刀齿线性切削岩石试验装置制造方法
【专利摘要】一种用机械应力测试固体材料的强度特性【技术领域】的用于刀齿破碎矿物或岩石研究的刀齿线性切削岩石试验装置，包括：底座、岩样固定盒、刀架、刀具、刀具驱动装置和刀架导向装置，其中：岩样固定盒、刀架导向装置和刀架驱动装置均固定于底座上，刀具设置于刀架内，刀架与刀具驱动装置的一端相连且与刀架导向装置相连；本发明能够简单快捷的固定和更换岩样并调节岩样放置的高度，完成线性岩石切削试验，并测量到试验过程中刀具与岩样的相互作用力，为研究刀齿切削破岩提供有力的试验数据。
【专利说明】刀齿线性切削岩石试验装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是ー种用机械应カ测试固体材料的強度特性【技术领域】的装置，具体是ー种用于刀齿破碎矿物或岩石研究的刀齿线性切削岩石试验装置。
【背景技术】
[0002]刀齿切削破碎岩石或矿物的方法广泛地应用于采矿、隧道掘进和岩石疏浚工程。但目前，刀齿切削破岩理论并不成熟，大多数的实践应用都是凭经验实施。国内虽然对盾构机和采煤设备有很多的研究，但是并没有任何刀齿切削破岩的试验装置。欧美等国家虽有设计使用岩石切削的试验装置。
[0003]经过对现有技术的检索发现,The machining of rock materials (岩料机器)，inApplied Science.1969,Newcastle upon Tyne.pl92 以及A sem1-empirical approach tocutting force prediction for point-attack picks (一种采样受力点的切削力预测的半经验方法).Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy,2005.105(4):p.257-263。但两处提到的试验装置均存在如下缺陷:采用胶水等粘合剂将岩样固定在切削平台或者岩样箱中，不仅试验前准备工作耗时长，试验后清理也费时费力，对于孔隙很大的砂岩或者经过泡水的岩样，岩样固定更加困难。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供ー种刀齿线性切削岩石试验装置，能够真实的模拟刀齿切削碎岩设备破岩过程及刀齿受カ和磨损情况。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:底座、岩样固定盒、刀架、刀具、刀具驱动装置和刀架导向装置，其中:岩样固定盒、刀架导向装置和刀架驱动装置均固定于底座上，刀具设置于刀架内，刀架与刀具驱动装置的一端相连且与刀架导向装置相连；该岩样固定盒包括:两块侧板、尾部挡板、两块顶板、侧向固定结构和竖直固定结构，其中:两块侧板设置于底座上且分别与两块顶板垂直连接，侧向固定结构设置于其中一块侧板上，两块顶板的中间为开槽，竖直固定结构设置于两块顶板上，尾部挡板竖直插入于两块侧板之间；底座上设置有用于调节岩样高度的垫块，垫块以及侧面分别设有用于将岩样与侧板和垫块相分隔的分隔板。
[0006]所述的岩样固定盒的底面、侧板和尾部挡板上均设有压カ传感器。
[0007]所述的侧向固定结构为若干螺栓件，竖直固定结构为分别设置于两块顶板上的两个螺栓件。
[0008]所述的刀架的底部为容纳刀具的矩形孔，顶部开有通孔并设有螺栓，该螺栓旋入刀具顶部用于固定刀具。
[0009]所述的刀架的内表面顶部、侧面两边和螺栓上均设有压カ传感器。
[0010]所述的刀架驱动装置包括:套筒、螺杆、螺杆支座、轴向承载支座、电机、控制箱和齿轮箱，其中:套筒ー侧与螺杆相连，另ー侧与刀架相连并推动其运动，螺杆设置于螺杆支座上，轴向承载支座设置于螺杆的后端用于对其进行轴向固定，齿轮箱的输入端与电机相连，输出端与螺杆相连，控制箱与电机相连。
[0011]所述的刀架导向装置包括:两根导轨、导轨支座和横跨梁，其中:导轨支座固定于底座上，两根活动方向与套筒平行的导轨分别平行设置于导轨支座上且分别位于岩样固定盒的两侧，横跨梁滑动设置且垂直横跨于两根导轨上，其正下方为岩样固定盒，横跨梁的中部与刀架相连。
[0012]所述的底座为阶梯型平台，包括:低平台面和高平台面，其中:岩样固定盒和刀架导向装置设置于低平台面上，刀架驱动装置设置于高平台面上。
技术效果
[0013]本发明填补了现有技术的空缺，能够简单快捷的固定和更换岩样并调节岩样放置的高度，刀具安装简单，通过更换刀具能够完成变刀齿形状、切削厚度、切削前角、切削速度等的线性岩石切削试验，并测量到试验过程中刀具与岩样的相互作用力，为研究刀齿切削破岩提供有力的试验数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构示意图正视图；
[0015]图2为本发明的结构示意图俯视图；
[0016]图3为本发明的岩样固定盒三视图；
[0017]图4为本发明的刀架主视图和左视图。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
[0019]如图1所示，本实施例包括:底座1、岩样固定盒2、刀架3、刀具4、刀架驱动装置
5、刀架导向装置6 ;其中:岩样固定盒2、刀架导向装置6和刀架驱动装置5均固定于底座I上，刀架3固定在刀架驱动装置5的套筒501的端部，并与刀架导向装置6的横跨梁603连接。
[0020]所述底座I为ー个阶梯型平台，分低平台面101和高平台面102，用于固定试验装置的其他构件。
