可实现岩心任意形状加工的切割设备的制作方法

本实用新型涉及石油地质实验设备领域，具体的是一种可实现岩心任意形状加工的切割设备。

背景技术：

非常规油气资源包括致密油和气、页岩油和气以及煤层气等，其资源潜力大。随着油气资源的日趋紧缺和对于能源安全的考虑，非常规能源得到不断发展，逐渐成为目前能源研究的热点之一。非常规油气储层物性复杂，其成功开发离不开室内实验的支撑。但由于非常规储层特殊的地质特征，使得实验室内岩心不易钻取和加工。煤层气储层发育大量的割理裂隙等结构弱面，煤岩强度低、弹性模量低、容易破碎；页岩层理和微裂缝发育，脆性大，容易破碎且遇水易解体；部分砂岩岩石胶结疏松，加工难度也较大。目前，实验室常采用水冷却岩心钻取机钻取岩心或利用刀片切割加工岩心光面，这些方法对于易碎的煤岩、页岩和胶结疏松的砂岩而言，成功率较低，造成了岩心的浪费和实验研究的困难。

将金刚丝切割线切割引入到实验室岩石加工具有稳定性好等优势。中国专利CN203680559U，公开日期2014年7月2日，公开的《一种线切割装置及用于页岩柱塞状岩心加工的线切割系统》，可以解决柱塞状页岩岩心获取的问题，但其切割系统是通过偏心轮的传动机构来实现金刚丝切割线的往复运动，速度不可调，需要手动自动张紧，存在切割缝隙大、加工效率低、断丝保护不完善、电机烧坏风险等问题，不适合于连续作业。

技术实现要素：

为了解决现有岩心线切割设备存在切割缝隙大的问题，本实用新型提供了一种可实现岩心任意形状加工的切割设备，该可实现岩心任意形状加工的切割设备结构简单、安装布设方便、加工精度高、切割缝隙小且切割面光洁度好等优点，是一种可实现易碎岩心任意形状加工的切割设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可实现岩心任意形状加工的切割设备，包括储丝桶金刚丝切割线和导轮架，该导轮架上设有第一导轮和第二导轮，金刚丝切割线依次绕过储丝桶、第一导轮和第二导轮形成闭合环路，储丝桶连接有用于驱动该储丝桶转动的驱动部件，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还包括用于使金刚丝切割线自动张紧的自动张紧机构。

第二导轮位于第一导轮的下方，储丝桶位于第一导轮的左侧或右侧，储丝桶的轴线、第一导轮的轴线和第二导轮的轴线互相平行，储丝桶的轴线呈水平状态。

该导轮架含有立柱线架、上线架和下线架，立柱线架、上线架和下线架均呈柱状，立柱线架呈直立状态，上线架和下线架均呈水平状态，上线架位于下线架的上方，上线架和下线架均与立柱线架连接，第一导轮固定于上线架，第二导轮固定于下线架。

上线架上还设有第三导轮，下线架上还设有第四导轮，第三导轮位于第一导轮和储丝桶之间，第三导轮的轴线与第一导轮的轴线平行，第四导轮位于第二导轮和储丝桶之间，第四导轮的轴线与第二导轮的轴线平行，金刚丝切割线依次绕过储丝桶、第三导轮、第一导轮、第二导轮和第四导轮形成闭合环路。

位于第一导轮和第二导轮之间的金刚丝切割线呈竖直状态，位于第三导轮和第一导轮之间的金刚丝切割线呈水平状态，位于第四导轮和第二导轮之间的金刚丝切割线呈水平状态，金刚丝切割线的直径为0.4mm。

上线架能够沿立柱线架上下移动，该自动张紧机构包括配重块、定滑轮和拉线，该定滑轮固定于立柱线架上，该拉线绕过该定滑轮，该拉线的两端分别与配重块和上线架连接，配重块能够拉动上线架向上移动。

立柱线架上还设有断丝保护开关，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有控制单元，断丝保护开关与控制单元连接，断丝保护开关位于上线架的上方，当上线架向上移动并触碰到断丝保护开关时，控制单元能够使该可实现岩心任意形状加工的切割设备停止工作。

该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有设备底座，该导轮架和储丝桶均设置于设备底座上，设备底座上还设有从上向下依次连接的岩心台和X轴移动部，X轴移动部能够驱动岩心台沿第二导轮的轴线方向移动，岩心台的上表面位于第二导轮和第一导轮之间。

设备底座上还设有Y轴移动部，Y轴移动部位于X轴移动部和设备底座之间，Y轴移动部能够驱动岩心台和X轴移动部沿垂直于储丝桶轴线的水平方向移动。

该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有能够使储丝桶沿储丝桶的轴线方向往复移动的往复移动机构。

