CN102172876A - 防碎裂型岩石试样切磨装置及其切磨工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是防碎裂型岩石试样切磨装置及其切磨工艺，其中的防碎裂型岩石试样切磨装置的电机带动两个并列的传动轴，一个传动轴安装金刚石切割片，另一个传动轴安装打磨砂轮，夹持装置与金刚石切割片、打磨砂轮相对；给进装置可沿底座运行，调节夹持装置与金刚石切割片、打磨砂轮之间的位置；夹持装置有一个夹持器，夹持器从支架中穿过，夹持器是分体的，上夹持体与下夹持体扣合后形成圆柱形的夹持腔，上夹持体设置有夹紧摇柄，夹紧摇柄穿过支架与上夹持体螺纹连接，夹持器上安装有冷却管，冷却管的喷嘴位于夹持腔的前面位置。本发明将切割与打磨于一机实现，解决了岩样易被夹裂的问题，操作简便、成功率高。

Description

防碎裂型岩石试样切磨装置及其切磨工艺

一、     技术领域：

本发明涉及的是主要应用在岩石力学工程、岩土力学工程、石油工程及采矿工程等领域中的岩石力学试样的制备工具，具体涉及的是防碎裂型岩石试样切磨装置及其切磨工艺。

二、背景技术：

为了解地表及地下深层岩石的物理力学性质，岩石力学工程、岩土力学工程、石油工程及采矿工程等领域中的学者们每年要进行大量岩石力学实验。当前，国内外岩石力学测试使用的试样尺寸多为φ25mm*50mm或φ50mm*100mm。由于深部地层取心尺寸较小（一般为φ100mm的圆柱形岩心），且数量少，石油工程中测试深部地层岩石的力学性质，常用φ25 mm *50mm的岩石试样。一些结构松散的软质岩石（如泥岩、页岩）、层理明显或裂纹明显的硬脆性岩石（如油页岩、页岩和泥岩等）试样的切磨是岩石力学试样制备过程中的一大难题。使用一些特殊的方法，这些岩石试样的切磨虽能成功，但在切磨时大量胚样由于自身缺陷出现耗损，造成这类岩石的力学参数测试成为困难。

在本发明做出之前，现有技术对这类岩石的切磨主要在常规切割机、打磨机上分别进行。无论是切还是磨，这种技术的成功率都很低，而其操作要极为细致，效率低下，另外，由于夹持岩样的工具为直杆，导致岩样局部受力集中，易夹裂岩样，而且不管是切还是磨，都需要将岩石试样夹持在夹持装置中，不仅操作繁杂，需要反复安装岩石试样，更是增加了岩石试样被夹裂的机会，如此不只提高室内实验的成本，造成实验滞后，也极大地限制了现场工程进度和提高施工成本。

三、发明内容：

本发明的一个目的是提供防碎裂型岩石试样切磨装置，本发明的另一个目的是提供防碎裂型岩石试样切磨装置的切磨工艺，它用于解决现在制备岩石试样需要切、磨分别在切割机、打磨机上进行，操作复杂、成功率低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种防碎裂型岩石试样切磨装置由底座上安装切磨装置、夹持装置、给进装置构成，切磨装置有一个电机，该电机带动两个并列的传动轴，一个传动轴安装金刚石切割片，另一个传动轴安装打磨砂轮，夹持装置与金刚石切割片、打磨砂轮相对；给进装置可沿底座运行，调节夹持装置与金刚石切割片、打磨砂轮之间的位置；夹持装置有一个夹持器，夹持器从支架中穿过，夹持器是分体的，上夹持体与下夹持体扣合后形成圆柱形或正六边形的夹持腔，上夹持体设置有夹紧摇柄，夹紧摇柄穿过支架与上夹持体螺纹连接，夹持器上安装有冷却管，冷却管的喷嘴位于夹持腔的前面位置。

上述方案中夹持装置固定在底座上，给进装置与底座通过纵向设置的导轨滑道连接，给进装置与其上部的切磨装置通过横向设置的导轨滑道连接，给进装置上带有摇柄，切磨装置上也带有摇柄。

上述方案中切磨装置固定在底座上，给进装置与底座通过纵向设置的导轨滑道连接，给进装置与其上部的夹持装置通过横向设置的导轨滑道连接，给进装置上带有摇柄，夹持装置上也带有摇柄。

