CN111982734A - 一种岩石耐磨性测试试验装置及测试方法 - Google Patents

一种岩石耐磨性测试试验装置及测试方法 Download PDF

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巫锡勇
郭德平
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Abstract

本发明公开了一种岩石耐磨性测试试验装置，其包括试验架，试验架上从上到下依次设置有载荷桶，载荷桶的下端设置有竖直的钢针套筒，钢针套筒内设置有钢针；载荷桶内设置有载荷装置，待测岩石的固定装置，固定装置放置在电动伸缩滑台的滑台上；固定装置的下端固定在垂直位移升降机的升降杆上。本发明的测量方法为：采用若干根钢针同时对同一块岩样检测试验，通过计算试验前后钢针的针尖磨损，然后通过计算若干根针尖磨损的平均值得到耐磨性指数。本发明规范了测试划痕长度和测试时间，避免了钢针超前磨损，仪器操作简单，并具有行业普遍认可的测试结果分析标准，具有很好的市场推广应用价值，测试方法有效的避免了试验的误差。

Description

一种岩石耐磨性测试试验装置及测试方法
技术领域
本发明涉及岩石耐磨性测试技术领域，具体涉及一种岩石耐磨性测试试验装置及测试方法。
背景技术
岩石耐磨性测试是判别岩石耐磨损性能的主要测试方法，现有装置对岩石耐磨性测试存在诸多问题，不能精确控制划动距离(划痕长度)，对划动时间没有统一规范，未能解决不规则岩样的固定问题，岩样和钢针取放过程的超前磨损，以及不能实时监控划动过程中岩样表面划痕的细微观变化，因此在实操中极大影响了测试结果的准确性。
在安放钢针时，现有装置一般为手提重锤将钢针置于岩样表面，但不可避免的对针尖造成了磨损。在取出钢针时，现有装置一般为拔出上方重锤，取出钢针，此方法会在拔出钢针的瞬间造成钢针和岩石的二次磨损。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种可控制针尖划动距离的岩石耐磨性测试试验装置及测试方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种岩石耐磨性测试试验装置，其包括试验架，试验架上从上到下依次设置有第一承载板、第二承载板和第三承载板，第一承载板上设置有载荷桶，载荷桶的下端设置有竖直的钢针套筒，钢针套筒与载荷桶连通，钢针套筒内设置有钢针；载荷桶内设置有载荷装置，第二承载板上设置有待测岩石的固定装置，固定装置放置在电动伸缩滑台的滑台上，电动伸缩滑台设置在第二承载板上；
固定装置的下端固定在垂直位移升降机的升降杆上，升降杆贯穿滑台，且升降杆与滑台活动连接；垂直位移升降机固定在滑动机构上，滑动机构固定在第三承载板上；垂直位移升降机和电动伸缩滑台均与控制器电连接。
一种采用岩石耐磨性测试试验装置测试岩石耐磨性的方法，其包括以下步骤：
S1：取若干根钢针进行分组，每组至少包含两根钢针，对若干根钢针进行编号，并且同一组的钢针编同相同，则各组钢针的编号为1，2，3，···，n，将每组钢针分别放入不同的岩样编号带中，每组钢针8与岩样的编号对应；
S2：取其中一个编号带中的钢针，采用奥林巴斯多功能显微镜对每根钢针的针尖直径进行测量，并记录每根钢针对应的针尖直径H1、H2、···、Ha，a为每组钢针内的钢针数量，奥林巴斯多功能显微镜调成100倍焦距，直径的精度为0.00001mm；
