WO2020220703A1 - 一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置及其试验方法，属于掘进机截割试验台技术领域，装置包括固定底板(1)，固定底板(1)上设有锯片组件和箱体组件；锯片组件中的锯片组件支撑架(4)可带动锯片水平移动，锯片组(7)可沿锯片组件支撑架(4)竖向移动，由马达(10)带动锯片转动进行切割；箱体组件中的箱体推进油缸(15)控制岩石固定装置(14)的水平移动，带动其内的岩石移动至锯片下方，切割后再由截齿截割组件(12)进行截割破碎并采集截割力。首先完成对岩石的锯切，再利用截齿对具有锯片切缝的岩体实现破碎，可用于锯片-截齿联合破岩性能研究，观测岩石破碎效果和截齿破岩含有切缝岩石的截割力变化，运动平稳，容易控制，实验效果优异。

Description

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置及其试验方法 技术领域

本发明涉及一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置及其试验方法，属于掘进机截割试验台技术领域。

背景技术

掘进机是煤炭生产中巷道掘进最为常见的机械，是保证煤矿巷道的快速、稳产掘进的关键设备。在岩巷掘进过程中，主要采用增大截割功率的方式，来提高掘进机掘进性能和效率，但是由于截割刀具的加工工艺没有改变，增大掘进机功率是掘进机成本提升，使体积增大，难以在小型井下得到广泛应用，同时截齿磨损急剧增加，显著增大了岩巷掘进的成本。

为克服岩巷掘进过程中效率低、成本高的问题，需要新型的破碎岩石方式来提高岩石破碎效率，降低生产成本。金刚石是自然界天然存在的最坚硬物质，金刚石锯片可用于切削抗压强度较大的岩石，使岩石具备切缝进而形成具有多自由面板状岩体，再利用截齿进行破碎，形成一种金刚石锯片-截齿联合破岩方法。

中国专利文件(申请号201420476934.8)提供了一种锯片切割式-破碎装置复合式掘进机，是一种实际矿井应用装置，该机械采用的是锯片与破碎锤组合破岩的方式，其可以组合破碎传统掘进机不能截割的硬岩。但是该掘进机采用的破碎锤机构由于需要较大的伸缩空间，不利于煤矿井下的实际应用，同时破碎锤冲击力较大，容易对巷道岩石造成扰动。在实际作业中该装置也不能用于研究岩石锯切尺寸与冲击锤破碎之间的关系。

直接采用生产金刚石锯片-截齿联合破岩掘进机的方式对金刚石锯片与截齿联合破岩方法的性能进行研究，成本高，耗费大量人力、物力。借助金刚石锯片-截齿联合破岩试验装置对破岩性能进行研究，相对于实际作用装置，能有效提高研究效率，降低成本。但现有技术中，还没有一种可以用于金刚石锯片-截齿联合破岩方式性能研究的试验装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置。为了降低时间成本、人工成本，提升产品的可靠性，本发明涉及一种金刚石锯片-截齿联合破岩试验装置，借助本实验室台，可首先完成对岩石的锯切，再利用截齿对具有锯片切缝的岩体实现破碎。可用于金刚石锯片-截齿联合破岩性能研究，观测岩石破碎效果和截齿破岩含有切缝岩 石的截割力变化。

本发明还提供上述试验装置的试验方法。

本发明的技术方案如下：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，包括固定底板，固定底板上设有锯片组件和箱体组件；

锯片组件包括锯片组件导轨和锯片组件推进油缸，锯片组件导轨上滑动设有锯片组件支撑架，锯片组件支撑架一端连接有锯片组件推进油缸，锯片组件推进油缸用于控制锯片组件支撑架的横向位移运动；锯片组件支撑架上设有锯片组和锯片推进油缸，锯片组通过套筒组与锯片推进油缸相连，锯片推进油缸用于控制锯片组的竖向位移运动，套筒组一端连接有马达，马达用于控制套筒的转动从而带动锯片的旋转，锯片组在锯片推进油缸的作用下向下推进，锯片组通过马达控制旋转，对岩石产生切削，锯片推进油缸的伸缩量决定了岩石切缝的深度；

箱体组件包括箱体导轨、岩石固定装置、截齿截割组件，岩石固定装置设于箱体导轨之上，岩石固定装置用于放置并固定实验岩石，岩石固定装置一端设有箱体推进油缸，岩石固定装置两侧的固定底板上设有箱体挡板，箱体挡板之间设有截齿截割组件，截齿截割组件一端设有截齿组件推进油缸，截齿截割组件用于截割破碎岩石。由箱体推进油缸带动岩石固定装置在箱体导轨上水平移动，锯片组在切削岩石的过程中，通过箱体推进油缸的伸缩，可切削形成不同的锯缝长度；锯片组切割完成后，锯片推进油缸收缩，带动锯片组上移至离开岩石后停止，箱体推进油缸将岩石固定装置调到合适位置，由截齿组件推进油缸带动截齿截割组件对岩石固定装置内的岩石进行截割破碎。

