CN107941589A - 一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩石打磨设备技术领域，具体是一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置。解决了圆柱体岩石试件打磨加工方便、经济实用、高效的问题，包括底基座、打磨底板、可调连接杆、弹性加载器、连接器、打磨侧刷、打磨顶板、内杆、叉子和钻杆，钻杆的顶部与外部的水钻钻机旋转轴连接固定，外部钻机自带进水接头将水引入钻杆内，内杆与钻杆同轴固定连接，钻杆底部对称焊接有N个叉子，叉子通过可调连接杆和块状连接器与打磨侧刷连接，打磨侧刷中间设置岩石试件，岩石试件上下两侧设置有打磨顶板和打磨底板，打磨顶板通过高强弹簧与内杆连接，打磨底板固定在底基座中央，底基座上均匀分布N个凸形沟槽。本发明制作工艺简单，避免了复杂的制作加工工艺。

Description

一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置

技术领域

本发明属于岩石打磨设备技术领域，具体是一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置。

背景技术

对于众多的岩石力学实验来说，经常会用到圆柱体型的标准试件，无论是单轴抗压实验还是巴西劈裂实验，它们的几何形状都为圆柱体型，而大部分的圆柱型试件是通过对工程现场的煤岩体，进行钻芯取样而得，一方面钻取的圆柱体岩芯侧面往往比较粗糙，另一方面钻取的岩芯直径一般要比岩石力学实验所需的直径要大，所以要将钻取的岩芯进一步加工成岩石力学实验标准试件，例如单轴抗压实验圆柱体标准试件的直径为50 mm,高度为100 mm，并且精度要满足在试件整个高度上，直径的误差不超过0.3 mm，两端面的平行度最大误差不超过0.05 mm，以此可以看出岩石力学实验对试件的尺寸精度要求非常高，同时岩石力学试件的尺寸精度对实验的结果有一定的影响，所以说对于圆柱体岩石试件的打磨加工至关重要。

其中对于圆柱体岩石试件的加工打磨包括圆柱体岩石试件的两端面的打磨和圆柱体岩石试件侧面的打磨，目前根据这两部分分别进行加工和打磨。由于圆柱体岩石试件两端面为平面，加工打磨比较简单，目前对于岩石试件端面的加工打磨，首先用切割机将圆柱体岩石切断，然后利用砂纸进行人工磨平作业或者通过平面打磨机对其端面进行打磨。由于圆柱体岩石试件侧面为弧面，加工打磨比较复杂，目前对于圆柱体试件侧面加工打磨，一般是用切削机床将试件与旋转杆固定，然后通过控制进刀量对圆周进行切削作业，而岩石试件侧面的打磨一般还用人工作业的方式进行。

虽然上述技术解决了部分问题，但是，由于各种岩石构造的复杂性和岩石本身的脆断特性，在试件加工过程中经常出现由于机械强度过高而导致圆柱体岩石试件发生断裂，例如在使用切削机床对圆柱体岩石试件侧面进行切削时，一方面由于岩石与其他铸铁材料等不同，岩石自身的非均质特性，致使切削机床加工出来的岩石表面经常会出现凹坑，同时圆柱体岩石侧面存在一圈一圈的切刀切割痕迹，不光滑。另一方面切刀对圆柱体岩石侧面切削时，圆柱体的受力方式为点接触刚性加载，刚性载荷下岩石试件容易受到二次损伤，严重时试件直接发生断裂破坏，这样不但试件本身受损，还有可能对切削机床造成损坏，与此同时岩石试件的打磨采用人工作业的方式，耗时费力、工作效率非常低。

目前，针对上述问题，仍然没有解决圆柱体岩石试件，打磨加工方便实用、经济高效的问题。本文提出一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置可以用较低的成本，简单的加工工艺、实现高精度、稳定的岩石试件加工打磨功能，并且使用简单对圆柱体岩石试件的保护性好。在现有公开的文献中，还未能获得相关技术的报道。

发明内容

本发明为了解决圆柱体岩石试件打磨加工方便、经济实用、高效的问题，提供一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置。

