CN114965056A - 一种便携式强度测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式强度测试仪，包括手持式钻枪和控制系统；手持式钻枪包括外壳、驱动电机、减速机I、扭矩传感器、轴承座、传动轴、钻头座、钻头和推进机构；外壳的前端还设置有样件固定机构；所述样件固定机构中设置有压力传感器；控制系统包括控制箱、蓄电池、中央处理器、伺服驱动器I、伺服驱动器II和触摸式显示屏。本发明通过在控制系统中设置运动控制模块，便于控制驱动电机和推进机构，从而确定钻进转速和钻进速度；通过设置扭矩传感器和压力传感器，便于在钻进过程中通过数据采集模块测试出钻进被测材料的扭矩和钻进压力，通过扭矩和钻进压力可计算出材料的强度。

Description

一种便携式强度测试仪
技术领域
本发明涉及钻进测试技术领域，具体涉及一种便携式强度测试仪。
背景技术
脆性及准脆性材料的强度是现场施工必要的参数之一，如岩石、煤、水泥混凝土及其他矿物质。其中国际上认可的测试强度包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度等，这些强度测试设备大，需要将样品采集到实验室，加工成标准样品然后按照国际(国内)标准进行测试，其优点是标准完善，测试流程统一规范，被国内外认可，其缺点是从采样到试验时空要求高。在难取样甚至无法取样的工况很难测试出材料的强度。另一方面，对于要求不高并且想快速知道材料强度的场合，实验室设备不具有便携性，无法满足要求。因此学者发明了一些相对较轻的设备，如点载荷仪、回弹仪等。这些仪器和方法理论上虽然对材料的形状没有特殊要求，但是在材料形状(如岩屑)不规范时，结果非常离散，回弹仪对于小块岩屑无法测试。利用岩石钻进来预测岩石强度也曾被学者关注，他们理论分析的结果表明，岩石钻进强度与岩石内聚力和内摩擦角等标准强度具有关系，试验表明，岩石强度与钻进过程中扭矩等参数也存在数学关系，以你钻进法是一种能用于预测岩石强度的有效方法，如文献Sajjad Kalantari,Hamid Hashemolhosseini,Alireza Baghbanan.Estimating rockstrength parameters using drilling data[J].InternationalJournalof RockMechanics and Mining Sciences,2018,104.中，作者从理论和试验论证了钻进预测岩石强度的可行性。但是这种方法如果仅能在实验室中测试，相比别的测试方法并没有明显的优势。
针对上述问题，设计一种便携式强度测试仪，它能满足测试钻进强度所需要的参数，非常适合现场施工，另外它受岩屑形状和大小的影响非常小，是一种能准确测试材料强度的便携式设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种便携式强度测试仪，通过在控制系统中设置运动控制模块，便于控制驱动电机和推进机构；通过设置扭矩传感器和压力传感器，便于在钻进过程中通过数据采集模块测试出钻进被测材料的扭矩和钻进压力，通过扭矩和压力可计算出材料的强度；还可通过数据采集模块采集推进机构的数据，从而获得钻进速度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种便携式强度测试仪，包括手持式钻枪和控制系统；
所述手持式钻枪包括外壳、驱动电机、减速机I、扭矩传感器、轴承座、传动轴、钻头座、钻头和推进机构；
所述外壳中从左到右依次设置有所述驱动电机、减速机I、扭矩传感器、轴承座和钻头座；
所述驱动电机的电机轴与所述减速机的输入端传动相连；所述减速机的输出轴与所述扭矩传感器的左端传动相连；所述传动轴转动设置在所述轴承座的内腔中，所述传动轴的左端与所述扭矩传感器的右端传动相连、右端通过导向键与所述钻头座滑动相连；所述钻头的左端伸入所述外壳与所述钻头座固定相连；
所述推进机构设置在所述外壳与所述钻头座间，用于移动所述钻头座；
所述外壳的前端还设置有样件固定机构；所述样件固定机构中设置有压力传感器；
所述控制系统包括控制箱、蓄电池、中央处理器、伺服驱动器I、伺服驱动器II和触摸式显示屏；
所述控制箱中设置有蓄电池、伺服驱动器I、伺服驱动器II和中央处理器；所述触摸式显示屏设置在所述控制箱的上表面；所述中央处理器与蓄电池和触摸式显示屏电连通；