依据锯片组件支撑架带动锯片组的移动，可实现对依据套筒的长度锯切形成的板状岩体厚度进一步调整。依据套筒形成的板状岩体厚度是固定的，通过锯片组件支撑架的移动，双重调节，可实现任意厚度板状岩体的切削。

根据本发明优选的，锯片推进油缸的数量为两个，一个锯片推进油缸通过套筒组与锯片组相连，另一个锯片推进油缸与马达相连。两个油缸需采用相同的规格，给予同样的油压，实现马达和锯片组的同步推进。

进一步优选的，马达通过马达固定板与锯片推进油缸的一端连接，锯片组件支撑架上设置有固定板导向槽，固定板导向槽的宽度与马达固定板的厚度相同。锯片推进油缸推进时，马达固定板在固定板导向槽内竖向移动，可保证马达固定板运动的稳定性。

根据本发明优选的，套筒组包括端部带槽套筒、间隔套筒、连轴套筒，套筒组内设有锯 片中轴，锯片中轴上设有花键，套筒组内壁设有花键槽，锯片组包括至少两个锯片，锯片中心设有通孔，通孔上设有锯片花键槽；

锯片与端部带槽套筒、间隔套筒、连轴套筒间隔设置，连轴套筒与马达输出轴相连。马达输出旋转动能，带动连轴套筒转动，通过套筒组的花键槽和锯片中轴的花键的配合，使锯片中轴转动，由于锯片与锯片中轴也通过花键配合，传递转矩，因此带动锯片平稳转动，进行切割作业。锯片与套筒组间隔设置，可根据实际需要对间隔套筒的长度和数量进行更改，控制金刚石锯片之间的距离。

进一步优选的，锯片中轴包括轴头、轴颈、轴身，轴身上设有花键，套筒组与轴身间隙配合，轴头通过油缸套筒与锯片推进油缸相连。轴头在油缸套筒内自由转动，锯片推进油缸推动油缸套筒竖向移动，锯片中轴同时在油缸套筒内转动。

进一步优选的，轴头设在锯片中轴的中间，轴头两侧依次设有轴颈、轴身；轴颈上设有轴头端盖，两个轴头端盖与油缸套筒通过螺纹孔螺栓连接。两个轴头端盖的配合作用可固定锯片中轴在油缸套筒的位置。

进一步优选的，锯片中轴一端的轴身端部设有螺纹杆，螺纹杆与中轴端盖螺纹连接，中轴端盖的外径与端部带槽套筒的外径相同。中轴端盖用于轴向紧固锯片中轴上的套筒组和锯片组，中轴端盖外侧可加设螺母进一步紧固。

进一步优选的，套筒组还包括定位套筒，定位套筒设于间隔套筒与连轴套筒之间，定位套筒内壁设有花键槽。定位套筒用于补充联轴套筒和间隔套筒之间的间隙，联轴套筒和定位套筒之间还可安装弹性垫片。

根据本发明优选的，固定底板上还设有支撑架定位装置，支撑架定位装置包括主体架，主体架上设有通孔，主体架通过螺栓与固定底板上相连；主体架侧面设有向心轴承，向心轴承通过支撑杆与主体架侧面相连，锯片组件支撑架设于向心轴承上方。向心轴承与锯片组件支撑架相接触，锯片组件支撑架在锯片组件导轨上移动时，向心轴承在稳固锯片组件支撑架不倾倒的同时，能够确保其在移动过程中承受较小的摩擦力。

根据本发明优选的，岩石固定装置包括箱体，箱体内设有岩石固定板，岩石固定板上设有定位槽，箱体侧壁上设有通孔，紧固杆贯穿通孔嵌入定位槽中，紧固杆设有外螺纹，紧固杆在箱体外侧与螺母连接。岩石放入后，紧固杆贯穿通孔伸入至岩石固定板的定位槽中，将岩石固定板推至紧固岩石，再通过螺母完成与箱体的固定。

进一步优选的，通孔外侧的箱体侧壁上设有螺母槽，螺母槽内设置螺母，紧固杆端头开设有内六角孔。将螺母放置在螺母槽中，只需要使用内六角扳手转动紧固杆推动岩石固定板 即可。

