一种便捷式岩石力学实验试件磨样机的制作方法

本发明属于岩石力学实验技术领域，具体是涉及一种便捷式岩石力学实验试件磨样机。

背景技术：

岩石力学实验是地矿及其相关学科的基础性实验，在指导地矿类工程安全生产中具有重要地位，其是获取矿业及相关工程中煤岩抗压强度、抗拉强度、剪切强度等力学性能参数的重要途径，能够为隧道(边坡)施工、矿山井巷布置及支护、矿产开采方式等提供理论性参考。岩石力学实验为弱化尺寸效应影响，常将试样按照一定的规范要求进行加工，试样制取需经过钻芯、切割、磨样三大过程，不同力学性能测试实验对于试件尺寸要求亦不同，试件高度由大至小依次为抗压试件、剪切试件、劈裂(抗拉)试件。现下试件切割机采用双刀切割形式，为降低刀片对试件尺寸及端部平整度的影响，刀片间通常设置较所切割抗压性能测试标准试件长1mm～2mm的间距，抗压实验试件端部需与压力试验机上下压盘直接接触。为保证试件受力均匀，实验对于试件端部平整度要求高，而磨平端部就需借助磨样机来实现。拉、剪实验试件长度短且仅为抗压长度的1/4～1/2，一般采用单刀进行切割，切割试件预留长度较标准试件长1mm～2mm，由于切割所需保留的部分悬空，刀片切割过程中切割力及机器震动幅度大，试件切割快结束时易被掰断形成凸台，故拉、剪试件亦需借助磨样机磨平试件端部同时准确性控制试件尺寸，磨样机可更好控制试件尺寸和受力状况，从而保证岩石力学实验效果、实验数据准确性及工程指导可靠性。现下的磨样机外型尺寸大，磨轮上的磨砂主要集中在磨轮边缘侧，若操作不当极易造成磨砂脱落而损坏磨轮，磨轮价格往往较高使得后期使用成本增加，在待磨试件固定时，压、剪试件长度一般在50mm～100mm左右的范围内，可较好固定，磨样亦较为容易；抗拉试件长度则在25mm左右，试件较短不易固定，磨轮与固定试件装置的间距小造成磨样过程制约因素增加，磨样时间长。针对现下磨样机存在的一些缺陷，力图研发一种操作简便、小型、安全、实用性高的岩石力学实验试件磨样机，以此来满足科研及实验教学需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其能够使得小尺寸待磨试件很容易固定，磨样速度可灵活调节，试件端部可快速磨平，可更为便捷控制试件尺寸，该磨样机结构简单，尺寸小、易操作，能够更好的服务于科研及实验教学。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：包括固定架、试件紧固机构、磨样机构和试件淋水机构，所述试件紧固机构设置在所述固定架的下部，所述磨样机构设置在所述固定架的上部，所述试件淋水机构设置在所述固定架的侧部，所述固定架包括基座、固定筒和摇柄支撑件，所述基座为顶面是倾斜面的楔形体结构，所述固定筒为圆筒状结构，所述固定筒的底部与基座的顶部固定连接，所述摇柄支撑件安装在固定筒的顶部，所述固定筒的上部一侧设置有进水口，所述固定筒的底部设置有排水口，所述固定筒上沿长度方向设置有刻度槽；所述试件紧固机构包括夹具和夹具紧固件，所述夹具安装在固定筒的下部内，所述夹具由两个相对设置的横截面为半圆形的夹板组成，所述夹具紧固件的数量为两个，两个所述夹具紧固件分别设置在两个夹板的两侧且用于调节两个夹板之间的距离以夹紧待磨试件，所述磨样机构安装在摇柄支撑件上且用于对待磨试件进行磨样，所述试件淋水机构安装在所述进水口处且用于对待磨试件淋水湿润。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述磨样机构包括手摇柄、磨轮和磨轮行程游标，所述手摇柄的下端穿过摇柄支撑件中部设置的通孔，所述手摇柄的下端位于磨轮内，所述磨轮固定安装在手摇柄的下端，所述磨轮位于夹具的上方且与夹具之间留有距离，所述磨轮行程游标的一端与手摇柄的下端侧部转动连接，所述磨轮行程游标的另一端穿出刻度槽且能够沿着刻度槽上下滑动。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述试件淋水机构包括进水管和水源，所述进水管的一端与水源连接，所述进水管的另一端穿入所述进水口内且端部位于靠近磨轮处，所述水源位于固定筒外。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述基座的纵截面形状为直角梯形，所述进水口设置在固定筒的上部且位于基座的高位端，所述排水口设置在固定筒的底部且位于基座的低位端。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述基座的顶部由低至高设置有夹具固定卡槽，所述夹板的底部外侧设置有夹具固定板，所述夹具固定板的中部设置有固定孔，所述夹具固定板通过螺栓和螺母与基座固定，所述螺栓穿过固定孔后伸入夹具固定卡槽内，所述螺母设置在夹具固定卡槽内且与螺栓的端部螺纹配合。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述摇柄支撑件为摇柄支撑板。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述夹具紧固件为螺栓，所述夹具紧固件与固定筒侧壁上设置的螺纹孔螺纹配合，所述夹具紧固件上与夹板连接的一端套设有连接盖，所述连接盖通过螺钉与夹板固定连接，所述连接盖位于固定筒内。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述固定筒的内径是待磨试件直径的2～3倍，所述固定筒的高度为130mm～150mm，所述固定筒的底部与基座的顶部焊接。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述夹具的内径小于待磨试件的直径，所述夹具的内径为40mm～43mm，所述夹具的高度为70mm～80mm。

