CN214427199U - 岩石表面压入与刻划强度一体测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石表面压入与刻划强度一体测定仪，旨在模拟金刚石钻头的碎岩过程，并测量岩石表面压入强度及岩石刻划强度。该测定仪,包括底座、夹具、金刚石压头、第一线性驱动组件、第二线性驱动组件以及压力测定组件；其中，夹具用于固定岩石，并水平滑动设置于所述底座上，金刚石压头设置于所述夹具的上方，用于对所述岩石的上表面施加垂直载荷，第一线性驱动组件设置于所述底座上，用于带动所述金刚石压头压入所述岩石中，第二线性驱动组件设置于所述底座上，用于带动所述夹具连同所述岩石相对所述金刚石压头水平运动，以对所述岩石施加横向载荷，压力测定组件用于测量所述岩石所受的横向荷载压力和垂直载荷压力。

Description

岩石表面压入与刻划强度一体测定仪

技术领域

本实用新型属于金刚石钻头碎岩技术领域，尤其涉及一种岩石表面压入与刻划强度一体测定仪。

背景技术

目前，对于深部硬岩钻进，主要以孕镶金刚石钻头为主。要提孕镶高金刚石钻头破碎坚硬岩层的钻进效率，首先需要研究清楚孕镶金刚石钻头的碎岩机理，以便于优化钻头的设计。在实际钻孔中观察和研究金刚石钻进破岩机理是比较困难的，目前的研究方法主要是通过实验手段，主要是用万能试验机带动金刚石压头压入岩石表面，将压入岩石一定深度所需要的力作为岩石表面压入强度，以模拟孕镶金刚石钻头在垂直荷载下的碎岩过程。同时，也有学者用机床带动金刚石压头对岩石表面进行刻划试验，模拟孕镶金刚石钻头的金刚石颗粒在横向荷载下的碎岩过程。但是，孕镶金刚石钻头碎岩过程是垂直荷载和水平荷载同时作用，即在垂直荷载作用下金刚石颗粒压入岩石一定深度，然后在水平荷载作用下刻划岩石。两向荷载同时作用下的岩石破碎机理与单向荷载作用下的岩石破碎机理存在很大差异，而目前的研究是将两种荷载作用下的碎岩过程分开进行，这样无法正常表征孕镶金刚石钻头的碎岩过程，对孕镶金刚石钻头的碎岩机理研究尚不充分，无法提供钻头结构设计的理论依据和制定钻进规程的可靠数据。

综上，有必要开发一种能够集合金刚石压入岩石与刻划岩石于一体、同时表征岩石在垂直荷载和横向荷载同时作用下的仪器，以模拟孕镶金刚石钻头的碎岩过程。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种岩石表面压入与刻划强度一体测定仪，旨在模拟金刚石钻头的碎岩过程，并测量岩石表面压入强度及岩石刻划强度。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,包括：

底座；

夹具，用于固定岩石，所述夹具水平滑动设置于所述底座上；

金刚石压头，设置于所述夹具的上方，用于对所述岩石的上表面施加垂直载荷；

第一线性驱动组件，设置于所述底座上，用于带动所述金刚石压头压入所述岩石中；

第二线性驱动组件，设置于所述底座上，用于带动所述夹具连同所述岩石相对所述金刚石压头水平运动，以对所述岩石施加横向载荷；

压力测定组件，用于测量所述岩石所受的横向荷载压力和垂直载荷压力。

具体的，该测定仪还包括对所述岩石微观破碎过程进行图像采集的图像采集组件。

具体的，所述图像采集组件包括数码显微镜和电脑，所述数码显微镜设置于所述底座上且镜头对准所述岩石的上表面，所述数码数码显微镜通过数据线与所述电脑连接。

具体的，所述数码显微镜通过万向金属软管设置于所述底座上，所述数据线从所述万向金属软管中引出。

具体的，所述压力测定组件为设置在所述夹具与所述岩石底部之间的三维压力传感器。

具体的，所述夹具包括基板、夹板和夹板驱动件，所述基板的顶部设有用于容置岩石的夹持槽，所述夹板活动设置在所述夹持槽内，并通过所述夹板驱动件的带动将所述岩石夹紧。

具体的，所述底座上设有第一滑轨和第二滑轨，所述金刚石压头滑动安装在所述第一滑轨上，所述夹具滑动安装在所述第二滑轨上，所述第一滑轨相对所述底座竖直设置，所述第二滑轨相对所述底座水平设置。

具体的，所述第一线性驱动组件包括第一电机、第一丝杆以及第一滑块；

所述第一滑块滑动安装在所述第一滑轨上，所述金刚石压头固定设置在所述第一滑块上，所述第一丝杆竖直穿过所述第一滑块与所述第一电机传动连接，所述第一丝杆与所述第一滑块螺纹传动连接。