进一步优选的，箱体侧壁上的通孔设置至少两列、至少两排，岩石固定板的高度小于箱体的高度，箱体两侧顶部水平设有支撑板。支撑板可将箱体置于两侧的箱体挡板之间、使箱体本身无晃动空间，箱体侧壁配备多个通孔、多个螺母槽，可根据需要固定的岩石大小调整紧固杆、螺母、岩石固定板的位置，确保在箱体内部岩石没有晃动的空间。岩石固定板的高度小于箱体的深度，可保证岩石固定板随箱体中岩石位置的变化，具有一定的上下活动范围，同时保证岩石固定板不伸出箱体，不与截齿发生碰撞。

根据本发明优选的，截齿截割组件包括平衡体，平衡体一端设有截齿固定板，截齿通过卡环与截齿固定板连接；平衡体另一端设有压力传感器，压力传感器与截齿组件推进油缸相连，压力传感器上设有信号采集接口。压力传感器可以准确测量破岩过程中产生的截割力，外接信号采集系统能够通过信号采集接口获取压力传感器产生的电流信号。

进一步优选的，截齿固定板为折板，折板一端与平衡体之间螺栓连接，折板另一端与截齿连接，折板的弯折处也起到与平衡体之间一定的定位作用；压力传感器一侧设有拉压力杆，拉压力杆与平衡体铰接。

进一步优选的，箱体挡板之间还设有两个截割组件导轨，平衡体两侧设有平衡杆，平衡杆端部设有向心轴承，向心轴承在截割组件导轨内滚动。截割组件导轨通过螺栓固定于箱体挡板上，经螺栓固定的截割组件导轨在承受截齿截割组件的载荷时，可围绕螺栓产生微弱转动，从而缓冲截齿截割组件对截割组件导轨的冲击载荷，可有效抵制截齿截割组件在截割岩石过程中的上下波动和振动，截齿截割组件的截割动作更为平滑，保证截割破碎岩石过程中运动平稳。同时可有效测量截齿运动方向的截割力，也即法相截割力。

优选的，岩石固定装置与箱体推进油缸之间铰接连接。在箱体推进油缸的作用下岩石固定装置带动岩石在箱体导轨上移动，铰接连接能够使岩石固定装置仅承受箱体推进油缸所产生的轴向推进力，不承受侧向力，从而平稳推进。

优选的，锯片组件推进油缸与锯片组件支撑架之间铰接连接。锯片组件推进油缸可推进锯片组件支撑架在锯片组件导轨上移动，锯片组件推进油缸与锯片组件支撑架之间采用铰接的连接形式，确保油缸在推进支撑架时不产生侧向力。

一种利用上述金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置的试验方法，包括步骤如下：

一、岩石固定过程：

箱体推进油缸伸长，推进岩石固定装置沿箱体导轨向锯片组件支撑架方向运动，当岩石固定装置处于箱体挡板与锯片组件支撑架中间时，箱体推进油缸停止工作；

在箱体中放入岩石，利用内六角扳手旋转紧固杆，使紧固杆往箱体内部方向运动，推动岩石固定板向箱体内部方向运动，两侧岩石固定板夹紧岩石；

二、岩石锯片切削深度控制：

通过箱体推进油缸的伸长或缩短，调整岩石固定装置的位置，使岩石在锯片组的正下方；

锯片推进油缸推动锯片组向下运动，同时启动马达，带动锯片组旋转；随锯片推进油缸的推动，锯片组贴近并开始切削岩石，通过控制锯片推进油缸的伸长量，控制锯片切削岩石的深度；锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

三、岩石锯片切削锯缝长度控制：

锯片组切削岩石过程中，箱体推进油缸可带动岩石固定装置在箱体导轨上运动，获得所需的岩石切缝长度后，箱体推进油缸停止动作，锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

四、岩石锯片切削切缝间距控制：

锯片组切削岩石的切缝间距取决于间隔套筒的长度；拆卸套筒组、中轴端盖，更换合适长度的间隔套筒可改变锯片组中各锯片之间的间距，切削得到所需的切缝间距，通过调整套同组与锯片组的间隔距离获得指定的岩石切削厚度；

或，

锯片组与岩石之间的相对位置，可通过锯片组件推进油缸移动锯片组件支撑架改变：锯片组锯切岩石形成一定间距的切缝后，锯片推进油缸带动锯片组升起，通过锯片组件推进油缸的伸缩，调整锯片组件支撑架和锯片组与岩石的相对位置，锯片推进油缸带动金刚石锯片组下降，进行再一次切削，可改变切缝间距；切削完成后，锯片推进油缸带动锯片组再次升起，关闭马达。

五、截割力的获取：

被锯片组切削完成的岩石，通过箱体推进油缸的收缩作用移动到箱体挡板内，截齿截割组件在截齿组件推进油缸的带动下沿截割组件导轨方向运动，截齿冲击破碎带有切缝的岩石，岩石对截齿的反作用力使拉压力杆压缩压力传感器,压力传感器的变形以电流信号通过信号采集接口输出，完成试验采集。

