CN112355732A - 一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法 - Google Patents

一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法，所述打磨装置包括底座、稳固支柱、夹持柱和打磨棒，所述底座内设置电动机和限位伸缩杆，所述稳固支柱支撑固定整个装置，所述夹持柱固定于底座之间，用于稳固夹紧岩石试件，所述打磨棒环绕夹持柱均匀安设，用于打磨岩石试件侧面，所述打磨方法包括夹持岩石试件、安装打磨棒、调整岩石试件位置、打磨岩石试件、摘取岩石试件，本发明所述圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法不易损伤岩石试件，实用高效且制取成功率高，能一次性打磨制取直径尺寸精准、表面光滑的岩石试件，这为实验室岩石力学试验奠定基础，对预防和控制矿山灾害具有重要意义。

Description

一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法
技术领域
本发明属于岩石力学试验装置技术领域，具体涉及一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法。
背景技术
我国是一个缺油、少气、富煤的国家，在我国已探明的化石能源资源总量中，煤炭占90％以上，是我国稳定、经济、自主保障程度最高的能源，在未来很长一段时间内煤炭的主体能源地位不会改变，到2050年煤炭在我国能源消费中占比仍将达到50％，随着煤矿井工开采强度和深度的增加，矿井灾害发生愈加频繁严重，单轴抗压、巴西劈裂等实验室岩石力学试验是预测及控制矿井灾害的重要研究手段，圆柱形岩石试件是这些岩石力学试验应用最广泛的研究对象，实验室试验对圆柱形岩石试件的尺寸有高精度要求，如单轴抗压实验要求试件尺寸为50mm*100mm、巴西劈裂实验要求试件尺寸为50mm*25mm，其中，两端面平行度最大误差不超过0.05mm、直径误差不超过0.3mm，但圆柱形岩石试件大都从矿井或其他工程现场通过钻机打钻取芯获得，受限于工程现场取芯设备及地质条件等因素的影响，所取岩芯一般不能满足实验室要求标准，尤其是岩芯直径一般较大，此外，岩芯表面较为粗糙，因此需进一步加工打磨才能制成满足实验室试验要求的试件，实验室试验所需圆柱形岩石试件高度尺寸可通过切割岩芯获得，且其端面为平面，打磨较为容易，而试验所需岩石试件的直径尺寸却不能通过简单截割岩芯完成，且圆柱形试件侧面为弧面，打磨较为困难，为获得满足试验要求直径尺寸的岩石试件，目前主要通过实验室岩石钻孔取芯机对现场获取的岩芯进行二次钻芯，获得目标直径尺寸的岩石试件后再对试件表面进行人工打磨，这种方法虽能实现实验室圆柱形岩石试件的制取，但实验室岩石钻孔取芯机二次钻取岩芯主要存在如下缺点。
(1)取芯机通过夹持试件下端部以固定试件，取芯机工作产生较大震动，钻头端部与试件接触产生较大作用力，且试件的侧弧面使试件与取芯机夹具接触面积小，不能保证试件被充分稳定夹持，极易造成试件晃动损伤甚至倾倒导致取芯失败。
(2)钻取试件时易出现卡钻现象，不仅使试件被卡在钻头内不易被取出，也会造成试件扭断损伤。
(3)钻取试件成功后，试件表面往往仍不平整，需采用砂纸或切削机床对试件进行打磨，工作量繁重且易对试件尺寸精确度产生较大影响。
发明内容
为了克服现打磨圆柱形岩石试件侧弧面过程中存在的缺陷，本发明提供一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置及其使用方法，所述打磨装置具有试件打磨精度高、制取成功率高及实用高效等优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
本发明提供了一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，它包括底座、稳固支柱、夹持柱和打磨棒，所述底座包括下底座、上底座和连接底座，所述稳固支柱支撑上底座和下底座上下同轴放置，连接底座同轴固定在下底座上，下底座内设电动机，电动机轴由底座轴心穿过连接底座与旋转圆盘过盈连接，上底座内固定安装连接轴承，连接轴承过盈连接旋转连轴，上底座和连接底座内分别安设限位伸缩杆，打磨棒竖直连接在上、下限位伸缩杆之间，所述夹持柱包括下夹持柱和上夹持柱，下夹持柱同轴固定在旋转圆盘上，上夹持柱同轴固定在旋转连轴上，夹持柱通过同步自动升降以稳固夹持岩石试件。