上述方案中夹紧摇柄与支架螺纹连接，以进一步确保夹紧摇柄夹紧上夹持体时不产生倾斜。

上述方案中夹持器的上下两个夹持面上还有一层软质橡胶层，这样，能够使夹持力更均匀的分布于岩样，进一步防止岩样碎裂。

上述防碎裂型岩石试样切磨装置的切磨工艺为：

一、将金属工作台底座固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体平面上；

二、打开夹持器，将夹持器内壁碎屑等杂物清理干净，在试样外表面围裹一层1mm-10mm左右的软质垫片，垫片材料可以是橡胶或布，再将二者放入夹持器内并合上夹持器；

三、放入到夹持器中岩石试样，其出露长度在5-10mm，出露长度指的是试样的不平端面中距离夹持器最近的距离；

四、在夹持器夹紧之前，检查夹持器壁面是否平行；如果平行则夹紧夹持器，但要注意力度；如果不平行，则打开夹持器重新围裹软质垫片；

五、打开冷却管，不同的岩石试样需要的冷却方式不同，根据试样需要可以选择水冷或风冷；

六、打开切磨装置电源，当电机带动的金刚石切割片和打磨砂轮运动振动平稳后开始切割及打磨；

七、通过给进装置来调整岩样与金刚石切割片和打磨砂轮之间的距离，最终实现切割和打磨；在试样切割和打磨过程，给进过程一定要平稳，当感觉阻力较大要退回来重新给进；

八、当切磨刀具每钻进5mm-10mm时，退回重新给进，实现短程给进操作工艺，如此反复直到试样切割完成。

有益效果：

（1）本发明将切割与打磨于一机实现，仅需要安装一次岩样，通过移动给进装置，就可实现切割与打磨，避免了安装岩样的麻烦及安装岩样时可能导致岩样碎裂的问题，同时，由于夹持装置有一个圆柱形或梯形的夹持腔，另外，夹紧摇柄穿过支架后与上夹持体螺纹连接，可确保夹紧摇柄直上直下地运行，可防止岩样局部受力集中，被夹裂现象发生，操作简便、成功率高。

（2）本发明通过设备底座、夹持装置、控制装置、动力装置和冷却装置，加强了软脆性岩石切磨设备工作的稳定性，既能有效地清洁岩石碎屑和粉尘，又能及时冷却切磨刀具，防止切磨刀具有高温而过度磨损。

（3）本发明在夹持装置与试样之间添加了橡胶等软质垫层，使夹持装置夹持岩样更加稳定，其次在他们之间存在振动的缓冲层。传统金属夹持装置表面与岩石试样多为点线直接接触，造成岩石试样受力十分不均，对软脆试样易被夹碎。其次在切磨时，岩石试样易松动，造成切磨失败。优化了夹持装置的结构之后，泥岩受力更加合理，杜绝了夹持装置将试样夹碎的事件发生。

（4）本发明细化了切磨操作工艺，防止了刀具与岩石试样摩阻力过大，造成试样被扭断和打断，在取样过程中强化了短程给进操作工艺。按该工艺操作，大大提高软脆性岩石切磨的成功率。

（5）本发明第一步中平整水泥、岩石等硬质实体平面的表面，使其表面十分平整，强化了设备底座安装的稳定性，设备底座安装不稳定性，在切磨过程中振动幅度大，软脆性岩石试样易在振动下沿层理破裂或解体。强化设备底座安装的稳定性，减小了取样装置旋转时的自身振动振幅，大大降低了设备的振动将试样振裂的情况发生。

四、附图说明：

图1为本发明第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明第二种实施方式的结构示意图；

图3为本发明中夹持装置的结构示意图；

图4为本发明中夹持装置另一种实施方式的结构示意图。

1底座   2给进装置   3摇柄   4导轨滑道   5切磨装置   6打磨砂轮   7金刚石切割片  8导轨滑道   9夹持器   10夹紧摇柄   11冷却管  12喷嘴  13支架

