CN117554221B - 一种隧道掌子面围岩硬度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及围岩硬度检测技术领域，公开了一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，包括底板、保护筒、硬度测量仪、夹紧机构以及调节机构。底板为圆板状，底板的边缘处同轴设置有环形槽。保护筒固定在底板的中部，保护筒内用于放置样品，保护筒沿其高度方向分布若干个弧形孔，弧形孔沿保护筒的周向延伸。硬度测量仪的测量顶杆横向推进，测量顶杆能够穿过弧形孔进入保护筒中，以测量样品的硬度。夹紧机构用于固定保护筒中的样品。调节机构用于调节硬度测量仪的位置，以改变测量顶杆与样品的接触点。本发明通过上述结构，能够提高对围岩硬度进行检测的效率，并且能够方便对围岩进行多点检测，使得测量结果的可靠性更高。

Description

一种隧道掌子面围岩硬度检测装置

技术领域

本发明涉及围岩硬度检测技术领域，尤其涉及一种隧道掌子面围岩硬度检测装置。

背景技术

隧道施工中，掌子面围岩的硬度检测是隧道施工中的重要环节，由于掌子面围岩含有矿物或岩石或其他，矿物或岩石或其他分别取自不同地壳位置，并由于它们经历的作用和风化历史不同，它们的硬度就会不同，隧道施工前需要对掌子面围岩的硬度进行检测以做出施工的相应指示，才能保证隧道的施工稳定进行。

在对掌子面围岩进行硬度检测时，需要将掌子面围岩带回实验室进行检测，检测耗时长、检测过程复杂，且检测设备结构复杂、操作上不具有简便性、快速性，不方便在检测的同时固定岩石样品的位置，同时也不方便在不移动的样品的前提下，实现多点测量样品硬度的目的。

发明内容

为解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供一种隧道掌子面围岩硬度检测装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，包括底板、保护筒、硬度测量仪、夹紧机构以及调节机构。

底板为圆板状，底板的边缘处同轴设置有环形槽。

保护筒固定在底板的中部，保护筒内用于放置样品，保护筒沿其高度方向分布若干个弧形孔，弧形孔沿保护筒的周向延伸。

硬度测量仪的测量顶杆横向推进，测量顶杆能够穿过弧形孔进入保护筒中，以测量样品的硬度。

夹紧机构用于固定保护筒中的样品。

调节机构用于调节硬度测量仪的位置，以改变测量顶杆与样品的接触点，方便对样品不同位置进行检测。

作为上述方案的进一步改进，夹紧机构包括活动顶杆、推杆、连杆以及夹板，其中，活动顶杆水平设于底板的上方，并能够沿底板的径向移动，推杆固定在活动顶杆的一端，推杆上固定有至少两根水平设置的连杆，连杆的末端活动贯穿保护筒，并连接有夹板，夹板用于夹持样品。

作为上述方案的进一步改进，顶杆的外表面设有外螺纹，顶杆的外侧设置有能够和外螺纹螺旋配合的螺套，螺套的外侧套接有能够与其同步转动的外齿轮，螺套的外侧还设置有支撑座，支撑座和螺套通过轴承连接，支撑座安装在底板上。

作为上述方案的进一步改进，连杆的端面沿其长度方向开设有插槽，插槽中活动插接有活动杆，活动杆的内端和插槽内壁通过弹簧连接，活动杆的另一端用于和夹板连接。

作为上述方案的进一步改进，测量顶杆的外侧沿其长度方向固定有齿条，且测量顶杆工作时能够驱动夹紧机构自动夹持样品；

底板的顶面同轴转动连接有环形台，环形台的内圈设置有齿圈，测量顶杆上的齿条和齿圈之间通过联动机构联动。

作为上述方案的进一步改进，联动机构包括齿轮一、齿轮二以及连接齿轮一和齿轮二的长度调节单元，长度调节单元能够使得齿轮一与齿轮二同步转动，并且能够调节齿轮一和齿轮二之间的轴向距离。