所述中央处理器包括电路板、单片机、运动控制模块和数据采集模块；所述单片机、运动控制模块和数据采集模块集成在所述电路板的上；
所述驱动电机通过伺服驱动器I与所述运动控制模块电连通；所述推进机构通过伺服驱动器II与所述运动控制模块电连通；
所述扭矩传感器和压力传感器与所述数据采集模块电连通。
进一步的，所述推进机构包括推进电机、减速机II、推进齿轮和推进套；所述减速机II设置在所述外壳上，所述推进电机的旋转轴与减速机II的输入轴转动相连，所述减速机II的输出轴伸入所述外壳端连接有所述推进齿轮，所述推进套转动设置在所述钻头座上，所述推进套的下端对应所述推进齿轮处设置有与所述推进齿轮相啮合的齿条；
所述推进电机与所述伺服驱动器II电连通。
进一步的，所述外壳的上端对应所述推进套处设置有导轨座；所述推进套的上端对应所述导轨座处设置有导轨；所述导轨座上对应所述导轨处设置有导轨槽。
进一步的，所述外壳包括上壳体、下壳体、尾盖和前密封盖；
所述前密封盖的内侧通过压片设置有唇形密封圈。
进一步的，所述钻头座的内腔对应所述导向键处设置有导向键槽；所述钻头座的右端设置有用于固定钻头的锁紧螺钉。
进一步的，所述样件固定机构包括与所述外壳相连的固定套和设置在所述固定套中的容纳所述样件的样件杯；
所述样件杯的底部嵌设有压力传感器，所述压力传感器与所述数据采集模块电连通。
进一步的，所述中央处理器还包括数据存储模块和充放电模块；所述数据存储模块和充放电模块集成在所述电路板的上；所述蓄电池与所述充放电模块电连通；所述扭矩传感器和压力传感器与所述数据采集模块电连通。
本发明的有益效果在于：
通过在控制系统中设置运动控制模块，便于控制驱动电机和推进机构；通过设置扭矩传感器和压力传感器，便于在钻进过程中通过数据采集模块测试出钻进被测材料的扭矩和钻进压力，通过扭矩和压力可计算出材料的强度；还可通过数据采集模块采集推进机构的数据，从而获得钻进速度。
附图说明
图1为本发明的实施例一的结构示意图；
图2为本发明控制原理图；
图3为本发明的中央处理器的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
如图1-3所示，一种便携式强度测试仪，包括手持式钻枪和控制系统；
手持式钻枪包括外壳、驱动电机1、减速机I2、扭矩传感器3、轴承座4、传动轴5、钻头座6、钻头7和推进机构；
外壳中从左到右依次设置有驱动电机1、减速机I2、扭矩传感器3、轴承座4和钻头座6；
驱动电机1的电机轴与减速机I2的输入端传动相连；减速机I2的输出轴与扭矩传感器3的左端传动相连；传动轴转5动设置在轴承座4的内腔中，传动轴的5左端与扭矩传感器3的右端传动相连、右端通过导向键8与钻头座6滑动相连；钻头7的左端伸入外壳与钻头座6固定相连；
推进机构设置在外壳与钻头座6间，用于移动钻头座6；
外壳的前端还设置有样件固定机构；样件固定机构中设置有压力传感器9；
控制系统包括控制箱21、蓄电池22、中央处理器23、伺服驱动器I24、伺服驱动器II25和触摸式显示屏26；
控制箱中设置有蓄电池、伺服驱动器I、伺服驱动器II和中央处理器；触摸式显示屏设置在控制箱的上表面；中央处理器与蓄电池和触摸式显示屏电连通；
中央处理器包括电路板、单片机、运动控制模块和数据采集模块；单片机、运动控制模块和数据采集模块集成在电路板的上；
驱动电机通过伺服驱动器I与运动控制模块电连通；推进机构通过伺服驱动器II与运动控制模块电连通；
扭矩传感器和压力传感器与数据采集模块电连通；
通过电机带动减速机I转动，减速机通过轴承座中的传动轴通过导向键将动力传递给钻头座从而带动钻头进行钻进被测材料；通过在扭矩传感器将信号传递给数据采集模块，从而测出钻枪钻进材料输出的扭矩，通过压力传感器将信号传递给数据采集模块，从而测出钻枪钻进的钻进力；通过推进机构将信号传递给数据采集模块，从而测出钻枪的钻进速度；通过扭矩和力计算出材料的强度。
本实施例中，推进机构包括推进电机10、减速机II11、推进齿轮12和推进套13；减速机II11设置在外壳上，推进电机10的旋转轴与减速机II11的输入轴转动相连，减速机II11的输出轴伸入外壳端连接有推进齿轮12，推进套13转动设置在钻头座6上，推进套13的下端对应推进齿轮12处设置有与推进齿轮12相啮合的齿条；
推进电机与伺服驱动器II电连通；
