CN109176192B - 用于岩石样品端面的加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩石样品端面的加工装置及加工方法，其包括：底座；安装在底座上的升降机构，升降机构能够在竖直方向进行升降移动；设置在升降机构上的第一电机；与第一电机相传动连接的样品夹持机构，样品夹持机构用于夹持岩石样品，以使岩石样品沿竖直方向设置；磨削机构，磨削机构包括设置在底座上的第二电机和与第二电机相传动连接的磨削平台，磨削平台沿水平方向设置，所述磨削平台的一侧能够固定设置有砂纸；压力传感器，所述压力传感器用于测量所述磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力，根据所述压力传感器测量得到的数据控制所述升降机构。本申请能够对页岩等沿层里面容易断裂的岩石样品端面进行打磨，以保证岩芯的端面平度。

Description

用于岩石样品端面的加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及岩石力学技术领域，特别涉及一种用于岩石样品端面的加工装置及加工方法。

背景技术

我国页岩气开发正在如火如荼的进行中，页岩岩石的力学参数是页岩气开发过程中的重要参数，其主要获取途径是通过室内岩石样品测试，而该测试在岩石力学实验标准中对岩芯尺寸有严格的要求，通常需要使用φ25×50mm、φ50×100mm等特定的尺寸，尤其对岩石样品的端面平行度有严格要求，即要求平行度需小于0.1mm。因此，测试的岩石样品端面必须进行打磨。但是，页岩较砂岩有很大区别，其层理比较发育且脆性强，极容易沿层里面断裂，因此岩心与磨轮不能发生撞击，避免其边棱处由于高脆性产生缺口。

现有的岩石端面加工装置主要针对砂岩等均质性岩石，通常采用车床的机械磨平方法，但例如页岩等层理比较发育且脆性强，极容易沿层里面断裂的岩石不能使用车床的机械磨平方法。原因如下，在磨的过程中，磨轮进刀需要一定的进给量，每次进刀岩石与磨轮有短时间脱离，在进刀以后磨轮与岩石接触的瞬间由于页岩的高脆性极易产生缺口，因此，亟需一种用于岩石样品端面加工装置及加工方法以解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种用于岩石样品端面的加工装置及加工方法，其能够对页岩等沿层里面容易断裂的岩石样品端面进行打磨，以保证岩芯的端面平度。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种用于岩石样品端面的加工装置，所述用于岩石样品端面加工装置包括：

底座；

安装在所述底座上的升降机构，所述升降机构能够在竖直方向进行升降移动；

设置在升降机构上的第一电机；

与所述第一电机相传动连接的样品夹持机构，所述样品夹持机构用于夹持岩石样品，以使岩石样品沿竖直方向设置；

磨削机构，所述磨削机构包括设置在底座上的第二电机和与所述第二电机相传动连接的磨削平台，所述磨削平台沿水平方向设置，所述磨削平台的一侧能够固定设置有砂纸；

压力传感器，所述压力传感器用于测量所述磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力，根据所述压力传感器测量得到的数据控制所述升降机构。

在一种优选的实施方式中，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：冷却管，所述冷却管用于向所述磨削平台喷射冷却液。

在一种优选的实施方式中，所述升降机构包括：沿竖直方向设置的丝杠；套设在丝杠上的升降件；与所述升降件相连接的横杆，所述第一电机设置在所述横杆上。

在一种优选的实施方式中，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：第一手柄，所述第一手柄与所述夹持机构相传动连接，其能够驱动所述夹持机构沿水平方向转动。

在一种优选的实施方式中，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：位移传感器，所述位移传感器用于测量所述升降件上下移动的距离。

在一种优选的实施方式中，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：第二手柄，所述第二手柄与所述丝杠相传动连接，其能够驱动所述丝杠转动。

在一种优选的实施方式中，所述样品夹持机构包括：与所述第一电机传动连接的圆盘，所述圆盘设置多个锁紧机构，所述锁紧机构能够夹持并锁紧岩石样品，并使岩石样品沿竖直方向设置。

在一种优选的实施方式中，所述锁紧机构呈圆周分布在所述圆盘上。

在一种优选的实施方式中，所述第一电机的轴线与所述第二电机的轴线相偏离。

在一种优选的实施方式中，当所述压力传感器测量得到的所述磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力达到预设条件时，所述升降机构在竖直方向上停止下降移动。

一种采用如上述任一所述的用于岩石样品端面加工装置的用于岩石样品端面的加工方法，包括以下步骤：

将岩石样品安装至夹持机构中，并使得岩石样品沿竖直方向设置；

根据所述岩石样品的硬度及加工要求，选择相匹配的目数的砂纸固定设置在磨削平台上；

调节所述第一电机和所述第二电机至合适的转速，并根据所述岩石样品的硬度设置相匹配的磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力值；

