CN206683920U - 岩石试验用极脆岩石端面磨平机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机，包括底座、工作台机构、动作机构和夹持机构，工作台通过弹性件连接于底座上且由限位件限定下压高度，工作台上设有砂纸，动作机构利用曲柄滑块原理实现由电机转动转化为导杆的直线反复运动，夹持机构连接于导杆上以用于夹持岩样，岩样在动作机构带动下底端于砂纸上做往复运动，从而实现打磨。本实用新型的磨平机实现了岩样与砂纸的稳定接触以及自动化打磨，能够满足岩石力学试验对于极脆性岩样制备的要求，减少岩样断面边缘崩坏的几率，摒弃以往靠人工手持操作制备极脆性岩石的传统形式。结构简单、适用方便、便于推广到室内岩石力学试验岩样制备领域。

Description

岩石试验用极脆岩石端面磨平机

技术领域

本实用新型涉及岩石力学试验技术领域，具体涉及一种适用于极脆性岩石(如煤岩等)试样的端面磨平机。

背景技术

地球表面由一层厚约60～120公里的岩石覆盖，岩石作为地壳分布最为广泛的天然材料，与土木、采矿、水利等工程领域息息相关。当今世界一些权威学者提出：21世纪是地下空间开发利用的世纪。随着城市规模的不断扩大，土地、水等稀缺资源日益紧张，向地下要空间已经成为推动城市可持续发展、建设具有高防灾减灾水平、构建资源节约型、环境友好型社会和城市的重要举措。水利枢纽、隧道开挖、地下管廊建设、采矿巷道、地铁修建等工程建设都离不开对岩石材料的研究，对于岩石在各种复杂工况条件下的力学性质和破坏特性，要求人们深入研究岩石加载过程中的破坏机理以及破坏过程中的强度及变形特性的影响，从而更好地指导实际工程建设。

目前，对于岩石的研究主要有岩石力学试验、解析解以及数值模拟等方法，其中岩石力学试验能够通过试验方案的设计模拟较多复杂条件下的工况，从而得到岩石材料在不同工况下的基本性质以及变化规律，并且能够直观地看出岩石的破坏形式，从而及时对工程建设进行防护处理。

由于物质成分、矿物结构、成因以及演化过程的不同，使得岩石材料的物理性质存在很大的差异，岩石的非均质性和各向异性决定了不同种类的岩石材料具有不同的性质，相同种类的岩石材料同样具有较大的差异。在岩石力学试验过程中，岩样制备往往经过钻取岩芯、岩样切割和端面磨平三个步骤完成，其中岩石试样的端面磨平在绝大多数情况下使用的是岩石双端面磨平机，少数使用打磨机床，但是两者均适用于质地较硬的岩石，却不适用于极脆性岩石，原因在于两者均使用到高速旋转的磨轮，岩样安装固定在工作台上，磨轮高速旋转后工作台再开始作自动往复运动，每个往复运动磨轮都有一定的进给量，从而实现对岩样双端面的磨平，但是对于极脆性岩石(如煤岩)来说，当高速旋转的磨轮在进给过程中刚开始接触岩样的瞬间很容易让岩样端面边缘崩坏，致使极脆性岩石试样采用双端面磨平机磨平的成功概率不超过30％。因此，对于如煤岩类极脆岩石试样，一般磨平的方法是人工手持岩样在砂纸上打磨，目的是先让岩样与砂纸接触之后再进行打磨，这样能够减小岩样端面边缘崩坏的几率，但是却带来了几个显著问题：(1)人工手持操作增加了劳动量；(2)手持操作也会出现由于人工操作不稳定而造成的岩样破损情况；(3)手持操作容易造成双端面误差，从而很难完全符合国际岩石力学学会(ISRM)对于岩样两端面不平整度小于0.05mm的要求。基于以上问题给极脆性岩样制备带来了较大的难度，以往常规岩石双端面磨平机和打磨机床难以实现。