作为上述方案的进一步改进，长度调节单元包括杆一、对接插孔、内推杆、对接插杆、杆二，其中，杆一为中空结构，杆一的一侧轴向滑动连接有连接轴，连接轴的另一端用于和齿轮一安装，杆一内设置有内推杆，内推杆的输出端用于和连接轴连接，杆二的一端用于安装齿轮二，杆二靠近杆一的一侧端面周向分布若干根对接插杆，杆一靠近杆二的一侧分布有若干个和对接插杆插接的对接插孔。

作为上述方案的进一步改进，杆二靠近杆一的一侧设置有能够和杆一的中空对接的对接柱，对接柱的末端端面采用圆角过度，中空的内壁沿周向分布有若干个分别和对接插孔连通的通孔，通孔内通过弹簧连接有与其滑动连接的锁紧销，且对接插杆的表面设置有能够和锁紧销配合的锁紧槽，当杆一和杆二对接时，对接柱插入中空中，对接插杆插入对接对接插孔中，并在对接柱的推动下，使得锁紧销滑动插入至对接插杆的锁紧槽中，从而完成结构固定。

作为上述方案的进一步改进，调节机构包括滑动安装在环形槽中的滑动块、固定在滑动块上的高度调节件，高度调节件的输出端和硬度测量仪连接，底板上开设有在其不同径向位置的弧形孔，其中一个弧形孔和环形槽连通，另一个弧形孔中滑动安装有滑动座，滑动座用于和杆二转动连接，且底板的下方设置有用于驱动滑动座以及滑动块同步滑动的滑动调节单元。

作为上述方案的进一步改进，滑动调节单元包括连接板，连接板的两端分别固定有连杆，两根连杆分别穿过两个弧形孔后与滑动块以及滑动座连接，连接板的底部还固定有调节杆，调节杆的另一端和同轴转动连接在底板底部的弧形台连接，弧形台的一侧设置有齿条，底板的底面还固定有驱动电机，驱动电机的输出轴连接有和齿条啮合的驱动齿轮。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提出的一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，包括底板、保护筒、硬度测量仪、夹紧机构以及调节机构。底板为圆板状，底板的边缘处同轴设置有环形槽。保护筒固定在底板的中部，保护筒内用于放置样品，保护筒沿其高度方向分布若干个弧形孔，弧形孔沿保护筒的周向延伸。硬度测量仪的测量顶杆横向推进，测量顶杆能够穿过弧形孔进入保护筒中，以测量样品的硬度。夹紧机构用于固定保护筒中的样品。调节机构用于调节硬度测量仪的位置，以改变测量顶杆与样品的接触点，方便对样品不同位置进行检测。

本发明通过上述结构，能够提高对围岩硬度进行检测的效率，并且能够方便对围岩多点进行检测，使得测量结果的可靠性更高。

附图说明

图1为本发明提出的硬度检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明提出的硬度检测装置的部分结构立体图；

图3为本发明提出的硬度检测装置的夹紧机构的立体图；

图4为本发明实施例1提出的硬度检测装置的部分结构俯视图；

图5为本发明实施例2提出的硬度检测装置的部分结构俯视图；

图6为本发明提出的联动机构的立体图；

图7为本发明的图1的A处放大图；

图8为本发明的杆二末端的结构示意图。

主要符号说明：

图中：基板1、升降件2、支撑柱3、保护筒4、样品5、夹板6、推杆7、活动顶杆8、外螺纹801、外齿轮9、环形槽10、环形台11、硬度测量仪12、齿轮一13、测量顶杆14、支座15、高度调节件16、滑动块17、底板18、连接板19、调节杆20、驱动电机21、弧形台22、齿轮二23、螺套24、支撑座25、清理板26、活动齿轮27、清理孔28、环形导槽29、杆一31、对接插孔32、内推杆33、对接插杆34、杆二35、连接轴37、连杆38、条形孔一39、条形孔二40、调节孔41、通孔42、锁紧销43、对接柱45、凹槽46、弹性伸缩杆47、定位螺钉48。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