本发明的有益效果在于：

1.本发明设计了一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，该试验装置能够完成对岩石的破碎试验研究。

2.本发明的试验装置锯片组件由多个锯片组成，能够同时对岩石体进行多条锯缝的锯切。

3.本发明的试验装置能够通过锯切推进油缸的进给距离，辅助锯片组件对岩石进行锯切，形成不同的锯切切缝深度。

4.本发明的试验装置能够通过岩石固定油缸的进给距离，辅助锯片组件对岩石进行锯切，形成不同的锯切切缝长度。

5.本发明的试验装置可以通过带槽套筒的作用，辅助锯片组件对岩石进行锯切，通过改变间隔套筒的宽度，可以形成不同的锯切切缝间距，以形成不同厚度的岩石板状体。

6.本发明的试验装置也可以通过锯片组件支撑架推进油缸的作用，带动锯片组件支撑架进行移动，辅助锯片组件对岩石进行锯切，进而形成不同的锯切切缝间距，以形成不同厚度的岩石板状体。

7.本发明的试验装置的锯片组件支撑架采用支撑架定位装置进行定位，可保证锯片组件支撑架在导轨上平稳、平滑移动，不会发生倾倒等现象。

8.本发明的试验装置具有岩石装夹组件，该组件能够完成对不同尺寸岩石的固定，并可以通过垫板的作用在不同高度上对岩石进行固定。

9.本发明的试验装置通过对不同高度岩石的固定，可以辅助截齿截割组件完成不同截割深度板状岩体的截割破碎。

10.本发明的试验装置的截齿截割组件具备有轴承式抗弯矩结构，该结构的优势在于，①能够抵消截齿截割力对截齿截割组件结构产生的弯矩，②能使截齿在截齿推进油缸推进过程中直线移动更加平稳。

11.本发明的试验装置的截齿截割组件具备有压力传感器，能够在轴承式抗弯矩结构的辅助下准确测量截齿破碎岩石过程中的法向截割力。

12.本发明所涉及的与锯片搭配破碎岩石的结构是截齿，用于截齿安装的截割头的大小容易控制。锯片切割岩石后，岩石的强度会显著降低，截割头体积、功率较小的情况下也可以完成对板状岩体的破碎。

附图说明

图1为本发明金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置整体结构示意图；

图2为本发明金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置马达装配示意图；

图3为截割组件导轨结构示意图；

图4为截齿截割组件结构示意图；

图5为锯片中轴结构示意图；

图6为中轴端盖结构示意图；

图7为锯片结构示意图；

图8为轴头端盖结构示意图；

图9为油缸套筒结构示意图；

图10为套筒组结构示意图；

图11为支撑架定位装置结构示意图；

图12为岩石固定装置结构立体图；

图13为岩石固定装置结构俯视示意图；

图14为岩石固定装置侧面结构示意图；

其中：

1-固定底板；2-锯片组件推进油缸；3-锯片组件导轨；4-锯片组件支撑架；5-锯片中轴；6-套筒组；7-金刚石锯片组；8-锯片推进油缸；9-螺栓；10-马达；11-支撑架定位装置；12-截齿截割组件；13-箱体挡板；14-岩石固定装置；15-箱体推进油缸；16-截割组件导轨；17-截齿组件推进油缸；18-箱体导轨；19-马达固定板；20-固定板导向槽；21-轴头端盖，22-中轴端盖；

501-螺纹杆，502-花键，503-轴身，504-轴颈，505-轴头，506-轴颈，507-轴身，508-花键；

6001-花键槽，6002-端部带槽套筒，6003-间隔套筒，6004-定位套筒，6005-连轴套筒；

7001-锯片花键槽；

801-油缸套筒，802-螺纹孔，803-孔；

1101-主体架，1102-通孔，1103-支撑杆，1104-向心轴承；

1201-截齿，1202-卡环，1203-螺栓，1204-截齿固定板，1205-平衡体，1206-平衡杆，1207-向心轴承，1208-铰接副，1209-螺母，1210-螺母，1211-拉压力杆，1212-压力传感器，1213-螺纹孔，1214-信号采集接口；

1401-箱体，1402-岩石紧固板，1403-定位槽，1404-紧固杆，1405-铰接副，1406-支撑板，1407-内六角孔，1408-螺母，1409-螺母槽，

1601-通孔，1602-导槽；

2101-螺纹孔，2102-端盖内径。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

如图1-14所示。

实施例1：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，如图1所示，包括固定底板1，固定底板1上设有锯片组件和箱体组件。