本实用新型的有益效果是：该可实现岩心任意形状加工的切割设备利用直径为0.4mm金刚丝切割线的往复循环运动进行岩心切割加工，切割缝隙小，岩心损失小，切割面光洁度好；通过储丝桶和定滑轮组实现往复运丝，稳定性较好，加工岩心不易破碎且速度可调，加工效率高，适用于易碎岩心的切割；利用数控的方式控制加工岩心的形状，选择范围大，几何精度和位置精度较高；采用变频旋转电机直连及缓冲装置，噪音很低；具有断丝保护和自动张紧装置，安全性高且操作简单。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是可实现岩心任意形状加工的切割设备的正视示意图。

图2是可实现岩心任意形状加工的切割设备的左视示意图。

图3是往复移动机构的示意图。

图4是切割方法流程图。

1、设备底座；2、立柱线架；3、上线架；4、下线架；5、储丝桶；6、第三导轮；7、第一导轮；8、第二导轮；9、第四导轮；10、金刚丝切割线；11、变频旋转电机；12、组合行程开关；13、断丝保护开关；14、配重块；15、岩心台；16、X轴移动部；17、Y轴移动部；18、控制单元；19、挡板；20、控制开关；21、岩心；22、大齿轮；23、小齿轮；24、螺母；25、丝杠；26、轴承；27、螺帽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种可实现岩心任意形状加工的切割设备，包括储丝桶5、金刚丝切割线10和导轮架，该导轮架上设有第一导轮7和第二导轮8，金刚丝切割线10依次绕过储丝桶5、第一导轮7和第二导轮8形成闭合环路，储丝桶5连接有用于驱动该储丝桶5转动的驱动部件，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还包括用于使金刚丝切割线10自动张紧的自动张紧机构，如图1和图2所示。

在本实施例中，第二导轮8位于第一导轮7的下方，储丝桶5位于第一导轮7的左侧，储丝桶5的轴线、第一导轮7的轴线和第二导轮8的轴线互相平行，储丝桶5的轴线呈水平状态。该导轮架含有立柱线架2、上线架3和下线架4，立柱线架2、上线架3和下线架4均呈柱状，立柱线架2呈直立状态，上线架3和下线架4均呈水平状态，上线架3位于下线架4的上方，上线架3和下线架4均与立柱线架2连接，第一导轮7固定于上线架3，第二导轮8固定于下线架4，如图1所示。

在本实施例中，上线架3上还设有第三导轮6，下线架4上还设有第四导轮9，第三导轮6位于第一导轮7和储丝桶5之间，第三导轮6的轴线与第一导轮7的轴线平行，第四导轮9位于第二导轮8和储丝桶5之间，第四导轮9的轴线与第二导轮8的轴线平行，金刚丝切割线10依次绕过储丝桶5、第三导轮6、第一导轮7、第二导轮8和第四导轮9形成闭合环路。

在本实施例中，位于第一导轮7和第二导轮8之间的金刚丝切割线10呈竖直状态，位于第三导轮6和第一导轮7之间的金刚丝切割线10呈水平状态，位于第四导轮9和第二导轮8之间的金刚丝切割线10呈水平状态，金刚丝切割线10的直径为0.4mm。储丝桶5上缠绕有多圈金刚丝切割线10，该驱动部件为变频旋转电机11，变频旋转电机11能够驱动储丝桶5顺时针或逆时针转动设定的圈数。

在本实施例中，立柱线架2上设有滑动，上线架3能够沿立柱线架2小范围的上下移动，下线架4固定不动，该自动张紧机构包括配重块14、定滑轮和拉线，该定滑轮固定于立柱线架2上，该拉线绕过该定滑轮，该拉线的两端分别与配重块14和上线架3连接，配重块14能够拉动上线架3向上移动，从而可以使金刚丝切割线10始终自动处于张紧(紧绷或绷紧)状态。该自动张紧机构还可以设置呈弹簧驱动式，如上线架3的下方设置弹簧，弹簧的下端与立柱线架2连接固定，弹簧的上端与上线架3连接固定，弹簧处于压缩状态；或上线架3的上方设置弹簧，弹簧的上端与立柱线架2连接固定，弹簧的下端与上线架3连接固定，弹簧处于拉伸状态。

在本实施例中，立柱线架2上还设有断丝保护开关13，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有控制单元18，断丝保护开关13与控制单元18连接，断丝保护开关13位于上线架3的上方，当上线架3向上移动并触碰到断丝保护开关13时，断丝保护开关13向控制单元18发送电信号，控制单元18能够使该可实现岩心任意形状加工的切割设备停止工作。

在本实施例中，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有设备底座1，该导轮架和储丝桶5均设置于设备底座1上，设备底座1上还设有从上向下依次连接的岩心台15和X轴移动部16，X轴移动部16能够驱动岩心台15沿第二导轮8的轴线方向移动，即X轴移动部16能够驱动岩心台15沿垂直于图1纸面的方向移动，岩心台15的上表面位于第二导轮8和第一导轮7之间，岩心台15用于安装固定实验岩心21。岩心21主要由第二导轮8和第一导轮7之间的金刚丝切割线10进行切割加工。设备底座1上还设有Y轴移动部17，Y轴移动部17位于X轴移动部16和设备底座1之间，Y轴移动部17能够驱动岩心台15和X轴移动部16沿垂直于储丝桶5轴线的水平方向移动，Y轴移动部17能够驱动岩心台15和X轴移动部16沿图1中的左右方向移动。岩心台15的坐标系与GB/T7925-2005、GB/T7926-2005所规定的坐标系相反。