参照图1-4，6-8一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，包括底板18、保护筒4、硬度测量仪12、夹紧机构以及调节机构。

底板18为圆板状，底板18的边缘处同轴设置有环形槽10。

保护筒4固定在底板18的中部，保护筒4内用于放置样品5，保护筒4沿其高度方向分布若干个弧形孔41，弧形孔41沿保护筒4的周向延伸。保护筒的顶部可螺旋安装有顶盖，顶盖的底面设置有下压杆，能够在顶盖螺紧时，自动下压固定样品5。

硬度测量仪12的测量顶杆14横向推进，测量顶杆14能够穿过弧形孔41进入保护筒4中，以测量样品5的硬度。本方案中的硬度测量仪12可采用现有的洛氏硬度计原理，通过向岩石样品表面施加压力，并且根据岩石表面产生的痕迹的大小、深度来测定其硬度，其属于本领域的常规技术手段，在此，则具体原理不做详细介绍。

本方案提出的夹紧机构用于固定保护筒4中的样品5。

调节机构用于调节硬度测量仪12的位置，以改变测量顶杆14与样品的接触点，方便对样品5不同位置进行检测。

需要说明的是，可以参照图3，夹紧机构包括活动顶杆8、推杆7、连杆38以及夹板6，其中，活动顶杆8水平设于底板18的上方，并能够沿底板18的径向移动，推杆7固定在活动顶杆8的一端，推杆7上固定有至少两根水平设置的连杆38，连杆38的末端活动贯穿保护筒4，并连接有夹板6，夹板6用于夹持样品5。

更具体地，顶杆8的外表面设有外螺纹801，顶杆8的外侧设置有能够和外螺纹801螺旋配合的螺套24，螺套24的外侧套接有能够与其同步转动的外齿轮9，螺套24的外侧还设置有支撑座25，支撑座25和螺套24通过轴承连接，支撑座25安装在底板18上。

为了方便对样品保持夹紧，且不会影响硬度测量仪12的测量顶杆14正常工作，本方案在连杆38的端面沿其长度方向开设有插槽（图未示），插槽中活动插接有活动杆（图未示），活动杆的内端和插槽内壁通过弹簧连接，活动杆的另一端用于和夹板6连接。

值得一提的是，测量顶杆12的外侧沿其长度方向固定有齿条（图未示），且测量顶杆12工作时能够驱动夹紧机构自动夹持样品；

在本方案中，参照图1，底板18的顶面同轴转动连接有环形台11，环形台11的内圈设置有齿圈（图未示），测量顶杆12上的齿条和齿圈之间通过联动机构联动。

需要说明的是，联动机构包括齿轮一13、齿轮二23以及连接齿轮一13和齿轮二23的长度调节单元，长度调节单元能够使得齿轮一13与齿轮二23同步转动，并且能够调节齿轮一13和齿轮二23之间的轴向距离。

具体参照图6，长度调节单元包括杆一31、对接插孔32、内推杆33、对接插杆34、杆二35，其中，杆一31为中空结构，杆一31的一侧轴向滑动连接有连接轴37，连接轴37的另一端用于和齿轮一13安装，杆一31内设置有内推杆33，内推杆33的输出端用于和连接轴37连接，杆二35的一端用于安装齿轮二23，杆二35靠近杆一31的一侧端面周向分布若干根对接插杆34，杆一31靠近杆二35的一侧分布有若干个和对接插杆34插接的对接插孔32。

参照图2，在保护筒上设置不同的调节孔41，正是方便在不同高度将硬度测量仪的测量顶杆14伸入保护筒中，从而方便在不同位置对岩石样品进行检测。

参照图7，杆二35靠近杆一31的一侧设置有能够和杆一31的中空对接的对接柱45，对接柱45的末端端面采用圆角过度，中空的内壁沿周向分布有若干个分别和对接插孔32连通的通孔42，通孔42内通过弹簧连接有与其滑动连接的锁紧销43，且对接插杆34的表面设置有能够和锁紧销43配合的锁紧槽，当杆一和杆二对接时，对接柱45插入中空中，对接插杆34插入对接对接插孔32中，并在对接柱45的推动下，使得锁紧销43滑动插入至对接插杆34的锁紧槽中，从而完成结构固定。