锯片组件包括锯片组件导轨3和锯片组件推进油缸2，锯片组件导轨3上滑动设有锯片组件支撑架4，锯片组件支撑架4一端连接有锯片组件推进油缸2，锯片组件推进油缸2用于控制锯片组件支撑架4的横向位移运动；锯片组件支撑架4上设有锯片组7和锯片推进油缸8，锯片组7通过套筒组6与锯片推进油缸8相连，锯片推进油缸8用于控制锯片组7的竖向位移运动，套筒组6一端连接有马达10，马达用于控制套筒的转动从而带动锯片的旋转，锯片组在锯片推进油缸的作用下向下推进，锯片组通过马达控制旋转，对岩石产生切削，锯片推进油缸的伸缩量决定了岩石切缝的深度。

箱体组件包括箱体导轨18、岩石固定装置14、截齿截割组件12，岩石固定装置14设于箱体导轨18之上，岩石固定装置14用于放置并固定实验岩石，岩石固定装置14一端设有箱体推进油缸15，岩石固定装置14两侧的固定底板1上设有箱体挡板13，箱体挡板13之间设有截齿截割组件12，截齿截割组件12一端设有截齿组件推进油缸17，截齿截割组件12用于截割破碎岩石。由箱体推进油缸带动岩石固定装置在箱体导轨上水平移动，锯片组在切削岩石的过程中，通过箱体推进油缸的伸缩，可切削形成不同的锯缝长度；锯片组切割完成后，箱体推进油缸将岩石固定装置调到合适位置，由截齿组件推进油缸带动截齿截割组件对岩石固定装置内的岩石进行截割破碎。

依据锯片组件支撑架带动锯片组的移动，可实现对依据套筒的长度锯切形成的板状岩体厚度进一步调整。依据套筒形成的板状岩体厚度是固定的，通过锯片组件支撑架的移动，双重调节，可实现任意厚度板状岩体的切削。

实施例2：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，锯片推进油缸8的数量为两个，如图1-2所示，一个锯片推进油缸通过套筒组与锯片组相连，另一个锯片推进油缸与马达相连。两个油缸需采用相同的规格，给予同样的油压，实现马达和锯片组的同步推进。

实施例3：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例2所述，所不同的是，马达10通过螺栓9固定于马达固定板19，马达固定板19与锯片推进油缸8的一端连接，如图2所示，锯片组件支撑架4上设置有固定板导向槽20，固定板导向槽20的宽度与马达固定板 19的厚度相同。锯片推进油缸推进时，马达固定板在固定板导向槽内竖向移动，可保证马达固定板运动的稳定性。

实施例4：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，套筒组包括端部带槽套筒6002、间隔套筒6003、连轴套筒6005，如图10所示，套筒组内设有锯片中轴5，锯片中轴5上设有花键，套筒组内壁设有花键槽6001，锯片组包括八个锯片，锯片中心设有通孔，通孔上设有锯片花键槽7001，如图7所示。

锯片与端部带槽套筒、间隔套筒、连轴套筒间隔设置，连轴套筒6005与马达10的输出轴相连。马达输出旋转动能，带动连轴套筒转动，通过套筒组的花键槽和锯片中轴的花键的配合，使锯片中轴转动，由于锯片与锯片中轴也通过花键配合，传递转矩，因此带动锯片平稳转动，进行切割作业。锯片与套筒组间隔设置，可根据实际需要对间隔套筒的长度和数量进行更改，控制金刚石锯片之间的距离。

实施例5：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例4所述，所不同的是，锯片中轴5包括轴头505、轴颈504、轴身503，轴身上设有花键502，套筒组与轴身间隙配合，轴头505通过油缸套筒801与锯片推进油缸8相连。轴头在油缸套筒内自由转动，锯片推进油缸推动油缸套筒竖向移动，锯片中轴同时在油缸套筒内转动。

实施例6：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例5所述，所不同的是，轴头505设在锯片中轴5的中间，轴头505两侧依次设有轴颈504、轴颈506、轴身503、轴身507，如图5所示；轴颈上设有轴头端盖21，轴头端盖21具有端盖内径2102，与轴颈504为过度配合，两个轴头端盖与油缸套筒801通过各自的螺纹孔2101、螺纹孔802螺栓连接，如图8、图9所示。两个轴头端盖可进一步固定油缸套筒。

实施例7：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例6所述，所不同的是，锯片中轴5一端的轴身503端部设有螺纹杆501，螺纹杆501与中轴端盖22螺纹连接，如图5、图6所示，中轴端盖22的外径与端部带槽套筒6002的外径相同。中轴端盖用于轴向紧固锯片中轴上的套筒组和锯片组，中轴端盖外侧可加设螺母进一步紧固。