具体的，所述第二线性驱动组件包括第二电机、第二丝杆以及第二滑块；

所述第二滑块滑动安装在所述第二滑轨上，所述夹具固定设置在所述第二滑块上，所述第二丝杆水平穿过所述第二滑块与所述第二电机传动连接，所述第二丝杆与所述第二滑块螺纹传动连接。

具体的，所述金刚石压头天然金刚石压头。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果在于：测试时，第一线性组件带动金刚石压头压入岩石一定深度后，将金刚石压头压入岩石所需要的力(垂直载荷压力)作为岩石表面压入强度，随后利用第二线性组件带动岩石水平移动进行刻划试验，刻划试验的刻划力(横向荷载压力)作为岩石刻划强度，并且岩石表面压入强度及岩石刻划强度可以通过压力测量组件实时测量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的测定仪立体图；

图2是本实用新型实施例提供的测定仪主视图；

图3是本实用新型实施例提供的测定仪左视图；

其中：1、底座；2、夹具；201、基板；202、夹板；203、夹板驱动件；3、金刚石压头；4、第一线性驱动组件；401、第一电机；402、第一丝杆；403、第一滑块；5、第二线性驱动组件；501、第二电机；502、第二丝杆；503、第二滑块；6、压力测定组件；7、图像采集组件；701、数码显微镜；702、万向金属软管；8、第一滑轨；9、第二滑轨。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1和图2，岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,包括底座1、夹具2、金刚石压头3、第一线性驱动组件4、第二线性驱动组件5以及压力测定组件6；其中，该夹具2水平滑动设置于底座1上，用于固定岩石，金刚石压头3设置于夹具2的上方，用于对岩石的上表面施加垂直载荷，第一线性驱动组件4和第二线性驱动组件5均设置于底座1上，第一线性驱动组件4用于带动金刚石压头3竖直运动以压入岩石中，第二线性驱动组件5用于带动夹具2连同岩石相对金刚石压头3作水平运动，以对岩石施加横向载荷，压力测定组件6则用于测量岩石所受的横向荷载压力和垂直载荷压力。

测试时，第一线性组件带动金刚石压头3压入岩石一定深度后，将金刚石压头3压入岩石所需要的力(垂直载荷压力)作为岩石表面压入强度，随后利用第二线性组件带动岩石水平移动进行刻划试验，刻划试验的刻划力(横向荷载压力)作为岩石刻划强度，并且岩石表面压入强度及岩石刻划强度可以通过压力测量组件实时测量。因岩石刻划强度是在压头压入岩石一定深度后，也即岩石受压状态下测量得到的，与实际金刚石钻进破岩条件是一致的，因此测试结果更加真实可靠。

本实施例测定仪有助于更深入地理解孕镶金刚石钻头的碎岩机理，同时可以测定不同岩石的压入强度值及刻划强度值，提供钻头结构设计的理论依据和制定钻进规程的可靠数据，同时还可以根据测试数据对金刚石钻进的岩石可钻性进行分级。

参见图1和图3，在一些实施例中，该测定仪还包括对岩石微观破碎过程进行图像采集的图像采集组件7，通过图像采集组件7可以对试验过程中岩石微观破碎过程进行实时观察。

参见图1和图3，具体的，图像采集组件7包括数码显微镜701和电脑，数码显微镜701设置于底座1上且镜头对准岩石的上表面，利用数码显微镜701对金刚石压头3压入和刻划过程进行图像采集，数码数码显微镜701则通过数据线与电脑连接，将采集的图像传输至电脑，并通过电脑的显示屏实时显示。

参见图1和图3，在一些实施例中，数码显微镜701通过万向金属软管702设置于底座1上，数据线从万向金属软管702中引出与电脑连接。这样的设计方式，因万向金属软管702可以任意弯曲定位，因此可以带动数码显微镜701调节方位和角度，方便拍照或摄像。

在另一些实施例中，压力测定组件6为设置在夹具2与岩石底部之间的三维压力传感器。本实施例中，通过在夹具2顶部与岩石底部之间设置三维压力传感器，即可同时实现垂直载荷压力和横向载荷压力的测定，结构简单。当然，压力测定组件6也可以包括普通压力传感器，通过两个普通压力传感器分别对垂直载荷压力和横向载荷压力进行测定。

参见图1和图2，可以理解的是，在另一些实施例中，夹具2包括基板201、夹板202和夹板驱动件203，基板201的顶部设有用于容置岩石的夹持槽，夹板202活动设置在夹持槽内，并通过夹板驱动件203带动其在夹持槽内运动。岩石夹持时，将岩石放置在夹持槽内，夹板驱动件203带动夹板202朝向岩石运动，即可将岩石夹紧。当然，夹具2也可以采用其他类型的结构，在此不再赘述。本实施例中金刚石压头3为天然金刚石压头，当然也可以为其他类型的金刚石压头。