本实施例中，外壳的上端对应推进套13处设置有导轨座14；推进套的上端对应导轨座处设置有导轨；导轨座上对应导轨处设置有导轨槽。
本实施例中，外壳包括上壳体15、下壳体16、尾盖17和前密封盖18；
前密封盖18的内侧通过压片设置有唇形密封圈。
本实施例中，钻头座6的内腔对应导向键8处设置有导向键槽；钻头座的右端设置有用于固定钻头的锁紧螺钉。
本实施例中，样件固定机构包括与外壳相连的固定套19和设置在固定套19中的容纳样件的样件杯20；
样件杯20的底部嵌设有压力传感器9，压力传感器9与数据采集模块电连通；便于将信号传递给数据采集模块。
本实施例中，中央处理器还包括数据存储模块和充放电模块；数据存储模块和充放电模块集成在电路板的上；蓄电池与充放电模块电连通；扭矩传感器和压力传感器与数据采集模块电连通。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种便携式强度测试仪，其特征在于：包括手持式钻枪和控制系统；
所述手持式钻枪包括外壳、驱动电机、减速机I、扭矩传感器、轴承座、传动轴、钻头座、钻头和推进机构；
所述外壳中从左到右依次设置有所述驱动电机、减速机I、扭矩传感器、轴承座和钻头座；
所述驱动电机的电机轴与所述减速机的输入端传动相连；所述减速机的输出轴与所述扭矩传感器的左端传动相连；所述传动轴转动设置在所述轴承座的内腔中，所述传动轴的左端与所述扭矩传感器的右端传动相连、右端通过导向键与所述钻头座滑动相连；所述钻头的左端伸入所述外壳与所述钻头座固定相连；
所述推进机构设置在所述外壳与所述钻头座间，用于移动所述钻头座；
所述外壳的前端还设置有样件固定机构；所述样件固定机构中设置有压力传感器；
所述控制系统包括控制箱、蓄电池、中央处理器、伺服驱动器I、伺服驱动器II和触摸式显示屏；
所述控制箱中设置有蓄电池、伺服驱动器I、伺服驱动器II和中央处理器；所述触摸式显示屏设置在所述控制箱的上表面；所述中央处理器与蓄电池和触摸式显示屏电连通；
所述中央处理器包括电路板、单片机、运动控制模块和数据采集模块；所述单片机、运动控制模块和数据采集模块集成在所述电路板的上；
所述驱动电机通过伺服驱动器I与所述运动控制模块电连通；所述推进机构通过伺服驱动器II与所述运动控制模块电连通；
所述扭矩传感器和压力传感器与所述数据采集模块电连通。
2.根据权利要求1所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述推进机构包括推进电机、减速机II、推进齿轮和推进套；所述减速机II设置在所述外壳上，所述推进电机的旋转轴与减速机II的输入轴转动相连，所述减速机II的输出轴伸入所述外壳端连接有所述推进齿轮，所述推进套转动设置在所述钻头座上，所述推进套的下端对应所述推进齿轮处设置有与所述推进齿轮相啮合的齿条；
所述推进电机与所述伺服驱动器II电连通。
3.根据权利要求2所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述外壳的上端对应所述推进套处设置有导轨座；所述推进套的上端对应所述导轨座处设置有导轨；所述导轨座上对应所述导轨处设置有导轨槽。
4.根据权利要求1所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述外壳包括上壳体、下壳体、尾盖和前密封盖；
所述前密封盖的内侧通过压片设置有唇形密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述钻头座的内腔对应所述导向键处设置有导向键槽；所述钻头座的右端设置有用于固定钻头的锁紧螺钉。
6.根据权利要求1所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述样件固定机构包括与所述外壳相连的固定套和设置在所述固定套中的容纳所述样件的样件杯；
所述样件杯的底部嵌设有压力传感器，所述压力传感器与所述数据采集模块电连通。
7.根据权利要求1所述的一种便携式强度测试仪，其特征在于：所述中央处理器还包括数据存储模块和充放电模块；所述数据存储模块和充放电模块集成在所述电路板的上；所述蓄电池与所述充放电模块电连通；所述扭矩传感器和压力传感器与所述数据采集模块电连通。
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