参照图8，为了方便拆卸，本方案提出的杆二35的端面开设凹槽46，凹槽46中通过弹性伸缩杆47连接有滑动连接于凹槽36的对接柱45，且在杆二35的侧面开设有螺孔，螺孔中安装有定位螺钉48，定位螺钉48的末端用于固定对接柱45的位置，这样在拆卸杆一和杆二时，向外旋转定位螺钉48，在弹性伸缩杆47的作用下，此时对接柱45自动回缩，从而使得对接柱45不在抵触锁紧销43的一端，此时锁紧销和锁紧槽能够分离，进而完成杆一和杆二的分离操作。

作为本发明一可选地实施方式，调节机构包括滑动安装在环形槽10中的滑动块17、固定在滑动块17上的高度调节件16，高度调节件16的输出端和硬度测量仪12连接，具体参照图2，底板18上开设有在其不同径向位置的弧形孔，弧形孔分别为条形孔一39、条形孔二40，其中条形孔一39和环形槽10连通，条形孔二40中滑动安装有滑动座（未标示），滑动座用于和杆二35转动连接，且底板18的下方设置有用于驱动滑动座以及滑动块17同步滑动的滑动调节单元。

具体地，调节件16可选用电动推杆，利用调节件16能够改变硬度测量仪的高度，从而方便在高度方向改变测量点的位置。

滑动调节单元包括连接板19，连接板19的两端分别固定有连杆，两根连杆分别穿过条形孔一39与条形孔二40后与滑动块17以及滑动座连接，连接板19的底部还固定有调节杆20，调节杆20的另一端和同轴转动连接在底板18底部的弧形台22连接，弧形台22的一侧设置有齿条，底板18的底面还固定有驱动电机21，驱动电机21的输出轴连接有和齿条啮合的驱动齿轮。

通过上述的滑动调节单元，能够利用驱动电机21同步驱动弧形台22转动，弧形台22转动的时候能够连同调节杆20移动，从而在连接板19的作用下，驱动滑动座以及滑动块17同步转动，这样能够在改变硬度测量仪位置的同时同步移动联动机构，从而保证夹紧机构始终能够在测量顶杆伸出时有效工作，以提高工作效率。

实施例2

参照图5，在底板18上周向分布若干个沿其径向延伸的清理孔28，为了将硬度测试产生的岩石碎渣从保护筒中清理走，并且本方案提出的保护筒4的内圈设置有一个环形的齿条（图未示，其对于本领域技术人员来说容易理解），在保护筒4内的底板18上还开设有与其同轴的环形导槽，在保护筒内分布若干组沿环形导槽29滑动的清理机构，清理机构包括清理板26、安装在清理板26上的清理电机以及和清理电机输出轴连接的活动齿轮，活动齿轮能够和上述的齿条啮合，清理板26能够和环形导槽29滑动配合，这样在清理电机的驱动下能够使得活动齿轮和齿条啮合，最终带动清理板26在保护筒内周向运动，并且清理板26的一端和样品侧壁之间留有间隙，避免干涉其工作。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，其特征在于，包括

底板，其为圆板状，底板的边缘处同轴设置有环形槽；

保护筒，其固定在底板的中部，所述保护筒内用于放置样品，保护筒沿其高度方向分布若干个弧形孔，且弧形孔沿保护筒的周向延伸；

硬度测量仪，所述硬度测量仪的测量顶杆横向推进，测量顶杆能够穿过弧形孔进入保护筒中，以测量样品的硬度；

夹紧机构，其用于固定保护筒中的样品；以及

调节机构，其用于调节硬度测量仪的位置，以改变测量顶杆与样品的接触点，方便对样品不同位置进行检测；

所述夹紧机构包括活动顶杆、推杆、连杆以及夹板，其中，活动顶杆水平设于底板的上方，并能够沿底板的径向移动，推杆固定在活动顶杆的一端，推杆上固定有至少两根水平设置的连杆，固定在推杆上且水平设置的连杆的末端活动贯穿保护筒，连杆远离推杆的一端连接有所述夹板，夹板用于夹持样品；