目前，岩石试验用岩样磨平方面的相关专利有：

CN201620464433.7公开了一种双面磨平机，采用前后双组磨轮，即前后排布的金刚磨轮、树脂磨轮，对岩石试样粗磨、精磨。

CN201310079221.8公开了一种夹具尺寸可调式岩石打磨机，通过调节夹具尺寸来得到不同截面尺寸和长度的试验试件。

CN201110054418.7公开了一种防碎裂型岩石试样切磨装置及切磨工艺，将岩石的切割与打磨结合在一起。

CN201110204054.6公开了一种岩体试样的制备方法，其中采用磨平钻头对钻孔孔壁及孔底进行磨平处理。

CN201510001717.2公开了一种适应不同外形尺寸岩样批量打磨的加工设备及方法，利用磨石，通过调节升降支柱上的定位装置的位置以限制活动横杆下降的最低位置完成定位功能，确保精确打磨。

以上岩石打磨装置在对岩石磨平过程中均是先启动设备，再接触岩石端面，这样一来对极脆性岩石的打磨过程有很大的破坏作用，专门用于如煤岩等极脆性岩石端面打磨的设备几乎没有，尤其是能够同时满足端面不平整度精度要求的极脆岩石端面磨平机更是少之又少。

实用新型内容

本实用新型针对以往岩石磨平机无法满足精确打磨试验用极脆性岩石(如煤岩)的功能缺失，其主要目的在于提供一种极脆性岩石试验用岩芯端面磨平机，满足对岩石力学试验用不同规格的标准岩样的精确磨平，从而提高极脆性岩样制备的成功率，促进岩石力学试验的研究。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机，包括：

底座；

工作台机构，设于底座上，所述工作台机构包括工作台、砂纸、弹性件以及限位件，工作台通过弹性件连接于底座上，砂纸铺设于工作台表面，限位件设于工作台下方以限制工作台下压的高度；

动作机构，设于底座上，所述动作机构包括驱动件、转动件、连杆、导杆以及导轨，连杆连接于转动件和导杆之间，驱动件驱动转动件转动，并通过连杆带动导杆于工作台上方沿导轨作直线往复运动；

夹持机构，连接于导杆上，所述夹持机构包括至少两夹具套、橡胶套以及锁固组件，至少两夹具套相互配合并通过锁固组件连接形成用于固定岩样的腔体，所述橡胶套设于夹具套的相对内侧并与岩样直接接触；

岩样固定于夹持机构内，底端与砂纸接触，岩样在动作机构带动下于砂纸上做往复运动，从而实现打磨。

可选的，所述限位件是挡块，设于所述底座上；至少两挡块位于所述工作台至少相对两侧的下方，所述挡块的高度小于所述弹性件自然状态的高度。

可选的，所述驱动件包括电机和连接电机的变频器，所述转动件是轮盘，电机带动轮盘转动并通过变频器进行转速调节。

可选的，所述动作机构还包括连接件，所述连接件固定于所述导杆的末端并滑动配合于所述导轨内；所述连杆的末端设有圆轴，所述连接件设有与圆轴适配的凹槽，所述连接件和连杆通过圆轴与凹槽配合连接。

可选的，所述动作机构还包括另一导轨，所述另一导轨位于所述导杆的运动路径上，所述导杆另一末端滑动配合于所述另一导轨内。

可选的，所述导杆上设有若干所述夹持机构。

可选的，所述夹具套包括两直板以及连接于所述两直板之间的弧形板，所述橡胶套设于弧形板内侧，两夹具套的弧形板配合形成圆腔，两侧的直板分别通过所述锁固组件锁固。

可选的，所述锁固组件包括第一螺杆、固定螺母和第一移动螺母，所述第一螺杆穿过相互配合的两所述直板，且两端分别通过所述固定螺母和第一移动螺母固定。

可选的，所述夹具套上设有卡扣，所述导杆上设有与卡扣适配的卡槽，通过卡扣与卡槽配合实现夹具套与导杆的连接。

可选的，所述夹持机构还包括第二螺杆、螺帽以及第二移动螺母；所述卡扣为倒L型，所述第二螺杆一端固定有所述螺帽，另一端穿过所述卡槽的侧壁并在所述第二移动螺母配合下紧抵所述卡扣。