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种防碎裂型岩石试样切磨装置由底座1上安装切磨装置5、夹持装置、给进装置2构成，底座1是一个具有一定重量金属工作台，切磨装置5有一个具有一定功率的电机，该电机带动两个并列的传动轴，一个传动轴安装金刚石切割片7，另一个传动轴安装打磨砂轮6，电机及传动轴被封闭在切切磨装置5的箱体内，金刚石切割片7和打磨砂轮6并排裸露在箱体的一个面上，打磨砂轮6用来打磨岩石试样端面，金刚石切割片7用来切割较长的岩石试样，夹持装置与金刚石切割片7、打磨砂轮6相对；夹持装置固定在底座1上，给进装置2与底座1通过纵向设置的导轨滑道4连接，给进装置2上带有摇柄3，给进装置2与其上部的切磨装置5通过横向设置的导轨滑道8连接，切磨装置5上也带有摇柄。给进装置2可沿底座1运行，用于调节夹持装置的夹持器9与金刚石切割片7、打磨砂轮6之间的位置，使金刚石切割片7或打磨砂轮6能够对夹持器9内的岩样进行切割或打磨，即通过旋转上述两个摇柄3可以使给进装置2和切磨装置5在底座1上实现左右及前后的平面运动，以完成切割或打磨任务，整个切割及打磨任务只需要往夹持器9中安装一次岩样。

如图3所示，夹持装置的夹持器9从支架13中穿过，夹持器9是分体的，上夹持体与下夹持体扣合后形成圆柱形的夹持腔，上夹持体设置有夹紧摇柄10，夹紧摇柄10穿过支架13与上夹持体螺纹连接，夹紧摇柄10与支架13螺纹连接，夹持器9上安装有冷却管11，冷却管的喷嘴12位于夹持腔的前面位置，冷却管11为普通小尺寸软管或金属管，对于风冷需要连接空压机或吹风机，水冷需要连接水管，通过喷嘴12喷射水或空气等物质冷却及净化试样与刀具。

给进装置2是一种能够控自身横纵运动机构，本实施方式为采用导轨运行方式，它还可以采用螺纹运行。

本发明中夹持装置的夹持腔还可是正六边形的，参阅图4所示。

这种防碎裂型岩石试样切磨装置的切磨工艺为：

（1）将底座1稳固地固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体的表面上，检查底座1固定是否稳定，并打切磨装置5观察其振动情况，检查完毕，关闭切磨装置5。

（2）旋转夹紧摇柄10，打开夹持器9，将包有垫片的圆柱形试样放入夹持器9中，反向旋转夹紧摇柄10，关闭夹持器9，并夹紧圆柱形试样。

（3）调整冷却管11上的喷嘴12，保证其能实现冷却净化功能。

（4）旋转摇柄3，将给进装置2和切磨装置5移动到适当的位置，打开切磨装置5和冷却管11。

（5）旋转摇柄3，移动切磨装置5进行切割及打磨工艺。

（6）在切割过程中，当金刚石切割片7每切割3mm-5mm时，退后金刚石切割片9上提金刚石切割片7至试样外部，然后重新给进金刚石切割片7，再切割3mm-5mm，如此反复。

（7）当岩石试样切磨完成，关闭切磨装置5和冷却管11。

（8）旋转夹紧摇柄10，打开夹持器9，将包有垫片的圆柱形试样取出，完成实验。

图2为本发明第二种实施方式的结构示意图，如图所示，这种防碎裂型岩石试样切磨装置与图1所示的防碎裂型岩石试样切磨装置的区别在于，切磨装置5固定在底座1上，给进装置2与底座1通过纵向设置的导轨滑道4连接，给进装置2与其上部的夹持装置通过横向设置的导轨滑道8连接。其它结构与第一种实施方式相同。

这种防碎裂型岩石试样切磨装置的切磨工艺为：

（1）将底座1稳固地固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体的表面上，检查底座1固定是否稳定，并打切磨装置5观察其振动情况，检查完毕，关闭切磨装置5。

（2）旋转夹紧摇柄10，打开夹持器9，将包有垫片的圆柱形试样放入夹持器9中，反向旋转夹紧摇柄10，关闭夹持器9，并夹紧圆柱形试样。

（3）调整冷却管11上的喷嘴12，保证其能实现冷却净化功能。

（4）旋转摇柄3，将给进装置2和夹持器9移动到适当的位置，打开切磨装置5和冷却管11。

（5）旋转摇柄3，移动夹持器9进行切割及打磨工艺。

（6）在切割过程中，当金刚石切割片7每切割3mm-5mm时，退后金刚石切割片9上提金刚石切割片7至试样外部，然后重新给进金刚石切割片7，再切割3mm-5mm，如此反复。