本发明采取以下技术方案：一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置，包括底基座、打磨底板、可调连接杆、弹性加载器、连接器、打磨侧刷、打磨顶板、内杆、叉子和钻杆，钻杆的顶部与外部的水钻钻机旋转轴连接固定，外部钻机自带进水接头将水引入钻杆内，内杆与钻杆同轴固定连接，钻杆底部对称焊接有N个叉子，叉子通过可调连接杆和块状连接器与打磨侧刷连接，打磨侧刷中间设置岩石试件，岩石试件上下两侧设置有打磨顶板和打磨底板，打磨顶板通过高强弹簧与内杆连接，打磨底板固定在底基座中央，底基座上均匀分布N个凸形沟槽。

进一步的，可调连接杆端部设有空心管，所述的弹簧加载器包括弹簧和凸球柱体，弹簧置于可调连接杆的空心管内，弹簧另一端与凸球柱体连接。

进一步的，连接器端部两侧设有槽，连接器内部为圆柱形空腔，弹簧加载器的凸球柱体与连接器内部凹球配合，可调连接杆的空心管端部两侧的凸体插入连接器后旋转连接。

底基座固定在地面上坚若磐石，其几何形状为扁圆柱体，其直径范围为300 mm-1000 mm，厚度范围为50 mm-200 mm，所用材料宜为耐磨、抗震的灰铸铁或坚硬的钢制材料。

凸形沟槽均匀分布在底基座四周，且沟槽底部位于底基座圆柱体的中间，每个沟槽的长度范围为130 mm-400 mm，凸形沟槽上部宽度范围为5 mm-10 mm，下部宽度范围为9mm-20 mm。

打磨底板上部为打磨片或涂层材料，将其水平固定在下部圆柱体上，上部打磨片的直径可根据待磨试件的大小确定，厚度范围为5 mm-20 mm；下部圆柱体的直径范围为 20mm-50 mm，高度范围为15 mm-50 mm。

可调连接杆一端为螺纹杆，一端为空心管，其中螺纹杆直径范围为5 mm-20 mm，长度范围为50 mm-200 mm；空心管外径范围为10 mm-26 mm，长度范围为30 mm-80 mm；螺纹杆的顶部为四棱柱体，高度范围为5 mm-15 mm；空心管端部两侧对称焊接两个圆柱凸体，直径为2 mm-3 mm，高度为2 mm-4 mm。

弹簧加载器由高强弹簧和凸球柱体两部分组成，其中高强弹簧一端置于可调连接杆的空心管内，一端与凸球柱体连接，高强弹簧与空心管匹配直径范围8 mm-24 mm，长度范围为50 mm-100 mm；凸球柱体高度为5 mm-8 mm，凸球直径为4 mm-8 mm。

连接器将打磨侧刷与可调连接杆连接在一起，连接器为边长为16 mm-30 mm的块体，高度范围为18 mm-40 mm，连接器端部两侧有槽，内部为圆柱形空腔，弹簧加载器的凸球柱体与连接器内部凹球配合，并将空心管端部两侧凸体插入连接器后进行旋转，从而实现连接。

打磨侧刷对试件侧面进行打磨，其端部为弧形打磨片或打磨涂层，厚度范围为5mm-8 mm，高度可根据试件的大小确定，其范围为20 mm-120 mm，弧长范围为10 mm- 20 mm。

打磨顶板为薄圆柱体，内侧为打磨片或打磨涂层，其直径范围为20 mm-50 mm，厚度范围为5 mm-20 mm。

内杆一端与钻杆同轴连接，直径范围为20 mm-30 mm，伸出钻杆的高度范围为35mm-60 mm；内杆一端通过高强弹簧与打磨顶板连接。

钻杆顶端与外部的水钻钻机通过扳手拧紧，作为旋转的动力来源，钻杆为空心管，外径范围为28 mm-63 mm，壁厚为7 mm；钻杆下端对称焊接四个叉子，叉子端部有与螺杆配合的螺旋孔。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点和积极效果。

（1）本发明的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置，各部位零件制作工艺简单，可以通过普通的精密铸造机加工制造，避免了复杂的制作加工工艺。

（2）本发明采用的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置采用中间试件固定、端面和侧面高强弹簧柔性加载的方式进行打磨，避免了对岩石试件的多次扰动。