在本实施例中，该可实现岩心任意形状加工的切割设备还含有能够使储丝桶5沿储丝桶5的轴线方向往复移动的往复移动机构，即储丝桶5在工作时除了能够以其自身的轴线为轴自转外还能够沿图2中的左右方向往复运动，该往复移动机构和变频旋转电机11均与控制单元18连接。该往复移动机构可以为现有技术，如在鱼竿的收放线轮中使用的，能够使线轮自转和沿其轴向往复移动的机构。

本实施例中，如图3所示，该往复移动机构包括组合行程开关12、丝杠25、一对螺母24、大齿轮22、小齿轮23、轴承26、螺帽27和一对挡板19，如图3所示，大齿轮22位于储丝桶5的一端，小齿轮23位于丝杠25的一端，大齿轮22与小齿轮23啮合，储丝桶5转动时能够驱动丝杠25同步转动，丝杠23的轴线与储丝桶5的轴线平行。一对螺母24和螺帽27均套设于丝杠23外，一对挡板19与一对螺母24一一对应固定连接，组合行程开关12位于一对挡板19之间。轴承26套设于储丝桶5的另一端外，轴承26的内圈与储丝桶5固定连接，轴承26的外圈与螺帽27固定连接。一对螺母24和螺帽27通过导轨或滑杆串联，一对螺母24的螺纹旋向相同，使丝杠25在自转后一对螺母24和螺帽27仅能沿图3的左右方向移动而不能转动，一对挡板19中的每一个也只能沿图2中的左右方向移动而不能转动。组合行程开关12含有左侧开关、右侧开关和下部开关。当储丝桶5顺时针转动时，将带动一对螺母24、一对挡板19和螺帽27同步的向图2中的左侧方向移动，螺帽27同时也驱动储丝桶5向左侧移动；当右侧的挡板19碰触到组合行程开关12中的右侧开关时，该右侧开关给控制单元18发出电信号，控制单元18通过变频旋转电机11使储丝桶5逆时针转动，从而带动一对螺母24、一对挡板19和螺帽27同步的向图2中的右侧方向移动，螺帽27同时也驱动储丝桶5向右侧移动，当左侧的挡板19碰触到组合行程开关12中的左侧开关时，该左侧开关给控制单元18发出电信号，控制单元18通过变频旋转电机11再使储丝桶5顺时针转动，从而实现储丝桶5自转的同时轴线往复移动。储丝桶5的两端设有安装端板，储丝桶5和丝杠25通过安装端板固定于设备底座1上。该设备底座1的侧面安装有控制开关20，用来控制总电源。

下面介绍该可实现岩心任意形状加工的切割设备的两个使用方法：

一种将层理发育页岩加工成圆柱状的自动操作切割方法，包括如下步骤：

步骤1、将金刚丝切割线10按顺序缠绕在储丝桶5上，利用金刚丝切割线10形成闭合环路，利用配重块14张紧，打开变频旋转电机11，调试运丝至正常往复运丝；

步骤2、利用控制单元18，通过画图的方式规范所需岩心为柱状，相应的，直径为2.54cm；

步骤3、将待加工页岩岩心21固定于岩心台15，待加工岩心21为不规则页岩块，通过岩心夹固定于岩心台15上，将起加工点对准金刚丝切割线10的工作段；

步骤4、启动变频旋转电机11，开始运丝，启动控制单元18控制岩心台15的自动移动，切割岩心；

步骤5、加工完成，停止运丝，取下岩心。

一种将煤岩岩心加工成块状的手动操作切割方法，包括如下步骤：

步骤1、将金刚丝切割线10按顺序缠绕在储丝桶5上，形成闭合环路如图1所示，利用配重块14张紧，打开变频旋转电机11，调试运丝至正常往复运丝；

步骤2、在记录纸上标记所需岩心为块状，边长尺寸为10cm；

步骤3、将待加工煤岩岩心21固定于岩心台15，待加工煤岩岩样21为不规则煤块，通过岩心夹固定于岩心台15上，将起加工点对准金刚丝切割线10的工作段；

步骤4、启动变频旋转电机11，开始运丝，通过X轴移动部16的手柄控制岩心台15沿X轴移动，通过Y轴移动部17的手柄控制岩心台15沿Y轴移动，切割出四个光洁面；

步骤5、重复步骤4，切割出余下的两个光洁面；

步骤6、加工完成，停止运丝，取下岩心。

所述两实施例中，实施步骤4开始运丝，确保运丝正常后再实施下一步操作，如图4所示。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。