实施例8：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例4所述，所不同的是，套 筒组还包括定位套筒6004，定位套筒6004设于间隔套筒6003与连轴套筒6005之间，定位套筒内壁设有花键槽。定位套筒用于补充联轴套筒和间隔套筒之间的间隙，联轴套筒和定位套筒之间还可安装弹性垫片。

实施例9：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，固定底板1上还设有支撑架定位装置11，如图11所示，支撑架定位装置11包括主体架1101，主体架1101上设有通孔1102，主体架1101通过螺栓与固定底板1相连；主体架1101侧面设有向心轴承1104，向心轴承1104通过支撑杆1103与主体架1101侧面相连，锯片组件支撑架4设于向心轴承1104上方。向心轴承与锯片组件支撑架相接触，锯片组件支撑架在锯片组件导轨上移动时，向心轴承在稳固锯片组件支撑架不倾倒的同时，能够确保其在移动过程中承受较小的摩擦力。

实施例10：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，岩石固定装置14包括箱体1401，如图12-图14所示，箱体1401内设有岩石固定板1402，岩石固定板1402上设有定位槽1403，箱体1401侧壁上设有通孔，紧固杆1404贯穿通孔嵌入定位槽1403中，紧固杆1404设有外螺纹，紧固杆1404在箱体1401外侧与螺母1408连接。岩石放入后，紧固杆贯穿通孔伸入至岩石固定板的定位槽中，将岩石固定板推至紧固岩石，再通过螺母完成与箱体的固定。

实施例11：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例10所述，所不同的是，通孔外侧的箱体1401侧壁上设有螺母槽1409，螺母槽1409内设置螺母1408，紧固杆1404端头开设有内六角孔1407，如图14所示。将螺母放置在螺母槽中，只需要使用内六角扳手转动紧固杆推动岩石固定板即可。

实施例12：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例10所述，所不同的是，箱体1401侧壁上的通孔设置三列、三排共九个，如图14所示，岩石固定板1402的高度小于箱体1401的高度，箱体两侧顶部水平设有支撑板1406。支撑板可将箱体置于两侧的箱体挡板之间、使箱体本身无晃动空间，箱体侧壁配备多个通孔、多个螺母槽，可根据需要固定的岩石大小调整紧固杆、螺母、岩石固定板的位置，确保在箱体内部岩石没有晃动的空间。岩石固定板的高度小于箱体的深度，可保证岩石固定板随箱体中岩石位置的变化，具有一定的 上下活动范围，同时保证岩石固定板不伸出箱体，不与截齿发生碰撞。

实施例13：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例10所述，所不同的是，截齿截割组件12包括平衡体1205，如图4所示，平衡体1205一端设有截齿固定板1204，截齿1201通过卡环1202与截齿固定板1204连接；平衡体1205另一端设有压力传感器1212，压力传感器1212与截齿组件推进油缸17通过螺纹孔1213螺栓连接，压力传感器1212上设有信号采集接口1214。压力传感器可以准确测量破岩过程中产生的截割力，外接信号采集系统能够通过信号采集接口获取压力传感器产生的电流信号。

实施例14：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例13所述，所不同的是，截齿固定板1204为折板，折板一端与平衡体1205之间通过螺栓1203连接，折板另一端与截齿1201连接，折板的弯折处也起到与平衡体之间一定的定位作用；压力传感器一侧设有拉压力杆，拉压力杆与平衡体铰接。

实施例15：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例14所述，所不同的是，箱体挡板13之间还设有两个截割组件导轨16，如图3所示，截割组件导轨通过通孔1601固定在箱体挡板13上，截割组件导轨设有导槽1602，平衡体1205两侧设有平衡杆1206，平衡杆1206端部设有向心轴承1207，向心轴承1207在截割组件导轨16的导槽1602内滚动。导槽的长度L为箱体挡板之间的间距，导槽的宽度B大于向心轴承1207的厚度，导槽的高度H与向心轴承1207的大径相同。截割组件导轨通过螺栓固定于箱体挡板上，经螺栓固定的截割组件导轨在承受截齿截割组件的载荷时，可围绕螺栓产生微弱转动，从而缓冲截齿截割组件对截割组件导轨的冲击载荷，可有效抵制截齿截割组件在截割岩石过程中的上下波动和振动，截齿截割组件的截割动作更为平滑，保证截割破碎岩石过程中运动平稳。同时可有效测量截齿运动方向的截割力，也即法相截割力。

实施例16：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，岩石固定装置与箱体推进油缸之间通过铰接副1405铰接连接。在箱体推进油缸的作用下岩石固定装置带动岩石在箱体导轨上移动，铰接连接能够使岩石固定装置仅承受箱体推进油缸所产生的轴向推进力，不承受侧向力，从而平稳推进。

