CN111451854A - 一种软岩试样精细化打磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软岩试样精细化打磨装置，包括基础底板，基础底板上安装有磨石装置以及紧固装置，两者相对布设、且磨石装置能够在基础底板上水平移动；磨石装置包括磨石，紧固装置包括相对设置的上固定座和下固定座；该干式除尘装置包括位于试样下方的水箱、包裹试样及水箱的防尘罩、空气压缩机以及通风管，通风管进风端连接空气压缩机、出风端与防尘罩内部连通，防尘罩顶部与上固定座密封连接、底部与基础底板密封固定，且防尘罩上开设有可供磨石进入的密封通道。本发明的打磨装置采用风流进行降温、排屑，解决了在打磨过程中，软岩遇水易崩解的问题，保证软岩试样结构的完整性，同时提高试样加工质量。

Description

一种软岩试样精细化打磨装置

技术领域

本发明涉及一种打磨装置，特别涉及一种软岩试样精细化打磨装置，属于岩体力学及岩石工程领域。

背景技术

岩石试样的制备是进行岩石力学试验前的首要工作，大多数时候，都是在现场采用钻取机，带回实验室后，先切割，再通过打磨机制备圆柱形试样。然而，由于软岩亲水性强、透水性弱，一旦遇到水容易发生膨胀或软化，而失去水后则容易发生收缩或崩解；使用传统的钻取机与打磨机时，刀片需要不断用水冲洗降温，但因为软岩的水理性，在冲洗刀片的同时，改变了软岩的含水率，使软岩强度变低，甚至因为水力作用崩解，无法保证软岩的原位特性；也常常出现表面粗糙及错节的现象，难以制成光滑平整的圆柱形试验样。

在当前土木工程试验中，几乎没有专门针对软岩打磨的仪器，因此需要一种针对软岩的无水打磨装置，保证软岩试样的原位特性以及结构的完整性，同时提高试样加工质量与效率。

发明内容

发明目的：针对目前由于软岩水力型打磨过程影响软岩原位特性等问题，本发明提供一种软岩试样精细化打磨装置。

技术方案：本发明所述的一种软岩试样精细化打磨装置，包括基础底板，基础底板上安装有用于打磨试样的磨石装置以及用于轴向固定试样的紧固装置，两者相对布设、且磨石装置能够在基础底板上水平移动，其中，磨石装置包括磨石，紧固装置包括相对设置的上固定座和下固定座；还包括干式除尘装置，该干式除尘装置包括位于试样下方的水箱、包裹试样及水箱的防尘罩、空气压缩机以及通风管，通风管进风端连接空气压缩机、出风端与防尘罩内部连通，防尘罩顶部与上固定座密封连接、底部与基础底板密封固定，且防尘罩上开设有可供磨石进入的密封通道。

使用时，先将软岩试样的上下表面加工平整，安装固定在上固定座和下固定座之间，并向试样下方的水箱内注入水；然后将防尘罩套设在试样及水箱外部，将其顶部及底部分别与上固定座及基础底板密封固定，并将防尘套与空气压缩机通过通风管连通；打磨前，根据需要打磨的试样直径，移动磨石、使磨石进入防风罩内，并调整固定磨石的水平位置，然后开启磨石装置和空气压缩机，空气进入空气压缩机内加压后进入防尘罩内，在防尘罩内充分流动，降低磨石与岩石试样的温度，同时，水箱中的水将打磨产生的软岩碎屑吸收；打磨完成后，关闭磨石装置和空气压缩机，拆除防尘罩，打开上、下固定座，取出打磨完成的试样，切割成实验用的高度后，蜡封，备用。

其中，磨石装置可包括磨石机箱及磨石钻柄，磨石机箱外壁设有竖向导轨，且竖向导轨上活动安装有钻柄钢圈；磨石钻柄一端安装在磨石机箱内部，另一端穿过钻柄钢圈、与磨石机箱外部的磨石固定，通过钻柄钢圈带动在竖向导轨上移动、以调整磨石的竖向位置；相应的，防尘罩罩体上的密封通道为竖向轨道，以便磨石钻柄带动磨石竖向移动、并支撑防尘罩罩体。优选的，磨石机箱内部设有与磨石钻柄垂直连接的固定杆，还设有移动齿轮，固定杆与磨石钻柄相背一侧设有竖向锯齿、与移动齿轮的轮齿及齿槽啮合，转动移动齿轮，固定杆可带动磨石钻柄、牵引钻柄钢圈在竖向导轨上移动。更优的，磨石表面、磨石钻柄表面沿水平方向标有刻度，竖向导轨所在侧的磨石机箱外壁面沿竖直方向标有刻度，从而可准确定位磨石的水平和竖向位置，以便打磨得到满足尺寸要求的试样。