本实用新型与传统岩石双端面磨平机相比，其效果是极为明显的。本岩石试验用极脆性岩石端面磨平机实现了岩样与砂纸的稳定接触以及自动化打磨，减少岩样断面边缘崩坏的几率，能够满足岩石力学试验对于极脆性岩样制备的要求，最大的特色在于适用如煤岩等极脆性岩样的制备，可以同时制备多个岩样，且岩石夹具可拆卸，其规格也可随岩石力学试验用岩样标准更换，摒弃以往靠人工手持操作制备极脆性岩石的传统形式。结构简单、适用方便、便于推广到室内岩石力学试验岩样制备领域。

附图说明

图1是本实用新型的一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机的正视图；

图2是本实用新型的一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机的侧视图；

图3是本实用新型的一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机的俯视图；

图4是本实用新型的导杆和连杆的连接结构示意图；

图5是本实用新型的夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步具体的说明。

参考图1至图3，一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机包括底座1、工作台机构2、动作机构3和夹持机构4，工作台机构2、动作机构3和夹持机构4均设置于底座1上。

工作台机构2包括工作台21、砂纸22、弹性件(例如为弹簧23)以及限位件(例如为挡块24)，工作台21上覆有一层砂纸22，砂纸22与工作台21牢固黏结。工作台21下部连接6根硬度较大的弹簧23，弹簧23与底座1刚性连接，能够实现岩样打磨过程中工作台21始终与岩样端面有力接触，选择硬度较大的弹簧23目的在于防止工作台21变形过大造成岩样端面打磨过程不平整度出现较大误差。工作台21四角下方对应四个挡块24，挡块24高度一致，位置设在底座1上。挡块24的高度小于弹簧23自然状态的高度。这里所说的自然状态，是指弹簧23在已连接工作台21而未受压下的状态，这是为了工作台21压缩高度一致，保证岩样打磨时处在平面位置。

结合图4，动作机构3包括驱动件(例如为电机31和变频器32)、转动件(例如为轮盘33)、连杆34、导杆35、导轨36以及连接件37。变频器32与电机31连接，能够实现电机31转速调节，从而实现岩样打磨速度的控制，防止因速度过快或过慢引起岩样破坏。电机31带动轮盘33转动，轮盘33上连接一根连杆34，连杆34另一端通过一个连接件37连接一根导杆35，连接件37在导轨36内做直线运动，利用曲柄滑块原理实现由电机转动转化为直线反复运动的功能。具体，连接件37固定于导杆35的末端并滑动配合于导轨36内，连杆34的末端设有圆轴341，连接件37设有与圆轴341适配的凹槽371，连接件37和连杆34通过圆轴341与凹槽371配合连接。为了提高导杆35反复运动的稳定性，在导杆35另一末端位置再设置另一导轨38约束。另一导轨38位于导杆35的运动路径上，导杆35另一末端滑动配合于另一导轨38内。

结合图5，若干夹持机构4连接于导杆35上，各夹持机构4分别包括两夹具套41、橡胶套42以及锁固组件43，两夹具套41相互配合并通过锁固组件43连接形成用于固定岩样的腔体，橡胶套42设于夹具套41的相对内侧并与岩样直接接触。具体来说，夹具套41包括两直板411、412以及连接于所述两直板411、412之间的弧形板413，橡胶套42设于弧形板413内侧，两夹具套的弧形板413配合形成圆腔，两侧的直板411之间和直板412之间分别通过锁固组件43锁固。锁固组件43包括第一螺杆431、固定螺母432和第一移动螺母433，第一螺杆431穿过相互配合的两直板411和412，且两端分别通过固定螺母432和第一移动螺母433固定。

夹具套41为钢材料制成，橡胶套42设置在夹具套41内侧，目的在于打磨过程中保护内部岩样。使用时将岩样5放入夹具当中，调整位置，通过旋转第一移动螺母433将岩样5固定。岩样5固定于夹持机构内，底端与砂纸22接触，岩样5在动作机构3带动下于砂纸22上做往复运动，从而实现打磨。