通过升降机构将样品夹持机构下降至与所述砂纸能够接触的位置，从而进行磨削。

在一种优选的实施方式中，当所述岩石样品的一端打磨完成以后，将所述夹持机构拆卸下来并翻转180度后重新安装，以使所述岩石样品的未打磨的一端朝向磨削机构，从而对岩石样品的未打磨的一端完成打磨。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的用于岩石样品端面的加工装置由于磨削平台沿水平方向设置，且岩石样品沿竖直方向设置，因此，在夹持机构中的岩石样品在打磨时始终能够贴着磨削平台上的砂纸，避免进刀以后磨轮与岩石接触的瞬间由于页岩的高脆性而产生缺口。而且，根据压力传感器测量得到的数据来控制升降机构，使得磨削平台能够对夹持机构施加的向上的力保持恒定，以使得磨削形成的岩石样品端面的平整度更好。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中用于岩石样品端面的加工装置的剖面图；

图2为本发明实施例中用于岩石样品端面的加工装置的俯视图。

以上附图的附图标记：

1、底座；11、延伸部；21、丝杠；22、升降件；23、横杆；3、第一电机；4、样品夹持机构；41、圆盘；42、锁紧机构；51、第二电机；52、磨削平台；53、砂纸；6、压力传感器；7、冷却管；8、第一手柄；9、位移传感器；10、第二手柄；12、防尘保护罩；13、转速调节单元；14、力值、位移显示及控制单元；15、照明开关；16、电源开关；17、岩石样品。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够对页岩等沿层里面容易断裂的岩石样品端面进行打磨，以保证岩芯的端面平度，在本申请中提供了一种用于岩石样品端面的加工装置，图1为本发明实施例中用于岩石样品端面的加工装置的剖面图，图2为本发明实施例中用于岩石样品端面的加工装置的俯视图，如图1和图2所示，该用于岩石样品端面加工装置可以包括：底座1；安装在底座1上的升降机构，升降机构能够在竖直方向进行升降移动；设置在升降机构上的第一电机3；与第一电机3相传动连接的样品夹持机构4，样品夹持机构4用于夹持岩石样品17，以使岩石样品17沿竖直方向设置；磨削机构，磨削机构包括设置在底座1上的第二电机51和与第二电机51相传动连接的磨削平台52，磨削平台52沿水平方向设置，磨削平台52的一侧能够固定设置有砂纸53；压力传感器6，压力传感器6用于测量磨削平台52对夹持机构施加的向上的力，根据压力传感器6测量得到的数据控制升降机构。

采用本申请中的用于岩石样品端面加工装置的加工方法可以如下：先将岩石样品17安装至夹持机构中，并使得岩石样品17沿竖直方向设置。再根据岩石样品17的硬度及加工要求，选择相匹配的目数的砂纸53固定设置在磨削平台52上。接着调节第一电机3和第二电机51至合适的转速，并根据岩石样品17的硬度设置相匹配的磨削平台52对夹持机构施加的向上的力值。然后通过升降机构将样品夹持机构4下降至与砂纸53能够接触的位置从而进行磨削。当岩石样品17的一端打磨完成以后，将夹持机构拆卸下来并翻转180度后重新安装，以使岩石样品17的未打磨的一端朝向磨削机构，从而对岩石样品17的未打磨的一端完成打磨。由于磨削平台52沿水平方向设置，且岩石样品17沿竖直方向设置，因此，在夹持机构中的岩石样品17在打磨时始终能够贴着磨削平台52上的砂纸53，避免在进刀以后磨轮与岩石接触的瞬间由于页岩的高脆性而产生缺口。而且，根据压力传感器6测量得到的数据控制升降机构，使得磨削平台52能够对夹持机构施加的向上的力保持恒定，以使磨削形成的岩石样品17端面的平整度更好。

为了能够更好的了解本申请中的用于岩石样品端面加工装置，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，底座1大抵沿水平方向延伸，其中底座1上具有沿竖直方向延伸的延伸部11，延伸部11上可以用于安装或支撑升降机构。

如图1所示，升降机构安装在底座1上，升降机构能够在竖直方向进行升降移动。具体而言，升降机构可以包括：沿竖直方向设置的丝杠21；套设在丝杠21上的升降件22；与升降件22相连接的横杆23，第一电机3设置在横杆23上。丝杠21、升降件22设置在底座1的延伸部11内，底座1内还设置有第三电机，第三电机与丝杠21相传动连接，其能够驱动丝杠21发生转动,当丝杠21转动时，升降件22能够沿竖直方向上下升降。升降件22套设在丝杠21上，两者相螺纹连接，同时升降件22设置在延伸部11内被左右限位，其只能沿竖直方向运动。当升降件22沿竖直方向运动时，其带动横杆23上下运动。