进一步的：所述下底座和上底座为直径相同的钢制圆柱体，环绕轴心在下底座上表面和上底座下表面外端均匀焊接固定4根钢制实心圆柱结构的稳固支柱，用以支撑稳固整个装置。
进一步的：所述下底座为坚硬耐磨的壳体空腔结构，其外直径范围为500mm-700mm，下底板是厚度约40mm-70mm的厚重钢板，下底座可稳定安放在地面上保证整个装置整体不发生平移、转动或跳动等运动，内部固定安装有电动机，侧面开有导线孔，电动机通过导线孔外接电源提供动力。
进一步的，所述连接底座为钢制圆柱壳体空心结构，外直径范围为300mm-500mm，上底板开有以轴心为圆心、直径稍大于电动机轴直径的贯通圆孔，侧壁开有4个连通孔。
进一步的，所述上底座为具有一定侧壁壁厚的空腔结构，其外直径与下底座外直径相等，内直径与连接底座外直径相等，上底板内表面同轴固定安装连接轴承，连接轴承过盈连接旋转连轴，旋转连轴另一端从下底板伸出。
进一步的，在连接底座上表面与上底座下表面环绕底座轴心分别均匀开有4个限位滑槽，上、下限位滑槽分别各自沿4根稳固支柱的轴心与底座轴心的水平连线布置，所有限位滑槽大小相同且与底座轴心水平距离相等，在连接底座上表面其中一个限位滑槽一侧标有限位刻度。
进一步的，在连接底座和上底座内侧壁分别于同一水平布置4根与限位滑槽平行的限位伸缩杆，所有限位伸缩杆为结构、大小及功能完全相同且能同步运动的微型电动升降柱，由连通孔或导线孔外接电源实现伸缩，限位伸缩杆外端开有贯通的方形限位方孔，连接底座内的限位方孔上下贯通，上底座内的限位方孔下端开口、上端封闭。
进一步的，所述打磨棒为4根表面均涂有打磨涂层高强耐磨金属棒，其两端为打磨棒方体部分，中部为打磨棒圆柱部分，下端在方圆交界处开有贯通销孔可插入紧固螺栓。
进一步的，所述下夹持柱和上夹持柱为结构、大小相同且能同步工作的电动升降柱，下夹持柱与旋转圆盘同轴固定，上夹持柱与旋转连轴同轴固定能自由转动，旋转圆盘和旋转连轴的直径均小于夹持柱后柱直径，夹持柱前柱直径a为25mm，后柱直径b为30mm，两前柱间的最大距离为150mm、最小距离为20mm。
本发明还提供了所述圆柱形岩石试件侧面打磨装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤。
(1)夹持岩石试件
将双端面磨平(平行度最大误差不超过0.05mm)的岩石试件放置在下夹持柱上，同步启动伸长下夹持柱和上夹持柱直至夹持岩石试件，但不夹紧。
(2)安装打磨棒
先将打磨棒下端经限位滑槽插入连接底座中限位伸缩杆端部的限位方孔内，再将打磨棒上端经限位滑槽插至上底座中限位伸缩杆端部限位方孔的最顶部，此时打磨棒方圆交界处的销孔恰好完全超过限位伸缩杆，将紧固螺栓插入销孔且锁紧螺母，打磨棒不能发生转动和上下滑动。
(3)调整岩石试件位置
启动伸长限位伸缩杆带动打磨棒靠近岩石试件，直至4根打磨棒都已均匀接触到岩石试件，确保岩石试件与夹持柱同轴放置后，同步启动伸长下夹持柱和上夹持柱直至稳固夹紧岩石试件，确保岩石试件不发生与夹持柱的相对平移和转动。
(4)打磨岩石试件
启动电动机，通过旋转圆盘带动夹持柱和岩石试件整体转动，打磨棒与岩石试件发生相对圆周运动对岩石试件打磨，观察打磨棒与岩石试件的相对位置，及时缓慢启动伸长限位伸缩杆逐渐缩小打磨半径，根据限位刻度读取限位伸缩杆的伸长长度，由此判断岩石试件的直径，达到目标直径后立即停止电动机转动，岩石试件打磨完成。
(5)摘取岩石试件
通过连通孔松开紧固螺栓摘下打磨棒，同步启动缩短下夹持柱和上夹持柱直至能轻松取下打磨完成的岩石试件，最后缩短下夹持柱和上夹持柱至两者距离最大、缩短限位伸缩杆至最短备下次使用。
与现有技术相比，本发明的积极技术效果是。
1、本发明可以对岩石试件的侧弧面进行打磨，可以制取直径尺寸精准且表面光滑的岩石试件，这将为实验室岩石力学试验奠定基础，对预防和控制矿山灾害具有重要意义。
2、本发明提供了圆柱形岩石试件侧面打磨装置，该装置的限位伸缩杆和打磨棒形成联动打磨系统，基于限位伸缩杆的长短伸缩能一次性打磨制取成功任意大于夹持柱后柱直径(30mm)的圆柱形岩石试件。
3、本发明提供的圆柱形岩石试件侧面打磨装置的打磨棒转动打磨时能对岩石试件侧弧面形成整体均匀包裹，使试件侧面整体径向受力均匀，下夹持柱和上夹持柱能对岩石试件两端面同步对称稳固夹持，使试件轴向受力均匀，这保证了试件不易被损坏，提高了制取成功率。
附图说明
