制器(9)，使各滑轨按照设定轨迹运动，同时总控阀(61)开启，浆体挤出器(7)沿设定轨迹向铝合金模具外壳(82)中挤出浆体，浆体在超低温环境中迅速冻结，并作为后续浆体的成冰核，最终制作出所需尺寸的试件。

2.一种用于实现权利要求1所述用于制作超低温固化超饱和土样品的方法的装置，由底座(1)、双x轴滑轨(2)、y轴滑轨(3)、z轴滑轨(4)、液氮仓(5)、气压控制器(6)、浆体挤出器(7)、试件模具(8)、滑轨控制器(9)组成；

所述双x轴滑轨(2)由主动滑轨(21)和从动滑轨(22)组成，其中主动滑轨(21)内置有电机可使主动x轴滑台(23)沿位于其上的x轴导轨(24)移动，通过固定在x轴滑台(23)之上的y轴滑轨(3)带动另一侧的被动x轴滑台(25)沿位于其上的x轴导轨(24)移动，两滑台台面在运动时始终保持水平；

所述y轴滑轨(3)设有y轴滑台(31)和y轴导轨(32)，y轴滑轨(3)内置有电机可使y轴滑台(31)沿位于其上的y轴导轨(32)移动，y轴滑台(31)台面在运动时始终保持垂直且与y轴和z轴相交而成的平面相平行；

所述z轴滑轨(4)固定在y轴滑台(31)上，z轴滑轨(4)内置有电机可使z轴滑台(41)沿位于其上的z轴导轨(42)移动，z轴滑台(41)台面在运动时始终保持垂直且与y轴和z轴相交而成的平面相平行；

所述液氮仓(5)设有液氮罐(51)、液氮输送泵(52)和液氮输送管(53)，液氮罐(51)设有保温层延长液氮使用时间；

所述气压控制器(6)设有总控阀(61)、接头(62)和气管(63)，总控阀(61)可控制正压或负压，以及气压的具体强度；

所述浆体挤出器(7)设有气管接口(71)、挤出器上盖(72)、浆体搅拌室(73)、磁转子(74)、强磁驱动总成(75)、挤出头(76)、流量控制器(77)和透明观察窗(78)，通过控制流量控制器(77)的大小，可以限制挤出器最大流量，气管(63)与气管接口(71)密封连接，可由总控阀(61)控制挤出器流速与启停，强磁驱动总成(75)使磁转子(74)高速旋转，将腔体中的超饱和土浆体搅拌均匀，通过透明观察窗(78)可以实时监测浆体余量以及均匀程度；

所述试件模具(8)设有液氮槽(81)和铝合金模具壳(82)，液氮输送管(53)将液氮输送至液氮槽(81)内，使铝合金模具壳(82)迅速降至超低温，进入工作状态；

所述滑轨控制器(9)可使双x轴滑轨(2)、y轴滑轨(3)、z轴滑轨(4)协同工作，控制挤出器精确运动，同时联动控制总控阀，当挤出器就位时，总控阀同时开启进行气压调节控制挤出器挤出速率。