为使磨石装置能够在基础底板上水平移动，优选的，在基础底板安装磨石装置一侧设置水平导轨，磨石机箱安装于该水平导轨上、并能够在该水平导轨上移动；磨石装置还可包括用于驱动磨石机箱在水平导轨上移动的第一驱动部件。水平导轨上可标示刻度，以便水平定位。

紧固装置中，优选的，上固定座包括自上而下依次连接的上轴承、上承压板和上固定器，且上轴承通过L形基础杆与基础底板固定连接；下固定座包括自上而下依次连接的下固定器、下承压板及下轴承，且下轴承与基础底板固定连接；其中，上轴承、下轴承同轴设置、且均能够绕中心轴360°旋转，从而可带动试样旋转，使磨石可以对试样进行360°全方位打磨。

具体的，L形基础杆包括水平杆和竖直杆，其中，竖直杆与基础底板连接，且基础底板上安装与竖直杆底部固定的第二驱动部件、用于驱动L形基础杆升降，控制试样安装的竖向高度，方便磨石打磨；水平杆与上轴承顶部通过紧固螺栓固定，且上轴承与紧固螺栓的连接处设有水平滑槽，该滑槽内设有钢珠，使上轴承与紧固螺栓竖向固定的同时能够绕紧固螺栓转动(即能够绕中心轴转动)。同时，本发明的打磨装置还包括用于驱动试样绕轴向转动的同轴电机，下轴承底部穿过基础底板、与同轴电机连接，即可实现其绕中心轴360°旋转；为避免水箱影响下轴承与同轴电机的连接，试样下方的水箱可为环形水箱、环绕下轴承设置。

进一步的，防尘罩包括罩体，罩体底部通过钢圈固定在基础底板上，罩体上部通过滚珠与上轴承旋转密封、避免防风罩随试样旋转；防尘罩罩体上开设有进风嘴，通风管的出风端穿过进风嘴伸入防尘罩内，且通风管与进风嘴的连接处通过密封圈密封。更进一步的，磨石上方可固设有风箱，风箱的进风口与通风管的出风端密封连接，且风箱出风口向下倾斜形成导风嘴，出空气压缩机的压缩空气可自磨石上方顺着导风嘴吹出，打磨出的碎屑随风流进入下方的水箱中。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明的打磨装置通过设置干式除尘装置，采用风流进行降温、并将排屑带入水箱中避免污染空气，软岩不与水直接接触，解决了在打磨过程中加水降温导致的软岩遇水易崩解的问题，保证软岩试样结构的完整性，提高试样加工质量，使试样表面平稳光滑，能更好的制作室内试验所需要的软岩试样，有利于软岩物理力学特性的研究，保证了软岩物理力学试验结果的准确性及可靠性。

附图说明

图1为本发明的软岩试样精细化打磨装置的结构示意图；

图2为防尘罩的结构示意图；

图3为上固定器的结构示意图；

图4为图1中的A部结构放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1～4本发明的软岩试样精细化打磨装置，主要包括基础底板1、磨石装置2、紧固装置3和干式除尘装置。磨石装置2、紧固装置3均安装在基础底板上。

基础底板1安装磨石装置2一侧设置水平导轨11，可移动的安置用于对试样进行打磨的磨石装置2，磨石装置2可由第一驱动部件8(如油缸)驱动在水平导轨11上移动。磨石装置2可包括磨石机箱21、磨石钻柄22和磨石23，磨石机箱21外壁设有竖向导轨24，且竖向导轨24上活动安装有钻柄钢圈25；磨石钻柄22一端安装在磨石机箱内部，另一端穿过钻柄钢圈25、与磨石机箱外部的磨石23固定，通过钻柄钢圈25带动在竖向导轨24上移动、以调整磨石23的竖向位置。磨石机箱21内部设有与磨石钻柄22垂直连接的固定杆26，还设有移动齿轮27，固定杆26与磨石钻柄22相背一侧设有竖向锯齿、与移动齿轮27的轮齿及齿槽啮合，转动手轮28移动齿轮27，固定杆26可带动磨石钻柄22、牵引钻柄钢圈25在竖向导轨24上移动。

磨石23表面、磨石钻柄22表面、水平导轨11上沿水平方向均可标有刻度，竖向导轨24所在侧的磨石机箱外壁面沿竖直方向也可标有刻度，从而可准确定位磨石的水平和竖向位置，以便打磨得到满足尺寸要求的试样。