图1是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置外观示意图。
图2是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置主视剖面图。
图3是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置图2中A区域放大结构示意图。
图4是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置的连接底座上表面俯视图。
图5是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置的上底座下表面仰视图。
图6是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置的连接底座水平剖面图。
图7是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置的上底座水平剖面图。
图8是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置图打磨棒方圆交界面示意图。
图9是一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置图2中B区域放大结构示意图。
图中标号：1、下底座；2、上底座；3、连接底座；4、稳固支柱；5、电动机；6、电动机轴；7、导线孔；8、连通孔；9、旋转圆盘；10、限位滑槽；11、限位刻度；12、限位伸缩杆；13、限位方孔；14、打磨棒；15、打磨棒方体部分；16、打磨棒圆柱部分；17、紧固螺栓；18、连接轴承；19、旋转连轴；20、下夹持柱；21、上夹持柱；22、岩石试件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，包括下底座1、上底座2、连接底座3、稳固支柱4、打磨棒14、下夹持柱20、上夹持柱21，稳固支柱4上、下端分别均匀焊接固定在上底座2和下底座1外端边缘对应位置，支撑稳固整个装置，连接底座3同轴固定在下底座1上，下夹持柱20与上夹持柱21为结构功能完全相同的电动伸缩杆，下夹持柱20和上夹持柱21分别通过构件与连接底座3和上底座2同轴焊接固定，打磨棒14上端插入上底座2、下端插入连接底座3，本实施例中，稳固支柱4和打磨棒14的数量均为4根，均环绕底座轴心均匀布置。
如图2所示，下底座1为坚硬耐磨的钢制圆柱形壳体空腔结构，其外直径范围为500mm-700mm，下底板是厚度约40mm-70mm的厚重钢板，能保证整个装置稳定安放在地面上不发生平移、转动或跳动等运动，内部固定安装有电动机5，侧面开有导线孔7，电动机5通过导线孔7外接电源提供旋转动力，连接底座3为钢制圆柱壳体空心结构，外直径范围为300mm-500mm，上底板开有以轴心为圆心、直径稍大于电动机轴6直径的贯通圆孔，电动机轴6由此伸出后同轴过盈连接旋转圆盘9(如图3所示)，上底座2为具有一定侧壁壁厚的空腔结构，其外直径与下底座1外直径相等，内直径与连接底座3外直径相等，下底板开有一个导线孔7，上底板内表面同轴固定安装连接轴承18，连接轴承18过盈连接旋转连轴19，旋转连轴19另一端从下底板伸出，下夹持柱20和上夹持柱21为结构、大小相同且能同步工作的电动升降柱，夹持柱前柱直径a为25mm，后柱直径b为30mm，两前柱间的最大距离为150mm、最小距离为20mm，下夹持柱20与旋转圆盘9同轴固定，上夹持柱21与旋转连轴19同轴固定能自由转动，旋转圆盘9和旋转连轴19的直径均小于夹持柱后柱直径。
如图4和图5所示，在连接底座3上表面与上底座2下表面环绕底座轴心分别均匀开有4个限位滑槽10，上、下限位滑10分别各自沿4根稳固支柱4的轴心与底座轴心的水平连线布置，所有限位滑槽10大小相同且与底座轴心水平距离相等，在连接底座3上表面其中一个限位滑槽10一侧标有限位刻度11。
如图6和图7所示，在连接底座3和上底座2内侧壁分别于同一水平布置4根与限位滑槽10平行的限位伸缩杆12，所有限位伸缩杆12为结构、大小及功能完全相同且能同步运动的微型电动升降柱，由连通孔8或导线孔7外接电源实现伸缩，限位伸缩杆12外端开有贯通的方形限位方孔13，连接底座3内的限位方孔13上下贯通，上底座2内的限位方孔13下端开口、上端封闭。