S3：将此编号带中的岩样固定在四爪卡盘上；
S4：将其中一根钢针放入钢针套筒中，调节垂直位移升降机使岩样与钢针接触；
S4：启动电动伸缩滑台移动岩样，使该钢针在岩样上滑动一定距离S1；
S5：驱动垂直位移升降机下降，取下钢针，采用奥林巴斯多功能显微镜测量此时针尖直径ha；
S6：调整岩样的角度，更换编号带中其余的钢针，重复步骤S4-S5，直到得到该编号带中所有的针尖直径h1、h2、···、ha；
S7：计算每根钢针的针尖的磨损值；H1-h1、H2-h2、···、Ha-ha；
S8：计算该岩石的耐磨性指数CAI：
Figure BDA0002675634530000021
S9：重复步骤S2-S8，测试出其余待测岩样的耐磨性指数。
本发明的有益效果为：本方案通过电动伸缩滑台控制针尖滑动距离，固定针尖滑动时间并适用各种不同规格的岩样，四爪卡盘改变了不规则岩样用于耐磨性测试的局限性，使得无论是具有形状差异还是大小差异的岩石都具备进行耐磨性测试的可能性。对不规则岩样的固定，依托于垂直位移升降机的可升降设置，以及上方钢针套筒周围的螺栓固定和无空隙的重锤固定套筒，极大减少了划动试验前的超前磨损，减少测试误差。
此外，本装置先固定重锤和钢针，再利用可控升降台将岩样置于钢针下方，避免了针尖的超前磨损。并且利用垂直位移升降机，将岩样固定装置整体下降后再取出钢针，避免了再次磨损造成的误差。
本发明规范了测试划痕长度和测试时间，避免了钢针超前磨损，仪器操作简单，并具有行业普遍认可的测试结果分析标准，具有很好的市场推广应用价值。本方案的测试方法有效的避免了试验的误差，确保试验精度，确保测试结果的准确性。
附图说明
图1为岩石耐磨性测试试验装置的主视图。
图2为岩石耐磨性测试试验装置的侧视图。
其中，1、控制器，2、把手，3、重锤，4、载荷桶，5、钢针8套筒，6、防抖云台摄像机，7、固定螺钉，8、钢针，9、第一承载板，10、电动伸缩滑台，11、滑台，12、四爪卡盘，13、升降杆，14、垂直位移升降机，15、第二承载板，16、第三承载板，17、滑轨，18、滑块，19、运动捕捉相机。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，本方案的岩石耐磨性测试试验装置包括试验架，试验架上从上到下依次设置有第一承载板9、第二承载板15和第三承载板16，第一承载板9上设置有载荷桶4，载荷桶4的下端设置有竖直的钢针套筒5，钢针套筒5与载荷桶4连通，钢针套筒5内设置有钢针8；载荷桶4内设置有载荷装置，第二承载板15上设置有待测岩石的固定装置，固定装置放置在电动伸缩滑台10的滑台11上，电动伸缩滑台10设置在第二承载板15上，固定装置为四爪卡盘12。
固定装置的下端固定在垂直位移升降机14的升降杆13上，升降杆13贯穿滑台11，且升降杆13与滑台11活动连接；垂直位移升降机14固定在滑动机构上，滑动机构固定在第三承载板16上；垂直位移升降机14和电动伸缩滑台10均与控制器1电连接。
本方案用于测试岩石的耐磨性，载荷装置为钢针8提供载荷，待测试的岩石样品固定在固定装置上，电动伸缩滑台10带动岩样移动，钢针8在岩样表面滑动，通过测试钢针8的针尖在滑动前后的磨损情况，进而达到对该岩样的耐磨性进行测试。