[0021]如图3所示，所述岩样固定盒2是ー个长方体盒，包括:两块侧板201、尾部挡板202、两块顶板203、若干垫块211、分隔板204、212以及底座I的低平台面101。其中:构成岩样固定盒2底面的低平台面101上有开槽205用于放置压カ传感器706 ;两块侧板201垂直固定在底座I上，其中一块侧板201上有开槽206用于放置压カ传感器705,另ー块侧板201上有侧向固定结构207，通过调节侧向固定结构207的松紧实现固定岩样8的目的，两块侧板201的一端外侧有卡槽208用于固定尾部挡板202 ;两块顶板203分别与两块侧板201垂直连接，中间形成开槽，每块顶板203上各有竖直固定结构209用于垂向固定岩样8 ；尾部挡板202两端有与侧板配合的卡槽210，能够垂向卡入和取出，尾部挡板202上有压カ传感器707 ;垫块211用于调节岩样8的垂向高度，分隔板204、212用于将岩样8与其他构件隔开。
[0022]本实施例中的侧向固定结构207为四个螺栓件；竖直固定结构209为两个螺栓件。
[0023]如图4所示，所述刀架3底部有矩形孔301，用于放置刀具4，矩形孔301顶部有圆孔302贯穿刀架3，有螺栓303穿过圆孔302并旋入刀具4中固定刀具，矩形孔301的两个侧面有开槽304、305用于放置压カ传感器701、702 ;矩形孔301底面有开槽306用于放置压カ传感器703，螺栓303套有ー个压カ传感器704。
[0024]如图1和图2所示，所述刀架驱动装置5包括:套筒501、螺杆502、螺杆支座503、轴向承载支座504、电机505、控制箱506和齿轮箱507。其中:螺杆502通过螺杆支座503固定于底座I的高平台面102上；轴向承载支座504固定于底座I的高平台面102，并支撑螺杆I防止其轴向运动；电机505连接齿轮箱507，齿轮箱507连接螺杆502 ;控制箱506用于控制电机505的进退及运行速度；套筒501以螺纹形式套在螺杆502上，随着螺杆502旋转而沿轴向运动。
[0025]如图1和图2所示，所述刀架导向装置6包括:导轨601、导轨支座602和横跨梁603。两根导轨601通过导轨支座602平行固定于底座I的低平台面上101，与套筒501的活动方向平行，分别位于岩样固定盒2两侧；横跨梁603垂直横跨在两根导轨601上，能够沿着导轨601滑动，横跨梁603的正下方是岩样固定盒2，横跨梁603中部与刀架3通过卡槽连接，并用螺栓固定，从而使刀架3跟随横跨梁603平行于导轨601运动。
[0026]上述的压カ传感器701、702、703、704、705、706、707的通信端均集成于传感器总端7并设置于刀架3的顶部。
[0027]本装置在使用时首先将刀具4固定到刀架3上；其次，根据切削厚度垫上垫块211，放入分隔板204，放入岩样8，再放上垫块211和分隔板212 ;然后，插入尾部挡板202，将岩样8顶推到尾部挡板202 —端，适当拧紧侧向固定结构207、竖直固定结构209，启动电机505完成岩石切削并测定相关的作用力；最后，将刀架3回位，松开侧向固定结构207、竖直固定结构209，向上提出尾部挡板202，取出岩样8，搜集岩样碎片并完成清理工作。
【权利要求】
1.ー种刀齿线性切削岩石试验装置，其特征在于，包括:底座、岩样固定盒、刀架、刀具、刀具驱动装置和刀架导向装置，其中:岩样固定盒、刀架导向装置和刀架驱动装置均固定于底座上，刀具设置于刀架内，刀架与刀具驱动装置的一端相连且与刀架导向装置相连； 所述的岩样固定盒包括:两块侧板、尾部挡板、两块顶板、侧向固定结构和竖直固定结构，其中:两块侧板设置于底座上且分别与两块顶板垂直连接，侧向固定结构设置于其中一块侧板上，两块顶板的中间为开槽，竖直固定结构设置于两块顶板上，尾部挡板竖直插入于两块侧板之间；底座上设置有用于调节岩样高度的垫块，垫块以及侧面分别设有用于将岩样与侧板和垫块相分隔的分隔板。
2.根据权利要求1所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的岩样固定盒的底面、侧板和尾部挡板上均设有压カ传感器。
3.根据权利要求1所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的侧向固定结构为若干螺栓件，竖直固定结构为分别设置于两块顶板上的两个螺栓件。
4.根据权利要求1、2和3所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的刀架的底部为容纳刀具的矩形孔，顶部开有通孔并设有螺栓，该螺栓旋入刀具顶部用于固定刀具。
5.根据权利要求4所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的刀架的内表面顶部、侧面两边和螺栓上均设有压カ传感器。
6.根据权利要求1所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的刀架驱动装置包括:套筒、螺杆、螺杆支座、轴向承载支座、电机、控制箱和齿轮箱，其中:套筒ー侧与螺杆相连，另ー侧与刀架相连并推动其运动，螺杆设置于螺杆支座上，轴向承载支座设置于螺杆的后端用于对其进行轴向固定，齿轮箱的输入端与电机相连，输出端与螺杆相连，控制箱与电机相连。
7.根据权利要求1所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的刀架导向装置包括:两根导轨、导轨支座和横跨梁，其中:导轨支座固定于底座上，两根活动方向与套筒平行的导轨分别平行设置于导轨支座上且分别位于岩样固定盒的两侧，横跨梁滑动设置且垂直横跨于两根导轨上，其正下方为岩样固定盒，横跨梁的中部与刀架相连。
8.根据权利要求1所述的刀齿线性切削岩石试验装置，其特征是，所述的底座为阶梯型平台，包括:低平台面和高平台面，其中:岩样固定盒和刀架导向装置设置于低平台面上，刀架驱动装置设置于高平台面上。
【文档编号】G01N3/58GK103499505SQ201310500418
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】欧阳义平, 杨启, 马健, 邱一平 申请人:上海交通大学