（7）当岩石试样切磨完成，关闭切磨装置5和冷却管11。

（8）旋转夹紧摇柄10，打开夹持器9，将包有垫片的圆柱形试样取出，完成实验。

Claims (6)

1.一种防碎裂型岩石试样切磨装置，其特征在于：这种防碎裂型岩石试样切磨装置由底座（1）上安装切磨装置（5）、夹持装置、给进装置（2）构成，切磨装置（5）有一个电机，该电机带动两个并列的传动轴，一个传动轴安装金刚石切割片（7），另一个传动轴安装打磨砂轮（6），夹持装置与金刚石切割片（7）、打磨砂轮（6）相对；给进装置（2）可沿底座（1）运行，调节夹持装置与金刚石切割片（7）、打磨砂轮（6）之间的位置；夹持装置有一个夹持器（9），夹持器（9）从支架（13）中穿过，夹持器（9）是分体的，上夹持体与下夹持体扣合后形成圆柱形或正六边形的夹持腔，上夹持体设置有夹紧摇柄（10），夹紧摇柄（10）穿过支架（13）与上夹持体螺纹连接，夹持器（9）上安装有冷却管（11），冷却管的喷嘴（12）位于夹持腔的前面位置。

2.根据权利要求1所述的防碎裂型岩石试样切磨装置，其特征在于：所述的夹持装置固定在底座（1）上，给进装置（2）与底座（1）通过纵向设置的导轨滑道（4）连接，给进装置（2）与其上部的切磨装置（5）通过横向设置的导轨滑道（8）连接，给进装置（2）上带有摇柄（3），切磨装置（5）上也带有摇柄。

3.根据权利要求1所述的防碎裂型岩石试样切磨装置，其特征在于：所述的切磨装置（5）固定在底座（1）上，给进装置（2）与底座（1）通过纵向设置的导轨滑道（4）连接，给进装置（2）与其上部的夹持装置通过横向设置的导轨滑道（8）连接，给进装置（2）上带有摇柄，夹持装置上也带有摇柄。

4.根据权利要求2或3所述的防碎裂型岩石试样切磨装置，其特征在于：所述的夹紧摇柄（10）与支架（13）螺纹连接。

5.根据权利要求2或3所述的防碎裂型岩石试样切磨装置，其特征在于：所述的夹持器（9）的上下两个夹持面上还有一层软质橡胶层。

6.一种权利要求1或2或3所述的防碎裂型岩石试样切磨装置的切切磨工艺，其特征在于：这种防碎裂型岩石试样切磨装置的切磨工艺为：

一、将金属工作台底座（1）固定在表面十分平整的水泥、岩石等硬质实体平面上；

二、打开夹持器（9），将夹持器（9）内壁碎屑等杂物清理干净，在试样外表面围裹一层1mm-10mm左右的软质垫片，垫片材料可以是橡胶或布，再将二者放入夹持器（9）内并合上夹持器（9）；

三、放入到夹持器（9）中岩石试样，其出露长度在5-10mm，出露长度指的是试样的不平端面中距离夹持器（9）最近的距离；

四、在夹持器（9）夹紧之前，检查夹持器（9）壁面是否平行；如果平行则夹紧夹持器（9），但要注意力度；如果不平行，则打开夹持器（9）重新围裹软质垫片；

五、打开冷却管（11），不同的岩石试样需要的冷却方式不同，根据试样需要可以选择水冷或风冷；

六、打开切磨装置（5）电源，当电机带动的金刚石切割片（7）和打磨砂轮（6）运动振动平稳后开始切割及打磨；

七、通过给进装置（2）来调整岩样与金刚石切割片（7）和打磨砂轮（6）之间的距离，最终实现切割和打磨；在试样切割和打磨过程，给进过程一定要平稳，当感觉阻力较大要退回来重新给进；

八、当切磨刀具每钻进5mm-10mm时，退回重新给进，实现短程给进操作工艺，如此反复直到试样切割完成。

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