紧固装置3与磨石装置2相对布设。紧固装置3用于固定试样10，其包括相对设置的上固定座和下固定座。其中，上固定座自上而下包括依次连接的上轴承31、上承压板32和上固定器33，下固定座包括自上而下依次连接的下固定器34、下承压板35及下轴承36，上轴承31和下轴承36同轴设置，轴向固定试样；上、下固定器结构相同，以上固定器为例33，如图3，其包括上固定板331，上固定板331中心设有十字形卡槽332，将试样端部贴合在该十字形卡槽332上，并在试样端部四周加贴限位钢板333，限位钢板333通过螺栓334穿过卡槽与上固定板331固定。

其中，上轴承31通过L形基础杆37与基础底板1固定连接，L形基础杆37包括水平杆和竖直杆，竖直杆与基础底板1固定连接，水平杆与上轴承31顶部固定连接。为方便试样的安装和磨石打磨，可在基础底板1上安装第二驱动部件9(如油缸)，第二驱动部件8与竖直杆底部固定、从而可驱动L形基础杆升降，控制试样安装的竖向高度。试样10应可绕其中心轴旋转，使磨石可以对试样进行360°全方位打磨，由于试样10由上、下固定座固定，为使试样10能够旋转，可通过控制上轴承31、下轴承36绕其中心轴360°旋转，以带动试样10旋转。

具体而言，对于上轴承31，可采用紧固螺栓38将水平杆与上轴承顶部固定，且在上轴承31与紧固螺栓38的连接处开设有水平滑槽，水平滑槽内装有钢珠，钢珠的直径与水平滑槽的槽深相等，紧固螺栓38底端可在钢珠上滑动、使得上轴承31与紧固螺栓38相对固定的同时能够绕紧固螺栓38旋转(即绕中心轴转动)，不发生竖向位移。为方便试样旋转，本发明的打磨装置可包括同轴电机4，下轴承36底部穿过基础底板1、与同轴电机39连接，在同轴电机39驱动下，下轴承36可带动上轴承31及试样10绕中心轴360°旋转。

干式除尘装置包括防尘罩4、水箱5、空气压缩机6和通风管7。水箱5位于试样10下方，为避免水箱影响下轴承36与同轴电机39的连接，试样10下方的水箱5可为环形水箱、环绕下轴承36设置，下轴承36与同轴电机39安装时穿过环形水箱内环即可。

防尘罩4包裹试样10及水箱5，将打磨过程与外界分隔。防尘罩4包括罩体41，如图2，可在漏斗罩的大端口上用扎带46绑扎上防尘的罩面得到；罩体41底部通过钢圈42固定在基础底板1上，罩体41上部通过滚珠43与上轴承31旋转密封，防止试样旋转过程中防尘罩转动、影响磨石打磨；其中，上轴承31外还安装有轴套311，滚珠43位于轴套311与上承压板32之间、由两者限位固定，且轴套311的直径大于上承压板32的直径，以便罩体41上部更好地安装。防尘罩罩体41面向磨石23的一侧，设置有竖向轨道44，可帮助磨石23上下移动，并支撑防尘罩体。防尘罩罩体41上开设进风嘴45，通风管7的进风端与空气压缩机6连接、出风端穿过进风嘴45伸入防尘罩4内，为免漏气以及罩体内碎屑溢出，通风管7与进风嘴45的连接处通过密封圈密封。

如图4，磨石23上方可固设有小型风箱231，风箱231与磨石23可通过卡扣233或其他方式固定；风箱231的进风口与通风管7的出风端密封连接，且风箱231出风口向下倾斜形成导风嘴232，出空气压缩机6的压缩空气进入防尘罩4内部，自磨石23上方顺着导风嘴232吹出，对磨石23及软岩试样10进行降温，同时，打磨出的碎屑随风流掉入下方的水箱5中，被水吸收。

防风罩4下方的基础底板1上也可标记刻度，从而可明确磨石机箱的位置，同时，后期可以利用直角三角板明确试样的位置。

采用本发明的软岩试样精细化打磨装置打磨软岩试样的工作过程如下：

S1、将防尘罩4上部与上承压板32固定，保证上轴承31可以在防尘套4内自由旋转；通过通风管7将风箱231与空气压缩机6相连；通过第一驱动部件8调整磨石钻柄22位置，把合适直径的磨石23固定在磨石钻柄22的端部；

S2、将软岩试样10的上下表面加工平整，安装在上、下固定器之间，辅助以螺栓夹持固定，并使试样10与同轴电机39同轴；通过第二驱动部件9调整下承压板35高度，并向水箱5中注入一定量的水，防尘罩4底部通过钢圈42固定在基础底板1上；