夹具套41上设有卡扣44，导杆35上设有与卡扣44适配的卡槽351，通过卡扣44与卡槽351配合实现夹具套41与导杆35的连接。卡扣44为倒L型，焊接在夹具套41一侧，卡扣44表面留有凹槽，卡扣44插入导杆35留有的卡槽351中，卡槽351侧壁钻一小孔，第二螺杆45一端固定有螺帽46，另一端穿过小孔并在第二移动螺母47作用下顶紧卡槽中卡扣44的凹槽，这种处理方式一方面可以将岩石夹具固定，另一方面能够实现岩石夹具的装卸和更换。

以打磨长度100mm，直径50mm的标准煤岩岩样为例，说明本实用新型的具体实施方式如下：

(1)更换符合试验标准规格的岩石夹持机构4，将标准岩样放置在岩石夹持机构4当中，给工作台21一个向下的初始力，使下部弹簧23处在微压缩状态，工作台21四角均接触到挡块24，此时调整岩样端面与工作台21位置，确保岩样端面与工作台上的砂纸22有力接触，拧紧第一移动螺母433和第二移动螺母47，固定岩样，防止打磨时岩样松动而损坏岩样。

(2)按下电源按钮，磨平机开始工作，也可以通过调节变频器32来改变电机31转速，从而改变打磨速度。

(3)当岩样一端面打磨完毕后，关闭电源，将岩样换至另一端面，重复以上步骤。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于包括：

底座；

工作台机构，设于底座上，所述工作台机构包括工作台、砂纸、弹性件以及限位件，工作台通过弹性件连接于底座上，砂纸铺设于工作台表面，限位件设于工作台下方以限制工作台下压的高度；

动作机构，设于底座上，所述动作机构包括驱动件、转动件、连杆、导杆以及导轨，连杆连接于转动件和导杆之间，驱动件驱动转动件转动，并通过连杆带动导杆于工作台上方沿导轨作直线往复运动；

夹持机构，连接于导杆上，所述夹持机构包括至少两夹具套、橡胶套以及锁固组件，至少两夹具套相互配合并通过锁固组件连接形成用于固定岩样的腔体，所述橡胶套设于夹具套的相对内侧并与岩样直接接触；

岩样固定于夹持机构内，底端与砂纸接触，岩样在动作机构带动下于砂纸上做往复运动，从而实现打磨。

2.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述限位件是挡块，设于所述底座上；至少两挡块位于所述工作台至少相对两侧的下方，所述挡块的高度小于所述弹性件自然状态的高度。

3.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述驱动件包括电机和连接电机的变频器，所述转动件是轮盘，电机带动轮盘转动并通过变频器进行转速调节。

4.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述动作机构还包括连接件，所述连接件固定于所述导杆的末端并滑动配合于所述导轨内；所述连杆的末端设有圆轴，所述连接件设有与圆轴适配的凹槽，所述连接件和连杆通过圆轴与凹槽配合连接。

5.根据权利要求4所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述动作机构还包括另一导轨，所述另一导轨位于所述导杆的运动路径上，所述导杆另一末端滑动配合于所述另一导轨内。

6.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述导杆上设有若干所述夹持机构。

7.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述夹具套包括两直板以及连接于所述两直板之间的弧形板，所述橡胶套设于弧形板内侧，两夹具套的弧形板配合形成圆腔，两侧的直板分别通过所述锁固组件锁固。

8.根据权利要求7所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述锁固组件包括第一螺杆、固定螺母和第一移动螺母，所述第一螺杆穿过相互配合的两所述直板，且两端分别通过所述固定螺母和第一移动螺母固定。

9.根据权利要求1所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述夹具套上设有卡扣，所述导杆上设有与卡扣适配的卡槽，通过卡扣与卡槽配合实现夹具套与导杆的连接。

10.根据权利要求9所述的岩石试验用极脆岩石端面磨平机，其特征在于：所述夹持机构还包括第二螺杆、螺帽以及第二移动螺母；所述卡扣为倒L型，所述第二螺杆一端固定有所述螺帽，另一端穿过所述卡槽的侧壁并在所述第二移动螺母配合下紧抵所述卡扣。