如图1、图2所示，第一电机3设置在升降机构上，第一电机3的轴沿竖直方向设置。夹持机构与第一电机3相传动连接，样品夹持机构4用于夹持岩石样品17，以使岩石样品17沿竖直方向设置。在可行的实施方式中，夹持机构可以与第一电机3的轴相连接。具体而言，样品夹持机构4可以包括：与第一电机3传动连接的圆盘41，圆盘41可以固定设置在第一电机3的轴上，其固定方式可以有多种形式，在本申请中不做任何限定。圆盘41上设置多个锁紧机构42，锁紧机构42能够夹持并锁紧岩石样品17，并使圆柱状的岩石样品17沿竖直方向设置。例如，锁紧机构42可以是在电钻中用于夹持钻头的锁紧机构42，锁紧机构42也可以是其它形式，在本申请中不对其做任何限制。锁紧机构42可以为多个，其可以呈圆周分布在圆盘41上，如此可以同时对多块岩石样品17进行加工。

如图1所示，磨削机构可以包括设置在底座1上的第二电机51和与第二电机51相传动连接的磨削平台52，磨削平台52沿水平方向设置，在第二电机51的驱动下，其能够带动磨削平台52在水平方向内转动，磨削平台52的一侧能够固定设置有砂纸53，当磨削平台52转动时，砂纸53能够转动，在转动下其能够对圆柱状的岩石样品17的端面进行打磨。由于磨削平台52的上端面面积远大于夹持机构中的岩石样品17在转动时形成的运动轨迹的范围，因此，夹持机构中的岩石样品17在打磨时始终贴着磨削平台52上的砂纸53，其不存在进刀以后磨轮与岩石接触的瞬间由于页岩的高脆性而产生缺口。

在一种优选的实施方式中，第一电机3的轴线与第二电机51的轴线相偏离，如此在第一电机3和第二电机51处于逆向转动时使得磨削机构与夹持机构处于逆向转动，一方面通过逆向转动提高磨削平台52对岩石样品17的磨削效率，另外一方面第一电机3的轴线与第二电机51的轴线相偏离可以增大岩石样品17在转动过程中相对磨削平台52形成的运动轨迹，进而提高提高磨削平台52对岩石样品17的磨削效率，同时还可以提高对岩石样品17端面的平整度，使得岩石力学实验结果更为可靠。

如图1所示，压力传感器6可以设置在第一电机3的轴处或第一电机3上，在磨削平台52与夹持机构中的岩石样品17接触打磨时，其可以用于测量磨削平台52对夹持机构施加的向上的力，根据压力传感器6测量得到的数据控制升降机构。通过上述方式可以使得夹持机构中岩石样品17在打磨时始终保持与磨削平台52之间的压力恒定，也可以改变该压力的大小，从而对于软性岩石能够避免因接触力值设置过大而造成的样品损坏，也可以避免因接触力值太小而导致降低加工速度。当压力传感器6测量得到的磨削平台52对夹持机构施加的向上的力达到预设条件时，升降机构在竖直方向上停止下降移动，该预设条件可以为具体力的大小，其可以通过人为设置。

如图1所示，用于岩石样品端面加工装置还可以包括：冷却管7，冷却管7用于向磨削平台52喷射冷却液。在磨削平台52对样品夹持机构4上的岩石样品17进行打磨时，冷却管7喷射额冷却液可以对岩石样品17进行冷却并冲刷掉加工时产生的粉末。

如图1、图2所示，用于岩石样品端面加工装置还可以包括：第一手柄8，第一手柄8与夹持机构相传动连接，其能够驱动夹持机构沿水平方向转动。在本实施方式中，第一手柄8与第一电机3的轴向传动连接，从而再与夹持机构相传动连接。通过上述方式，在不启动顶部第一电机3的情况下可以进行手动加工。

如图1和图2所示，用于岩石样品端面加工装置还包括：第二手柄10，第二手柄10与丝杠21相传动连接，其能够驱动丝杠21转动。由于不同地区、不同层位的岩石样品17千差万别，强度和硬度很难判断，对于软性岩石如果岩石样品17和磨削平台52之间的接触力值设置过大会造成样品损坏，而如果接触力值太小又会降低加工速度。为此，本用于岩石样品端面加工装置可从电动模式切换到手动模式，通过手动调节第二手柄10，以使升降机构达到手动控制接触力的大小。而且还可以同时手动旋转第一手柄8，完成手动加工。