如图8和图9所示，打磨棒14为4根表面均涂有打磨涂层高强耐磨金属棒，其两端为打磨棒方体部分15，中部为打磨棒圆柱部分16，下端在方圆交界处开有贯通销孔可插入紧固螺栓17，打磨棒14下端打磨棒方体部分15插入限位方孔13后，可在贯通销孔内插入紧固螺栓17并拧紧螺母，保证打磨棒14不下滑。
本发明中电动机5和限位伸缩杆12与外界电源相接采用的是现有技术，外界电源也是采用的现有结构。
本发明还提供了所述圆柱形岩石试件侧面打磨装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤。
(1)夹持岩石试件22
将双端面磨平(平行度最大误差不超过0.05mm)的岩石试件22放置在下夹持柱20上，同步启动伸长下夹持柱20和上夹持柱21直至夹持岩石试件22，但不夹紧。
(2)安装打磨棒14
先将打磨棒14下端经限位滑槽10插入连接底座3中限位伸缩杆12端部的限位方孔13内，再将打磨棒14上端经限位滑槽10插至上底座2中限位伸缩杆12端部限位方孔13的最顶部，此时打磨棒14方圆交界处的销孔恰好完全超过限位伸缩杆12，将紧固螺栓17插入销孔且锁紧螺母，打磨棒14不能发生转动和上下滑动。
(3)调整岩石试件22位置
启动伸长限位伸缩杆12带动打磨棒14靠近岩石试件22，直至4根打磨棒14都已均匀接触到岩石试件22，确保岩石试件22与夹持柱同轴放置后，同步启动伸长下夹持柱20和上夹持柱21直至稳固夹紧岩石试件22，确保岩石试件22不发生与夹持柱的相对平移和转动。
(4)打磨岩石试件22
启动电动机5，下夹持柱20作为主动部件带动岩石试件22转动，上夹持柱21通过旋转连轴19与连接轴承18连接能自由转动，打磨棒14与岩石试件22发生相对圆周运动对岩石试件22打磨，观察打磨棒14与岩石试件22的相对位置，及时缓慢启动伸长限位伸缩杆12逐渐缩小打磨半径，根据限位刻度11读取限位伸缩杆12的伸长长度，由此判断岩石试件22的直径，达到目标直径后立即停止电动机5转动，岩石试件22打磨完成。
(5)摘取岩石试件22
通过连通孔松开紧固螺栓17摘下打磨棒14，同步启动缩短下夹持柱20和上夹持柱21直至能轻松取下打磨完成的岩石试件22，最后缩短下夹持柱20和上夹持柱21至两者距离最大、缩短限位伸缩杆12至最短备下次使用。
在本实施例中，岩石试件打磨制取过程中的接水降尘是本领域公知常识，在此不再详述。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：包括底座、稳固支柱(4)、夹持柱和打磨棒(14)，所述底座包括下底座(1)、上底座(2)和连接底座(3)，所述稳固支柱(4)支撑下底座(1)和上底座(2)上下同轴放置，连接底座(3)下端开口且同轴固定在下底座(1)上，下底座(1)内设电动机(5)，电动机轴(6)由底座轴心穿过连接底座(3)与旋转圆盘(9)同轴过盈连接，上底座(2)内固定安装连接轴承(18)，连接轴承(18)同轴过盈连接旋转连轴(19)，上底座(2)和连接底座(3)内分别安设限位伸缩杆(12)，打磨棒(14)竖直连接在上、下限位伸缩杆(12)之间，所述夹持柱包括下夹持柱(20)和上夹持柱(21)，下夹持柱(20)同轴焊接固定在旋转圆盘(9)上，上夹持柱(21)同轴焊接固定在旋转连轴(19)上，夹持柱通过同步自动升降以稳固夹持岩石试件(22)。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述下底座(1)和上底座(2)为外直径相同的钢制圆柱体，在下底座(1)上表面和上底座(2)下表面外端对应位置环绕轴心均匀焊接固定4根钢制圆柱形稳固支柱(4)，以支撑稳固整个装置。
3.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述下底座(1)为壳体空腔结构，外直径范围为500mm-700mm，下底板是厚度约40mm-70mm的厚重钢板，其能保证整个装置稳定安放在地面上不发生平移、转动或跳动等运动，内部固定安装电动机(5)提供旋转动力，上底板轴心处开有供电动机轴(6)伸出的贯通圆孔，侧面开有导线孔(7)。
4.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述连接底座(3)为钢制圆柱壳体空心结构，外直径范围为300mm-500mm，上底板开有以轴心为圆心、直径稍大于电动机轴(6)直径的贯通圆孔，侧壁开有4个连通孔(8)。