实施例17：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，锯片组件推进油缸与锯片组件支撑架之间铰接连接。锯片组件推进油缸可推进锯片组件支撑架在锯片组件导轨上移动，锯片组件推进油缸与锯片组件支撑架之间采用铰接的连接形式，确保油缸在推进支撑架时不产生侧向力。

实施例18：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置的试验方法，其结构如实施例15所述，包括步骤如下：

一、岩石固定过程：

箱体推进油缸伸长，推进岩石固定装置沿箱体导轨向锯片组件支撑架方向运动，当岩石固定装置处于箱体挡板与锯片组件支撑架中间时，箱体推进油缸停止工作；

在箱体中放入岩石，利用内六角扳手旋转紧固杆，使紧固杆往箱体内部方向运动，推动岩石固定板向箱体内部方向运动，两侧岩石固定板夹紧岩石；

二、岩石锯片切削深度控制：

通过箱体推进油缸的伸长或缩短，调整岩石固定装置的位置，使岩石在锯片组的正下方；

锯片推进油缸推动锯片组向下运动，同时启动马达，带动锯片组旋转；随锯片推进油缸的推动，锯片组贴近并开始切削岩石，通过控制锯片推进油缸的伸长量，控制锯片切削岩石的深度；锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

三、岩石锯片切削锯缝长度控制：

锯片组切削岩石过程中，箱体推进油缸可带动岩石固定装置在箱体导轨上运动，获得所需的岩石切缝长度后，箱体推进油缸停止动作，锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

四、岩石锯片切削切缝间距控制：

锯片组切削岩石的切缝间距取决于间隔套筒的长度；拆卸套筒组、中轴端盖，更换合适长度的间隔套筒可改变锯片组中各锯片之间的间距，切削得到所需的切缝间距，通过调整套同组与锯片组的间隔距离获得指定的岩石切削厚度；

五、截割力的获取：

被锯片组切削完成的岩石，通过箱体推进油缸的收缩作用移动到箱体挡板内，截齿截割组件在截齿组件推进油缸的带动下沿截割组件导轨方向运动，截齿冲击破碎带有切缝的岩石，岩石对截齿的反作用力使拉压力杆压缩压力传感器,压力传感器的变形以电流信号通过信号采集接口输出，完成试验采集。

实施例19：

一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置的试验方法，其步骤如实施例18所述，所不同的是，在岩石锯片切削切缝间距控制中，锯片组与岩石之间的相对位置，可通过锯片组件推进油缸移动锯片组件支撑架改变：锯片组锯切岩石形成一定间距的切缝后，锯片推进油缸带动锯片组升起，通过锯片组件推进油缸的伸缩，调整锯片组件支撑架和锯片组与岩石的相对位置，锯片推进油缸带动金刚石锯片组下降，进行再一次切削，可改变切缝间距；切削完成后，锯片推进油缸带动锯片组再次升起，关闭马达。

Claims (10)

1. 一种金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，包括固定底板，固定底板上设有锯片组件和箱体组件；

   锯片组件包括锯片组件导轨和锯片组件推进油缸，锯片组件导轨上滑动设有锯片组件支撑架，锯片组件支撑架一端连接有锯片组件推进油缸，锯片组件推进油缸用于控制锯片组件支撑架的横向位移运动；锯片组件支撑架上设有锯片组和锯片推进油缸，锯片组通过套筒组与锯片推进油缸相连，锯片推进油缸用于控制锯片组的竖向位移运动，套筒组一端连接有马达；

   箱体组件包括箱体导轨、岩石固定装置、截齿截割组件，岩石固定装置设于箱体导轨之上，岩石固定装置用于放置并固定实验岩石，岩石固定装置一端设有箱体推进油缸，岩石固定装置两侧的固定底板上设有箱体挡板，箱体挡板之间设有截齿截割组件，截齿截割组件一端设有截齿组件推进油缸，截齿截割组件用于截割破碎岩石。
2. 根据权利要求1所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，锯片推进油缸的数量为两个，一个锯片推进油缸通过套筒组与锯片组相连，另一个锯片推进油缸与马达相连；

   优选的，马达通过马达固定板与锯片推进油缸的一端连接，锯片组件支撑架上设置有固定板导向槽，固定板导向槽的宽度与马达固定板的厚度相同。
3. 根据权利要求1所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，套筒组包括端部带槽套筒、间隔套筒、连轴套筒，套筒组内设有锯片中轴，锯片中轴上设有花键，套筒组内壁设有花键槽，锯片组包括至少两个锯片，锯片中心设有通孔，通孔上设有锯片花键槽；