所述活动顶杆的外表面设有外螺纹，活动顶杆的外侧设置有和外螺纹螺旋配合的螺套，所述螺套的外侧套接有与其同步转动的外齿轮，螺套的外侧还设置有支撑座，支撑座和螺套通过轴承连接，且支撑座安装在底板上；

所述测量顶杆的外侧沿其长度方向固定有齿条，且测量顶杆工作时能够驱动夹紧机构自动夹持样品；

所述底板的顶面同轴转动连接有环形台，环形台的内圈设置有齿圈，所述测量顶杆上的齿条和所述齿圈之间通过联动机构联动；

所述联动机构包括齿轮一、齿轮二以及连接所述齿轮一和齿轮二的长度调节单元，长度调节单元使齿轮一与齿轮二同步转动，并且能够调节齿轮一和齿轮二之间的轴向距离；所述长度调节单元包括杆一、对接插孔、内推杆、对接插杆以及杆二；杆一的一侧轴向滑动连接有连接轴，连接轴的另一端用于和齿轮一安装，杆一和杆二插接连接，杆二远离杆一的一端用于安装齿轮二；

所述调节机构包括滑动安装在环形槽中的滑动块、固定在滑动块上的高度调节件，高度调节件的输出端和硬度测量仪连接，所述底板上开设有在其不同径向位置的弧形孔，其中一个弧形孔和环形槽连通，另一个弧形孔中滑动安装有滑动座，滑动座用于和杆二转动连接，且底板的下方设置有用于驱动滑动座以及滑动块同步滑动的滑动调节单元；

所述滑动调节单元包括连接板，连接板的两端分别固定有连接杆，两根连接杆分别穿过两个弧形孔后与滑动块以及滑动座连接，连接板的底部还固定有调节杆，调节杆的另一端和同轴转动连接在底板底部的弧形台连接，弧形台的一侧设置有第一齿条，底板的底面还固定有驱动电机，驱动电机的输出轴连接有和所述第一齿条啮合的驱动齿轮；

滑动调节单元利用驱动电机同步驱动弧形台转动，弧形台转动连同调节杆移动，在连接板的作用下，驱动滑动座以及滑动块同步转动，在改变硬度测量仪位置的同时同步移动联动机构，从而保证夹紧机构始终能够在测量顶杆伸出时有效工作。

2.如权利要求1所述的一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，其特征在于，所述连杆的端面沿其长度方向开设有插槽，插槽中活动插接有活动杆，活动杆的内端和插槽内壁通过弹簧连接，活动杆的另一端用于和夹板连接。

3.如权利要求2所述的一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，其特征在于，所述杆一为中空结构，杆一内设置有内推杆，内推杆的输出端用于和连接轴连接，杆二靠近杆一的一侧端面周向分布若干根对接插杆，杆一靠近杆二的一侧分布有若干个和对接插杆插接的对接插孔。

4.如权利要求3所述的一种隧道掌子面围岩硬度检测装置，其特征在于，所述杆二靠近杆一的一侧设置有能够和杆一的中空处对接的对接柱，对接柱的末端端面采用圆角过度，杆一中空的内壁沿周向分布有若干个分别和对接插孔连通的通孔，通孔内通过弹簧连接有与其滑动连接的锁紧销，且对接插杆的表面设置有能够和锁紧销配合的锁紧槽，当杆一和杆二对接时，对接柱插入中空处中，对接插杆插入对接插孔中，并在对接柱的推动下，使得锁紧销滑动插入至对接插杆的锁紧槽中。