5.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述上底座(2)为具有一定侧壁壁厚的空腔结构，其外直径与下底座(1)外直径相等，内直径与连接底座(3)外直径相等，上底板内表面同轴固定安设连接轴承(18)，连接轴承(18)过盈连接旋转连轴(19)，旋转连轴(19)另一端从上底座(2)下底板伸出。
6.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：在连接底座(3)上表面与上底座(2)下表面环绕底座轴心分别均匀开有4个限位滑槽(10)，上、下限位滑槽(10)分别各自沿4根稳固支柱(4)轴心与底座轴心的水平连线布置，所有限位滑槽(10)大小相同且与底座轴心的水平距离相等，在连接底座(3)上表面其中一个限位滑槽(10)一侧标有限位刻度(11)。
7.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：在连接底座(3)和上底座(2)内侧壁分别于同一水平布置4根与限位滑槽(10)平行的限位伸缩杆(12)，所有限位伸缩杆(12)为结构、大小及功能完全相同且能同步运动的微型电动升降柱，由连通孔(8)或导线孔(7)外接电源实现伸缩，限位伸缩杆(12)外端开有方形限位方孔(13)，连接底座(3)内的限位方孔(13)上下贯通，上底座(2)内的限位方孔(13)下端开口、上端封闭。
8.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述打磨棒(14)为4根表面均涂有打磨涂层高强耐磨金属棒，其两端为打磨棒方体部分(15)，中部为打磨棒圆柱部分(16)，下端在方圆交界处开有贯通销孔可插入紧固螺栓(17)。
9.根据权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置，其特征在于：所述下夹持柱(20)和上夹持柱(21)为结构、大小相同且能同步工作的电动升降柱，下夹持柱(20)与旋转圆盘(9)同轴固定，上夹持柱(21)同轴固定在旋转连轴(19)下端可自由转动，旋转圆盘(9)和旋转连轴(19)的直径均小于夹持柱后柱直径，夹持柱前柱直径a为25mm，后柱直径b为30mm，两前柱间的最大距离为150mm、最小距离为20mm。
10.利用权利要求1所述的一种圆柱形岩石试件侧面打磨装置的打磨方法，其特征在于，所述打磨方法包括以下步骤：
(1)夹持岩石试件(22)
将双端面磨平(平行度最大误差不超过0.05mm)的岩石试件(22)放置在下夹持柱(20)上，同步启动伸长下夹持柱(20)和上夹持柱(21)直至夹持岩石试件(22)，但不夹紧。
(2)安装打磨棒(14)
先将打磨棒(14)下端经限位滑槽(10)插入连接底座(3)中限位伸缩杆(12)端部的限位方孔(13)内，再将打磨棒(14)上端经限位滑槽(10)插至上底座(2)中限位伸缩杆(12)端部限位方孔(13)的最顶部，此时打磨棒(14)方圆交界处的销孔恰好完全超过限位伸缩杆(12)，将紧固螺栓(17)插入销孔且锁紧螺母，打磨棒(14)不能发生转动和上下滑动。
(3)调整岩石试件(22)位置
启动伸长限位伸缩杆(12)带动打磨棒(14)靠近岩石试件(22)，直至4根打磨棒(14)都已均匀接触到岩石试件(22)，确保岩石试件(22)与夹持柱同轴放置后，同步启动伸长下夹持柱(20)和上夹持柱(21)直至稳固夹紧岩石试件(22)，确保岩石试件(22)不能与夹持柱发生相对平移和转动。
(4)打磨岩石试件(22)
启动电动机(5)，下夹持柱(20)作为主动部件带动岩石试件(22)转动，上夹持柱(21)通过旋转连轴(19)与连接轴承(18)连接能自由转动，打磨棒(14)与岩石试件(22)发生相对圆周运动对岩石试件(22)打磨，观察打磨棒(14)与岩石试件(22)的相对位置，及时缓慢启动伸长限位伸缩杆(12)逐渐缩小打磨半径，根据限位刻度(11)读取限位伸缩杆(12)的伸长长度，由此判断岩石试件(22)的直径，达到目标直径后立即停止电动机(5)转动，岩石试件(22)打磨完成。
(5)摘取岩石试件(22)
通过连通孔(8)松开紧固螺栓(17)摘下打磨棒(14)，同步启动缩短下夹持柱(20)和上夹持柱(21)直至能轻松取下打磨完成的岩石试件(22)，最后缩短下夹持柱(20)和上夹持柱(21)至两者距离最大、缩短限位伸缩杆(12)至最短备下次使用。
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