参见图1和图2，在实际应用中，底座1上设有第一滑轨8和第二滑轨9，金刚石压头3滑动安装在第一滑轨8上，夹具2滑动安装在第二滑轨9上，第一滑轨8相对底座1竖直设置，第二滑轨9相对底座1水平设置。金刚石压头3通过第一线性驱动组件4的驱动，可以沿着第一滑轨8滑动，夹具2通过第二线性驱动组件5的驱动，可以沿着第二滑轨9滑动。

参见图1-图3，在另一些实施例中，第一线性驱动组件4包括第一电机401、第一丝杆402以及第一滑块403，第一滑块403滑动安装在第一滑轨8上，金刚石压头3固定设置在第一滑块403上，第一丝杆402竖直穿过第一滑块403与第一电机401传动连接，第一丝杆402与第一滑块403螺纹传动连接。本实施例中，第一电机401带动第一丝杆402转动，第一丝杆402带动与其螺纹连接的第一滑块403沿着第一滑轨8运动，最终带动金刚石压头3相对底座1水平移动。

参见图1-图3，同理，第二线性驱动组件5包括第二电机501、第二丝杆502以及第二滑块503，第二线性驱动组件5包括第二电机501、第二丝杆502以及第二滑块503，第二滑块503滑动安装在第二滑轨9上，夹具2固定设置在第二滑块503上，第二丝杆502水平穿过第二滑块503与第二电机501传动连接，第二丝杆502与第二滑块503螺纹传动连接。当然，需要解释说明的是，第一线性驱动组件4以及第二线性驱动组件5也可以采用诸如线性电机、油缸或气缸等其他类型的线性驱动元件。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于，包括：

底座(1)；

夹具(2)，用于固定岩石，所述夹具(2)水平滑动设置于所述底座(1)上；

金刚石压头(3)，设置于所述夹具(2)的上方，用于对所述岩石的上表面施加垂直载荷；

第一线性驱动组件(4)，设置于所述底座(1)上，用于带动所述金刚石压头(3)压入所述岩石中；

第二线性驱动组件(5)，设置于所述底座(1)上，用于带动所述夹具(2)连同所述岩石相对所述金刚石压头(3)水平运动，以对所述岩石施加横向载荷；

压力测定组件(6)，用于测量所述岩石所受的横向荷载压力和垂直载荷压力。

2.根据权利要求1所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：该测定仪还包括对所述岩石微观破碎过程进行图像采集的图像采集组件(7)。

3.根据权利要求2所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述图像采集组件(7)包括数码显微镜(701)和电脑，所述数码显微镜(701)设置于所述底座(1)上且镜头对准所述岩石的上表面，所述数码显微镜(701)通过数据线与所述电脑连接。

4.根据权利要求3所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述数码显微镜(701)通过万向金属软管(702)设置于所述底座(1)上，所述数据线从所述万向金属软管(702)中引出。

5.根据权利要求1-4任一项所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述压力测定组件(6)为设置在所述夹具(2)与所述岩石底部之间的三维压力传感器。

6.根据权利要求5所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述夹具(2)包括基板(201)、夹板(202)和夹板驱动件(203)，所述基板(201)的顶部设有用于容置岩石的夹持槽，所述夹板(202)活动设置在所述夹持槽内，并通过所述夹板驱动件(203)的带动将所述岩石夹紧。

7.根据权利要求1-4任一项所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述底座(1)上设有第一滑轨(8)和第二滑轨(9)，所述金刚石压头(3)滑动安装在所述第一滑轨(8)上，所述夹具(2)滑动安装在所述第二滑轨(9)上，所述第一滑轨(8)相对所述底座(1)竖直设置，所述第二滑轨(9)相对所述底座(1)水平设置。

8.根据权利要求7所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述第一线性驱动组件(4)包括第一电机(401)、第一丝杆(402)以及第一滑块(403)；

所述第一滑块(403)滑动安装在所述第一滑轨(8)上，所述金刚石压头(3)固定设置在所述第一滑块(403)上，所述第一丝杆(402)竖直穿过所述第一滑块(403)与所述第一电机(401)传动连接，所述第一丝杆(402)与所述第一滑块(403)螺纹传动连接。

9.根据权利要求7所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述第二线性驱动组件(5)包括第二电机(501)、第二丝杆(502)以及第二滑块(503)；

所述第二滑块(503)滑动安装在所述第二滑轨(9)上，所述夹具(2)固定设置在所述第二滑块(503)上，所述第二丝杆(502)水平穿过所述第二滑块(503)与所述第二电机(501)传动连接，所述第二丝杆(502)与所述第二滑块(503)螺纹传动连接。

10.根据权利要求1-4任一项所述的岩石表面压入与刻划强度一体测定仪,其特征在于：所述金刚石压头(3)为天然金刚石压头。

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