CN100573098C - 岩石耐磨试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能获取各种试验过程数据，实时记录，精确方便，有利于岩石耐磨试验过程和机制研究的岩石耐磨试验仪。其特征是能够获得试验过程中的钢针水平位移值、力值，钢针磨蚀长度值，岩石凹痕深度；能够方便精确的获得瑟恰耐磨指数；能够精确控制钢针水平运动速度和距离。采用光栅位移传感器，测量试验过程中钢针水平位移值和垂向位移值；采用力传感器测量试验过程中钢针运动所受摩擦力；采用钢针磨蚀宽度测量装置测量钢针磨蚀宽度；采用显微测量仪测量岩石凹痕深度；采用步进电机控制钢针水平运动速度和距离。

Description

岩石耐磨试验仪

技术领域

岩石性质试验技术领域

背景技术

国际上关于岩石耐磨试验方法主要是瑟恰(CERCHAR)耐磨试验，这种方法的规程为：将锥角为90°的钢针上覆7kg的重物，针尖作用于岩石的平滑表面，沿水平方向以10mm/min的速度运动10mm，取下钢针，测量针尖宽度值，单位为0.1mm，即为瑟恰耐磨指数。瑟恰耐磨指数为隧道掘进和矿山开采中非常重要的设计指标，但国内目前没有瑟恰耐磨指数的测试仪器。

虽然瑟恰耐磨试验是广泛使用的岩石耐磨性测试方法，但国际上常用的测试仪器仍有许多不足之处：钢针水平运动速度控制依靠手动，增大了试验的差异性；试验后钢针针尖宽度测量依靠显微测量，精度有限且不方便；无法记录岩石凹痕特征，不利于耐磨机制分析；不能记录钢针水平运动时的力值和位移值，不利于耐磨机制分析；不能动态记录试验过程数据，不利于试验过程分析。

总之，目前国内没有岩石耐磨性试验的测试仪器，且国际现有的测试技术存在许多不足，不能满足岩石耐磨性研究的需要。

发明内容

本发明提供一种能获取各种试验过程数据，实时记录，精确方便，有利于岩石耐磨试验过程和机制研究的岩石耐磨试验仪。其特征是能够获得试验过程中的钢针水平位移值、力值，钢针磨蚀值，岩石凹痕深度；能够方便精确的获得瑟恰耐磨指数；能够精确控制钢针水平运动速度和距离。

岩石耐磨试验仪，由耐磨试验装置部分和量测记录部分组成，所述耐磨试验装置部分由钢柱3和钢板4组成的框架，虎钳10，下夹具11，钢块9，钢针12，变速箱15，步进电机16，钢垫17和导轨18组成；所述量测记录部分由垂向光栅位移传感器5，水平光栅位移传感器14，力传感器13，AD转换器2，计算机1，钢针磨蚀宽度测量装置和显微测量仪组成。

基本原理与技术：根据岩石耐磨性试验原理，国际现有的岩石耐磨试验装置仅能获得瑟恰耐磨指数，不能获得岩石凹痕特征，不能获得钢针水平位移值、力值，不能精确控制钢针水平运动速度和距离；不能实时获得试验过程数据。采用岩石耐磨试验仪不仅能获得常规的瑟恰耐磨指数，还能获得以上各项试验过程数据。

岩石耐磨试验仪主要由耐磨试验装置部分和量测记录部分组成。

耐磨试验装置由钢柱3和钢板4组成的框架，虎钳10，夹具11，钢块9，钢针12，变速箱15，步进电机16，钢垫17和导轨18组成。钢柱3和钢板4组成固定的刚性框架，钢垫17固定在框架底层的钢板上，钢垫17上部与虎钳10底部通过导轨18连接起来，使虎钳只能水平一向运动，虎钳右端通过连杆和变速箱15连接，变速箱15与步进电机16连接，步进电机16则可通过变速箱15精确控制虎钳的水平运动速度和距离。

钢块9通过连杆21与下夹具11连接，下夹具11置于框架中层钢板4的底部，上夹具22固定在上层钢板4的顶部，连杆21可在框架中层和上层钢板4中孔垂向自由移动，钢块9、连杆21和下夹具11的总质量为7kg，下夹具11用于夹持钢针12，上夹具22用于夹持连杆21。

量测记录部分由垂向光栅位移传感器5，水平光栅位移传感器14，力传感器13，AD转换器2，计算机1，钢针磨蚀宽度测量装置和显微测量仪组成。垂向光栅位移传感器5通过钢线6、滑轮7和滑轮支架8与连杆21顶部连接，试验时，垂向光栅位移传感器5可实时量测钢针12磨蚀长度与岩样凹痕深度的和；水平光栅位移传感器14通过钢线6与虎钳10右端连接，力传感器13固定在虎钳10右端，与变速箱15连杆接触，当步进电机16驱动虎钳10水平运动时，可实时量测虎钳10位移值和所受的力值；AD转换器2与垂向光栅位移传感器5，水平光栅位移传感器14，力传感器13通过传感器引线20连接，AD转换器2与计算机1连接，则可实时记录试验数据。

钢针磨蚀宽度测量装置由千分表23，滑垫24和钢套筒25组成。千分表23固定在钢套筒25的左侧，千分表触头26与滑垫24接触，滑垫24为钢垫，只能水平移动。将试验后钢针27从钢套筒25左侧插入到底，由于钢针锥角为90°，锥端底直径为10mm，假设千分表23读数为x，单位为μm，则钢针磨蚀宽度为2×(5-1000x)mm，将钢针磨蚀宽度值的单位转换成0.1mm即为瑟恰耐磨指数。