   锯片与端部带槽套筒、间隔套筒、连轴套筒间隔设置，连轴套筒与马达输出轴相连；

   优选的，锯片中轴包括轴头、轴颈、轴身，轴身上设有花键，套筒组与轴身间隙配合，轴头通过油缸套筒与锯片推进油缸相连。
4. 根据权利要求3所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，轴头设在锯片中轴的中间，轴头两侧依次设有轴颈、轴身；轴颈上设有轴头端盖，两个轴头端盖与油缸套筒通过螺纹孔螺栓连接；

   优选的，锯片中轴一端的轴身端部设有螺纹杆，螺纹杆与中轴端盖螺纹连接，中轴端盖的外径与端部带槽套筒的外径相同；

   进一步优选的，套筒组还包括定位套筒，定位套筒设于间隔套筒与连轴套筒之间，定位套筒内壁设有花键槽。
5. 根据权利要求1所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，固定底板上还设有支撑架定位装置，支撑架定位装置包括主体架，主体架上设有通孔，主体架通过螺栓与固定底板上相连；主体架侧面设有向心轴承，向心轴承通过支撑杆与主体架侧面相连，锯片组件支撑架设于向心轴承上方。
6. 根据权利要求1所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，岩石固定装置包括箱体，箱体内设有岩石固定板，岩石固定板上设有定位槽，箱体侧壁上设有通孔，紧固杆贯穿通孔嵌入定位槽中，紧固杆设有外螺纹，紧固杆在箱体外侧与螺母连接；

   优选的，通孔外侧的箱体侧壁上设有螺母槽，螺母槽内设置螺母，紧固杆端头开设有内六角孔；

   进一步优选的，箱体侧壁上的通孔设置至少两列、至少两排，岩石固定板的高度小于箱体的高度，箱体两侧顶部水平设有支撑板。
7. 根据权利要求6所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，截齿截割组件包括平衡体，平衡体一端设有截齿固定板，截齿通过卡环与截齿固定板连接；平衡体另一端设有压力传感器，压力传感器与截齿组件推进油缸相连，压力传感器上设有信号采集接口；

   优选的，截齿固定板为折板，折板一端与平衡体之间螺栓连接，折板另一端与截齿连接；压力传感器一侧设有拉压力杆，拉压力杆与平衡体铰接。
8. 根据权利要求7所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，箱体挡板之间还设有两个截割组件导轨，平衡体两侧设有平衡杆，平衡杆端部设有向心轴承，向心轴承在截割组件导轨内滚动。
9. 根据权利要求1所述的金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置，其特征在于，岩石固定装置与箱体推进油缸之间铰接连接；锯片组件推进油缸与锯片组件支撑架之间铰接连接。
10. 一种利用权利要求8所述金刚石锯片-截齿联合破碎岩石试验装置的试验方法，包括步骤如下：

    一、岩石固定过程：

    箱体推进油缸伸长，推进岩石固定装置沿箱体导轨向锯片组件支撑架方向运动，当岩石固定装置处于箱体挡板与锯片组件支撑架中间时，箱体推进油缸停止工作；

    在箱体中放入岩石，利用内六角扳手旋转紧固杆，使紧固杆往箱体内部方向运动，推动 岩石固定板向箱体内部方向运动，两侧岩石固定板夹紧岩石；

    二、岩石锯片切削深度控制：

    通过箱体推进油缸的伸长或缩短，调整岩石固定装置的位置，使岩石在锯片组的正下方；

    锯片推进油缸推动锯片组向下运动，同时启动马达，带动锯片组旋转；随锯片推进油缸的推动，锯片组贴近并开始切削岩石，通过控制锯片推进油缸的伸长量，控制锯片切削岩石的深度；锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

    三、岩石锯片切削锯缝长度控制：

    锯片组切削岩石过程中，箱体推进油缸可带动岩石固定装置在箱体导轨上运动，获得所需的岩石切缝长度后，箱体推进油缸停止动作，锯片推进油缸带动锯片组抬起，马达停止转动；

    四、岩石锯片切削切缝间距控制：

    通过调整套同组与锯片组的间隔距离获得指定的岩石切削厚度；

    或，

    锯片组锯切岩石形成一定间距的切缝后，锯片推进油缸带动锯片组升起，通过锯片组件推进油缸的伸缩，调整锯片组件支撑架和锯片组与岩石的相对位置，锯片推进油缸带动金刚石锯片组下降，进行再一次切削，改变切缝间距；切削完成后，锯片推进油缸带动锯片组再次升起，关闭马达；

    五、截割力的获取：

    被锯片组切削完成的岩石，通过箱体推进油缸的收缩作用移动到箱体挡板内，截齿截割组件在截齿组件推进油缸的带动下沿截割组件导轨方向运动，截齿冲击破碎带有切缝的岩石，岩石对截齿的反作用力使拉压力杆压缩压力传感器,压力传感器的变形以电流信号通过信号采集接口输出，完成试验采集。

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