载荷装置为圆柱形的重锤3，重锤3的下端为水平面，重锤3的上端设置有把手2，重锤3放入载荷桶4内，且载荷桶4的内表面和重锤3外表面均光滑，重锤3与载荷桶4的间隙配合；转动把手2可控制重锤3升降，方便提出载荷桶4，载荷桶4保证其内壁光滑，无缝嵌套，划动过程重锤3不发生晃动空隙。保证重锤3给予钢针8的总荷载为7kg。
钢针套筒5与钢针8间隙配合，钢针套筒5的下端设置有四颗固定钢针8的固定螺钉7，固定螺钉7与钢针套筒5螺纹连接钢针套筒5的内径为6mm，钢针套筒5四周设置4个等距螺钉孔，防止钢针8划动过程中晃动、脱落。钢针8材质为合金45号钢，洛氏硬度为55，直径为6mm，针尖圆锥角60度。
钢针套筒5上设置有朝向固定装置的运动捕捉相机19，第二承载板15上设置有朝向固定装置的防抖云台摄像机6，运动捕捉相机19和防抖云台摄像机6均与控制器1电连接。分别传输钢针8在划动时岩样表面划痕的微观变化过程，辅助分析不同岩样的宏观力学性质。
滑动机构为滑轨17，滑轨17固定在第二承载板15上，滑轨17上设置有滑块18，垂直位移升降机14固定在滑块18上。滑轨17与滑块18的配合，确保岩样在移动的过程中，垂直位移升降机14也能稳定移动，不易发生晃动。
本方案通过电动伸缩滑台10控制针尖滑动距离，固定针尖滑动时间并适用各种不同规格的岩样，四爪卡盘12改变了不规则岩样用于耐磨性测试的局限性，使得无论是具有形状差异还是大小差异的岩石都具备进行耐磨性测试的可能性。对不规则岩样的固定，依托于垂直位移升降机14的可升降设置，以及上方钢针套筒5周围的螺栓固定和无空隙的重锤3固定套筒，极大减少了划动试验前的超前磨损，减少测试误差。
此外，本装置先固定重锤3和钢针8，再利用可控升降台将岩样置于钢针8下方，避免了针尖的超前磨损。并且利用垂直位移升降机14，将岩样固定装置整体下降后再取出钢针8，避免了再次磨损造成的误差。
本发明规范了测试划痕长度和测试时间，避免了钢针8超前磨损，仪器操作简单，并具有行业普遍认可的测试结果分析标准，具有很好的市场推广应用价值。
一种采用本方案的岩石耐磨性测试试验装置测试岩石耐磨性的方法，包括以下步骤：
S1：取若干根钢针8进行分组，分成若干组，每组至少包含两根钢针8，本方案优选每组钢针8有六根，对每组内的根钢针8进行编号，并且同一组的钢针8编同相同，则各组内的钢针8编号为1，2，···，n，将每组钢针8分别放入不同的岩样编号带中，每组钢针8与岩样的编号对应；
S2：取其中一个编号带中的钢针8，采用奥林巴斯多功能显微镜对每根钢针8的针尖直径进行测量，并记录每根钢针8对应的针尖直径H1、H2、···、Ha，a为每组钢针8的数量，a＝6，奥林巴斯多功能显微镜调成100倍焦距，直径的精度为0.00001mm；
S3：将此编号带中的岩样固定在四爪卡盘12上；
S4：将其中一根钢针8放入钢针套筒5中，调节垂直位移升降机14使岩样与钢针8接触；
S4：启动电动伸缩滑台10移动岩样，使该钢针8在岩样上滑动一定距离S1，本方案S1＝1cm；
S5：驱动垂直位移升降机14下降，取下钢针8，采用奥林巴斯多功能显微镜测量此时针尖直径ha；
S6：调整岩样的角度，更换编号带中其余的钢针8，重复步骤S4-S5，直到得到该编号带中所有的针尖直径h1、h2、···、ha；
S7：计算每根钢针8的针尖的磨损值；H1-h1、H2-h2、···、Ha-ha；
S8：计算该岩石的耐磨性指数CAI：
Figure BDA0002675634530000061
S9：重复步骤S2-S8，测试出其余待测岩样的耐磨性指数。
本方案的测试方法有效的避免了试验的误差，确保试验精度，确保测试结果的准确性。