显微测量仪用来测量试验后岩样各点凹痕深度，用垂向光栅位移传感器5的读数，减去对应时刻凹槽的深度，即为试验过程中钢针的磨蚀长度值。

附图说明

图1：岩石耐磨试验仪剖面图

图2：岩石耐磨试验仪A-A剖面图

图3：钢针磨蚀宽度测量装置剖面图

1：计算机；2：AD转换器；3：钢柱；4：钢板；5：垂向光栅位移传感器；6：钢线；7：滑轮；8：滑轮支架；9：钢块；10：虎钳；11：下夹具；12：钢针；13：力传感器；14：水平光栅位移传感器；15：变速箱；16：步进电机；17：钢垫：18：导轨；19：虎钳手柄；20：传感器引线；21：连杆；22：上夹具；23：千分表；24：滑垫；25：钢套筒；26：千分表触头；27：试验后钢针

具体实施方式

1.将上夹具22夹住连杆21，使连杆21、钢块9和下夹具11固定；将边长为30mm的立方柱岩样水平放在虎钳10中，转动虎钳手柄19，使岩样固定；打开计算机1、AD转换器2和步进电机16的电源，调好步进电机16的速度和时间，开动步进电机16，同时计算机1开始记录力传感器13数据，直至步进电机16停止；松开虎钳手柄19，取下岩样。

2.将钢针12放入下夹具11中，钢针12锥尖向下，拧紧下夹具11，固定钢针；将边长为30mm的立方柱岩样放在虎钳10中，转动虎钳手柄19，使岩样固定；松开下夹具11，使钢针锥尖与岩样表面接触，再拧紧下夹具11；松开上夹具22。

3.打开计算机1、AD转换器2和步进电机16的电源，调好步进电机16的速度和时间，开动步进电机16，耐磨试验开始，同时计算机1开始记录各传感器数据，直至步进电机16停止。

4.步进电机16停止工作后，保存计算机1记录的数据，此次记录的力值减去步骤1记录的力值即为钢针12水平运动实际所受的摩擦力；拧紧上夹具22，松开下夹具11，转动虎钳手柄19，使虎钳10松开，取出岩样，之后取出钢针12。

5.将试验后钢针27插入钢套筒25中，直到不能进入为止，记下千分表23的读数，通过计算得出瑟恰耐磨指标；将岩样凹槽中岩屑用电吹风吹净，放在显微测量仪下，测量并记录凹槽各点的深度，用计算机1中存储的垂向光栅位移传感器5的值，减去对应时刻凹槽的深度，即为试验过程中钢针12的磨蚀长度值。

Claims (3)

1.一种岩石耐磨试验仪，其由耐磨试验装置部分和量测记录部分构成，所述耐磨试验装置部分由钢柱(3)和钢板(4)组成的框架，虎钳(10)，下夹具(11)，钢块(9)，钢针(12)，变速箱(15)，步进电机(16)，钢垫(17)和导轨(18)组成；所述量测记录部分由垂向光栅位移传感器(5)，水平光栅位移传感器(14)，力传感器(13)，AD转换器(2)，计算机(1)，钢针磨蚀宽度测量装置和显微测量仪组成；钢针磨蚀宽度测量装置由千分表(23)，滑垫(24)和钢套筒(25)组成，千分表(23)固定在钢套筒(25)的左侧，千分表触头(26)与滑垫(24)接触，滑垫(24)为钢垫，只能水平移动；该耐磨试验仪能够获得试验过程中的钢针(12)水平位移值、力值，钢针(12)磨蚀长度值，岩石凹痕深度；能够方便精确的获得瑟恰耐磨指数；能够精确控制钢针(12)水平运动速度和距离。

2.根据权利要求1所述的岩石耐磨试验仪，钢柱(3)和钢板(4)组成固定的刚性框架，钢垫(17)固定在框架底层的钢板上，钢垫(17)上部与虎钳(10)底部通过导轨(18)连接起来，使虎钳只能水平一向运动，虎钳右端通过第一连杆和变速箱(15)连接，变速箱(15)与步进电机(16)连接，步进电机(16)可通过变速箱(15)精确控制虎钳的水平运动速度和距离；钢块(9)通过第二连杆(21)与下夹具(11)连接，下夹具(11)置于框架中层钢板(4)的底部，上夹具(22)固定在上层钢板(4)的顶部，第二连杆(21)可在框架中层和上层钢板(4)中孔垂向自由移动，下夹具(11)用于夹持钢针(12)，上夹具(22)用于夹持第二连杆(21)。

3.根据权利要求2所述的岩石耐磨试验仪，垂向光栅位移传感器(5)通过钢线(6)、滑轮(7)和滑轮支架(8)与第二连杆(21)顶部连接；水平光栅位移传感器(14)通过钢线(6)与虎钳(10)右端连接，力传感器(13)固定在虎钳(10)右端，与变速箱(15)第一连杆接触，当步进电机(16)驱动虎钳水平运动时，可实时量测虎钳(10)位移值和所受的力值；AD转换器(2)与垂向光栅位移传感器(5)，水平光栅位移传感器(14)，力传感器(13)通过传感器引线(20)连接，AD转换器(2)与计算机(1)连接，可实时记录试验数据。

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