（3）本发明采用本发明采用的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置，端面和侧面无需分别打磨，试件一次打磨成型，大大降低了操作难度、节约了时间成本。

（4）本发明采用的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置，可以根据打磨试件的几何尺寸进行调整，能够适应多种圆柱体试件的打磨，同时试件侧面采用对称旋转打磨的方式，保证了岩石试件打磨加工的精度。

（5）本发明采用的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置的应用可以解决了圆柱体岩石试件打磨方便高效的问题，该结构通过柔性加载降低了岩石试件受力，同时进一步减少岩石试件的破损率，降低了加工成本。

附图说明

图1是圆柱体岩石试件柔性打磨装置等轴测图；

图2是圆柱体岩石试件柔性打磨装置剖面图；

图3是圆柱体岩石试件柔性打磨装置局部放大图I；

图4是圆柱体岩石试件柔性打磨装置局部放大图II；

图中：1-底基座；2-凸形沟槽；3-打磨底板；4-可调连接杆；4.1-空心管；4.2-螺纹杆；4.3-凸体；5-弹性加载器；5.1-弹簧；5.2-凸球柱体；6-连接器；7-打磨侧刷；8-岩石试件；9-打磨顶板；10-高强弹簧；11-内轴；12-叉子；13-钻杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步说明。

如图1圆柱体岩石试件柔性打磨装置等轴测图所示，本发明所提供的一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置其所述的装置由圆柱体底基座1、内嵌的凸形沟槽2、打磨底板3、可调连接杆4、弹性加载器5、连接器6、打磨侧刷7、岩石试件8、打磨顶板9、高强弹簧10、内杆11、叉子12和钻杆13组成。其中钻杆13的顶部与外部的水钻钻机旋转轴通过扳手拧紧连接固定，同时外部钻机自带进水接头将水引入钻杆13内，外部钻机作为旋转的动力来源，内杆11与钻杆13同轴固定连接，四个叉子12对称焊接在钻杆13的底部，打磨侧刷7与叉子12通过可调连接杆4和块状连接器5连接在一起；打磨顶板9和打磨底板3分布在试件的上下两侧，打磨顶板9通过高强弹簧10与内杆11连接，打磨底板3固定在底基座1中央，通过高强弹簧10的弹力使磨片作用在岩石试件的两端面；底基座1放置在平整的大地上，并且底基座1上均匀分布四个凸形沟槽2；在电机的旋转下钻杆13带动叉子12和内杆11转动，内杆11带动打磨顶板9转动，同时可调连接杆带动打磨侧刷转动，与岩石试件产生相对摩擦运动，进而起到打磨试件的作用。