Claims (7)

1.一种岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，包括试验架，所述试验架上从上到下依次设置的第一承载板(9)、第二承载板(15)和第三承载板(16)，所述第一承载板(9)上设置有载荷桶(4)，所述载荷桶(4)的下端设置有竖直的钢针套筒(5)，所述钢针套筒(5)与载荷桶(4)连通，所述钢针套筒(5)内设置有钢针(8)；所述载荷桶(4)内设置有载荷装置，所述第二承载板(15)上设置有待测岩石的固定装置，所述固定装置放置在电动伸缩滑台(10)的滑台(11)上，所述电动伸缩滑台(10)安装在第二承载板(15)上；
所述固定装置的下端固定在垂直位移升降机(14)的升降杆(13)上，所述升降杆(13)贯穿滑台(11)，且升降杆(13)与滑台(11)活动连接；所述垂直位移升降机(14)固定在滑动机构上，所述滑动机构固定在第三承载板(16)上；所述垂直位移升降机(14)和电动伸缩滑台(10)均与控制器(1)电连接。
2.根据权利要求1所述的岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，所述载荷装置为圆柱形的重锤(3)，所述重锤(3)的下端为水平面，所述重锤(3)的上端设置有把手(2)，所述重锤(3)放入载荷桶(4)内，且载荷桶(4)的内表面和重锤(3)的外表面均光滑，所述重锤(3)与载荷桶(4)的间隙配合。
3.根据权利要求1所述的岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，所述钢针套筒(5)与钢针(8)间隙配合，所述钢针套筒(5)的下端设置有四颗固定钢针(8)的固定螺钉(7)，所述固定螺钉(7)与钢针套筒(5)螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，所述钢针套筒(5)上设置有朝向固定装置的运动捕捉相机(19)，所述第二承载板(15)上设置有朝向固定装置的防抖云台摄像机(6)，所述运动捕捉相机(19)和防抖云台摄像机(6)均与控制器(1)电连接。
5.根据权利要求1所述的岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，所述滑动机构为滑轨(17)，所述滑轨(17)固定在第二承载板(15)上，所述滑轨(17)上设置有滑块(18)，所述垂直位移升降机(14)固定在滑块(18)上。
6.根据权利要求1所述的岩石耐磨性测试试验装置，其特征在于，所述固定装置为四爪卡盘(12)。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的岩石耐磨性测试试验装置测试岩石耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取若干根钢针(8)进行分组，每组至少包含两根钢针(8)，对若干根钢针(8)进行编号，并且同一组的钢针(8)编同相同，则各组钢针(8)的编号为1，2，3，···，n，将每组钢针(8)分别放入不同的岩样编号带中，每组钢针(8)与岩样的编号对应；
S2：取其中一个编号带中的钢针(8)，采用奥林巴斯多功能显微镜对每根钢针(8)的针尖直径进行测量，并记录每根钢针(8)对应的针尖直径H1、H2、···、Ha，a为每组钢针(8)内的钢针(8)数量，奥林巴斯多功能显微镜调成100倍焦距，直径的精度为0.00001mm；
S3：将此编号带中的岩样固定在四爪卡盘(12)上；
S4：将其中一根钢针(8)放入钢针套筒(5)中，调节垂直位移升降机(14)使岩样与钢针(8)接触；
S4：启动电动伸缩滑台(10)移动岩样，使该钢针(8)在岩样上滑动一定距离S1；
S5：驱动垂直位移升降机(14)下降，取下钢针(8)，采用奥林巴斯多功能显微镜测量此时针尖直径ha；
S6：调整岩样的角度，更换编号带中其余的钢针(8)，重复步骤S4-S5，直到得到该编号带中所有钢针(8)的针尖直径h1、h2、···、ha；
S7：计算每根钢针(8)的针尖的磨损值；H1-h1、H2-h2、···、Ha-ha；
S8：计算该岩石的耐磨性指数CAI：
Figure FDA0002675634520000031
S9：重复步骤S2-S8，测试出其余待测岩样的耐磨性指数。
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