S3、打磨前，根据需要打磨的试样直径，调整磨石23水平位置，并固定其水平位置；打开磨石装置2、同轴电机39及空气压缩机6开关；空气进入空气压缩机6内，经过压缩产生一定的压强的空气经由通风管7和风箱231进入防尘罩4内，在防尘罩4内充分流动，使磨石23与试样10摩擦产生的热量充分耗散，减低磨石23与试样10的温度，并利用水箱5中的水将软岩试样10的碎屑吸收，防止在室内扩散；转动移动齿轮27上的手轮28，调整磨石23的竖向位置，进行打磨，防尘罩4在磨石23上下移动时产生压缩；

S4、打磨完成后，关闭磨石装置2、同轴电机39和空气压缩机6的开关；拧下钢圈42，将防尘罩4提高并拆除，将磨石23卸下，将防尘罩4卸下；旋转上、下固定器上的固定试样10的螺栓，取出打磨完成的试样，切割成实验用的高度后，蜡封，待使用。

Claims (10)

1.一种软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，包括基础底板，基础底板上安装有用于打磨试样的磨石装置以及用于轴向固定试样的紧固装置，两者相对布设、且磨石装置能够在基础底板上水平移动；其中，所述磨石装置包括磨石，所述紧固装置包括相对设置的上固定座和下固定座；还包括干式除尘装置，该干式除尘装置包括位于试样下方的水箱、包裹试样及水箱的防尘罩、空气压缩机以及通风管，所述通风管进风端连接空气压缩机、出风端与防尘罩内部连通，所述防尘罩顶部与上固定座密封连接、底部与基础底板密封固定，且防尘罩上开设有可供磨石进入的密封通道。

2.根据权利要求1所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述磨石装置包括磨石机箱及磨石钻柄，磨石机箱外壁设有竖向导轨，且竖向导轨上活动安装有钻柄钢圈；所述磨石钻柄一端安装在磨石机箱内部，另一端穿过钻柄钢圈、与磨石机箱外部的磨石固定，通过钻柄钢圈带动在竖向导轨上移动、以调整磨石的竖向位置；所述防尘罩罩体上的密封通道为竖向轨道，以便磨石钻柄带动磨石竖向移动、并支撑防尘罩罩体。

3.根据权利要求2所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述磨石机箱内部设有与磨石钻柄垂直连接的固定杆，还设有移动齿轮，所述固定杆与磨石钻柄相背一侧设有竖向锯齿、与移动齿轮的轮齿及齿槽啮合，转动移动齿轮，固定杆带动磨石钻柄、牵引钻柄钢圈在竖向导轨上移动。

4.根据权利要求2所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述磨石表面、磨石钻柄表面沿水平方向标有刻度，竖向导轨所在侧的磨石机箱外壁面沿竖直方向标有刻度。

5.根据权利要求2所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述基础底板安装磨石装置一侧设有水平导轨，磨石机箱安装于该水平导轨上、并能够在该水平导轨上移动；所述磨石装置还包括用于驱动磨石机箱在水平导轨上移动的第一驱动部件。

6.根据权利要求1所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述上固定座包括自上而下依次连接的上轴承、上承压板和上固定器，上轴承通过L形基础杆与基础底板固定连接；所述下固定座包括自上而下依次连接的下固定器、下承压板及下轴承，下轴承与基础底板固定连接；所述上轴承、下轴承同轴设置，且均能够绕中心轴360°旋转。

7.根据权利要求6所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，还包括用于驱动试样绕轴向转动的同轴电机；所述水箱为环绕下轴承的环形水箱，下轴承底部穿过基础底板、与同轴电机连接。

8.根据权利要求6所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述L形基础杆包括水平杆和竖直杆，其中，竖直杆与基础底板连接，且基础底板上安装与竖直杆底部固定的第二驱动部件、用于驱动L形基础杆升降；所述水平杆与上轴承顶部通过紧固螺栓固定，且上轴承与紧固螺栓的连接处设有水平滑槽，该滑槽内设有钢珠、使上轴承与紧固螺栓竖向固定的同时能够绕紧固螺栓旋转。

9.根据权利要求6所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述防尘罩包括罩体，罩体底部通过钢圈固定在基础底板上，罩体上部通过滚珠与上轴承旋转密封、避免防风罩随试样旋转；所述防尘罩罩体上开设有进风嘴，通风管的出风端穿过进风嘴伸入防尘罩内，且通风管与进风嘴的连接处通过密封圈密封。

10.根据权利要求9所述的软岩试样精细化打磨装置，其特征在于，所述磨石上方固定设有风箱，风箱的进风口与通风管的出风端密封连接，且风箱出风口向下倾斜形成导风嘴。

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