如图2圆柱体岩石试件柔性打磨装置剖面图所示，所述的底基座1固定在地面上坚若磐石，其几何形状为扁圆柱体，其直径范围为300 mm-1000 mm，厚度范围为50 mm-200mm，所用材料宜为耐磨、抗震的灰铸铁或坚硬的钢制材料。所述的凸形沟槽2均匀分布在底基座1的四周，且沟槽底部位于底基座圆柱体的中间，每个沟槽的长度范围为130 mm-400mm，凸形沟槽2上部宽度范围为5 mm-10 mm，下部宽度范围为9 mm-20 mm。所述的打磨底板3上部为打磨片或涂层材料，将其水平固定在下部圆柱体上，上部打磨片的直径可根据待磨试件的大小确定，厚度范围为5 mm-20 mm；下部圆柱体的直径范围为 20 mm-50 mm，高度范围为15 mm-50 mm。所述的可调连接杆4一端为螺纹杆，一端为空心管，其中螺纹杆直径范围为5 mm-20 mm，长度范围为50 mm-200 mm；空心管外径范围为10 mm-26 mm，长度范围为30mm-80 mm；螺纹杆的顶部为四棱柱体，高度范围为5 mm-15 mm；空心管端部两侧对称焊接两个圆柱凸体，直径为2 mm-3 mm，高度为2 mm-4 mm。所述弹簧加载器5由高强弹簧和凸球柱体两部分组成，其中高强弹簧一端置于可调连接杆的空心管内，一端与凸球柱体连接，高强弹簧与空心管匹配直径范围8 mm-24 mm，长度范围为50 mm-100 mm；凸球柱体高度为5 mm-8 mm，凸球直径为4 mm-8 mm。所述连接器6将打磨侧刷与可调连接杆连接在一起，连接器为边长为16 mm-30 mm的块体，高度范围为18 mm-40 mm，连接器端部两侧有槽，内部为圆柱形空腔，弹簧加载器的凸球柱体与连接器内部凹球配合，并将空心管端部两侧凸体插入连接器后进行旋转，从而实现连接。所述打磨侧刷7对试件侧面进行打磨，其端部为弧形打磨片或打磨涂层，厚度范围为5 mm-8 mm，高度可根据试件的大小确定，其范围为20 mm-120 mm，弧长范围为10 mm- 20 mm。所述打磨顶板9为薄圆柱体，端部为打磨片或打磨涂层，其直径范围为20 mm-50 mm，厚度范围为5 mm-20 mm。所述内杆11一端与钻杆同轴连接，直径范围为20 mm-30 mm，伸出钻杆的高度范围为35 mm-60 mm；内杆一端通过高强弹簧与打磨顶板连接。所述钻杆13顶端与外部的水钻钻机通过扳手拧紧，作为旋转的动力来源，钻杆为空心管，外径范围为28 mm-63 mm，壁厚为7 mm；钻杆下端对称焊接四个叉子12，叉子端部有与螺杆配合的螺旋孔。

如图3圆柱体岩石试件柔性打磨装置局部放大图所示，位可调连接杆4、弹簧加载器5和块状连接器6的装配示意图，可以通过扳手调节连接螺纹杆端部的立体块，使连接杆在叉子端孔内转动进而向前推进，空心管端部凸体通过连接器的开槽进入连接器后，旋转空心管使管端凸体卡在连接器内，在连接管内高强弹簧弹力的作用下，凸球柱体作用在连接器内部凹球面上，同时空心管和连接器可以发生径向运动实现柔性加载。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：包括底基座（1）、打磨底板（3）、可调连接杆（4）、弹性加载器（5）、连接器（6）、打磨侧刷（7）、打磨顶板（9）、内杆（11）、叉子（12）和钻杆（13），钻杆（13）的顶部与外部的水钻钻机旋转轴连接固定，外部钻机自带进水接头将水引入钻杆（13）内，内杆（11）与钻杆（13）同轴固定连接，钻杆（13）底部对称焊接有N个叉子（12），叉子（12）通过可调连接杆（4）和块状连接器（5）与打磨侧刷（7）连接，打磨侧刷（7）中间设置岩石试件（8），岩石试件（8）上下两侧设置有打磨顶板（9）和打磨底板（3），打磨顶板（9）通过高强弹簧（10）与内杆（11）连接，打磨底板（3）固定在底基座（1）中央，底基座（1）上均匀分布N个凸形沟槽（2）。

2.根据权利要求1所述的圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：所述的可调连接杆（4）一端为螺纹杆（4.2），可调连接杆（4）另一端为空心管（4.1），所述的弹簧加载器（5）包括弹簧（5.1）和凸球柱体（5.2），弹簧（5.1）置于可调连接杆（4）的空心管内，弹簧（5.1）另一端与凸球柱体（5.2）连接。

3.根据权利要求2所述的圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：所述的连接器（6）端部两侧设有槽，连接器（6）内部为圆柱形空腔，弹簧加载器（5）的凸球柱体与连接器内部凹球配合，可调连接杆（4）的空心管端部两侧的凸体（4.3）插入连接器（6）后旋转连接。

4.根据权利要求3所述的圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：所述的叉子（12）端部设有与螺杆配合的螺旋孔。

5.根据权利要求4所述的圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：底基座（1）的几何形状为扁圆柱体。

6.根据权利要求5所述的圆柱体岩石试件柔性打磨装置，其特征在于：打磨顶板（9）和打磨底板（3）为薄圆柱体，打磨顶板（9）和打磨底板（3）与岩石试件（9）接触侧为打磨片或打磨涂层。