如图1所示，用于岩石样品端面加工装置还可以包括：安装在底座1上的防尘保护罩12，防尘保护罩12可以将磨削机构、夹持机构、升降机构、第一电机3等罩入其中，从而阻隔岩石样品17在加工时产生的粉尘。

如图1所示，用于岩石样品端面加工装置还包括：位移传感器9，位移传感器9用于测量升降件22上下移动的距离。位移传感器9可以安装设置在底座1内，其直接测量升降机构中升降件22上下移动的距离，从而可以得到样品夹持机构4上岩石样品17打磨的程度，即岩石样品17打磨掉的距离。当岩石样品17打磨掉的距离满足要求后，升降机构停止下降，打磨结束。

如图2所示，用于岩石样品端面加工装置还可以包括：控制单元，控制单元可以主要包括：转速调节单元13，转速调节按钮可以用于调节第一电机3和第二电机51的转速；力值、位移显示及控制单元14，力值、位移显示及控制单元14可以用于显示磨削平台52对夹持机构施加的向上的力的值、样品夹持机构4向上向下产生的位移的大小，同时可以控制设置需要显示磨削平台52对夹持机构施加的向上的力的值；照明开关15，其用于控制照明灯具的通断，照明灯具用于对磨削机构与样品夹持机构4进行照明，以提高亮度，便于操作者观察磨削情况；电源开关16，其用于控制用于岩石样品端面加工装置的电源通断。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述用于岩石样品端面加工装置包括：

底座；

安装在所述底座上的升降机构，所述升降机构能够在竖直方向进行升降移动；

设置在升降机构上的第一电机；

与所述第一电机相传动连接的样品夹持机构，所述样品夹持机构用于夹持岩石样品，以使岩石样品沿竖直方向设置；

磨削机构，所述磨削机构包括设置在底座上的第二电机和与所述第二电机相传动连接的磨削平台，所述磨削平台沿水平方向设置，所述磨削平台的一侧能够固定设置有砂纸，所述第一电机的轴线与所述第二电机的轴线相偏离，以使所述夹持机构的转动中心与所述磨削机构的转动中心向偏离，所述第一电机和所述第二电机处于逆向转动，以使得所述磨削机构与所述夹持机构处于逆向转动；

压力传感器，所述压力传感器用于测量所述磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力，根据所述压力传感器测量得到的数据控制所述升降机构。

2.根据权利要求1所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：冷却管，所述冷却管用于向所述磨削平台喷射冷却液。

3.根据权利要求1所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述升降机构包括：沿竖直方向设置的丝杠；套设在丝杠上的升降件；与所述升降件相连接的横杆，所述第一电机设置在所述横杆上。

4.根据权利要求1所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：第一手柄，所述第一手柄与所述夹持机构相传动连接，其能够驱动所述夹持机构沿水平方向转动。

5.根据权利要求3所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：位移传感器，所述位移传感器用于测量所述升降件上下移动的距离。

6.根据权利要求3所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述用于岩石样品端面加工装置还包括：第二手柄，所述第二手柄与所述丝杠相传动连接，其能够驱动所述丝杠转动。

7.根据权利要求1所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述样品夹持机构包括：与所述第一电机传动连接的圆盘，所述圆盘设置多个锁紧机构，所述锁紧机构能够夹持并锁紧岩石样品，并使岩石样品沿竖直方向设置。

8.根据权利要求7所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，所述锁紧机构呈圆周分布在所述圆盘上。

9.根据权利要求1所述的用于岩石样品端面的加工装置，其特征在于，当所述压力传感器测量得到的所述磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力达到预设条件时，所述升降机构在竖直方向上停止下降移动。

10.一种采用如权利要求1中所述的用于岩石样品端面的加工装置的用于岩石样品端面的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将岩石样品安装至夹持机构中，并使得岩石样品沿竖直方向设置；

根据所述岩石样品的硬度及加工要求，选择相匹配的目数的砂纸固定设置在磨削平台上；

调节所述第一电机和所述第二电机至合适的转速，并根据所述岩石样品的硬度设置相匹配的磨削平台对所述夹持机构施加的向上的力值；

通过升降机构将样品夹持机构下降至与所述砂纸能够接触的位置，从而进行磨削。

11.根据权利要求10所述的用于岩石样品端面的加工方法，其特征在于，当所述岩石样品的一端打磨完成以后，将所述夹持机构拆卸下来并翻转180度后重新安装，以使所述岩石样品的未打磨的一端朝向磨削机构，从而对岩石样品的未打磨的一端完成打磨。

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