上述的一种便捷式岩石力学实验试件磨样机，其特征在于：所述磨轮为圆形磨轮，所述磨轮的直径为55mm～60mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明针对现下岩石力学实验煤岩试件磨样设备外型尺寸大、磨轮易损坏等缺陷，设计了一种用于制作岩石力学实验测试试件的便捷式磨样机，其具有外型尺寸小、安全、易操作等优点。

2、本发明可更为便捷控制所需试件尺寸，实现快速磨平试件端部，能够在保证试件质、量、制作效率前提下，满足小尺寸待磨试件易固定、设备小型化等要求。

3、本发明磨样速度可灵活调节，试件端部可快速磨平，可更为便捷控制试件尺寸，该磨样机结构简单，尺寸小、易操作，能够更好的服务于科研及实验教学。

4、本发明磨样机夹具位置可调，能够更好的紧固待磨试件，尤其是尺寸较小的试件，能够降低夹具对于待磨试样的破坏作用。

5、本发明磨样机尺寸小，占地小，便于携带，使用环境适应性强，并能满足磨样要求。

6、本发明磨样机磨样过程中能够实现实时控制，能够有效降低磨轮在磨样过程中损坏的机率，实用性强、经济性好。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明去除试件淋水机构后的结构示意图。

图3为本发明夹具的结构示意图。

图4为本发明基座的结构示意图。

图5为本发明夹具固定板、基座、螺栓和螺母的位置关系示意图。

图6为本发明夹板、夹具紧固件、连接盖和螺钉的位置关系示意图。

附图标记说明:

1—手摇柄；2—摇柄支撑件；3—磨轮行程游标；

4—磨轮；5—待磨试件；6—夹具紧固件；

7—排水口；8—基座；8-1—夹具固定卡槽；

9—夹具；9-1—夹板；10—进水管；

11—水源；12—固定筒；13—刻度槽；

14—夹具固定板；14-1—固定孔；15—螺栓；

16—螺母；17—连接盖；18—螺钉。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括固定架、试件紧固机构、磨样机构和试件淋水机构，所述试件紧固机构设置在所述固定架的下部，所述磨样机构设置在所述固定架的上部，所述试件淋水机构设置在所述固定架的侧部，所述固定架包括基座8、固定筒12和摇柄支撑件2，所述基座8为顶面是倾斜面的楔形体结构，所述固定筒12为圆筒状结构，所述固定筒12的底部与基座8的顶部固定连接，所述摇柄支撑件2安装在固定筒12的顶部，所述固定筒12的上部一侧设置有进水口，所述固定筒12的底部设置有排水口7，所述固定筒12上沿长度方向设置有刻度槽13；所述试件紧固机构包括夹具9和夹具紧固件6，所述夹具9安装在固定筒12的下部内，所述夹具9由两个相对设置的横截面为半圆形的夹板9-1组成，所述夹具紧固件6的数量为两个，两个所述夹具紧固件6分别设置在两个夹板9-1的两侧且用于调节两个夹板9-1之间的距离以夹紧待磨试件5，所述磨样机构安装在摇柄支撑件2上且用于对待磨试件5进行磨样，所述试件淋水机构安装在所述进水口处且用于对待磨试件5淋水湿润。

本发明磨样机磨样采用湿式磨样法，即磨样过程中要使得试件淋水湿润，以此达到降尘、清除煤岩粉沫，保护磨轮等作用；为便于排出煤岩粉末和废水，磨样机的基座8设计为顶部带有倾斜面的楔形体结构形式。

如图1和图2所示，所述磨样机构包括手摇柄1、磨轮4和磨轮行程游标3，所述手摇柄1的下端穿过摇柄支撑件2中部设置的通孔，所述手摇柄1的下端位于磨轮4内，所述磨轮4固定安装在手摇柄1的下端，所述磨轮4位于夹具9的上方且与夹具9之间留有距离，所述磨轮行程游标3的一端与手摇柄1的下端侧部转动连接，所述磨轮行程游标3的另一端穿出刻度槽13且能够沿着刻度槽13上下滑动。

磨轮4上的磨砂覆盖整个端面，磨轮4可与手摇柄1集成一体。为了控制所磨试件尺寸，在固定筒12上设置刻度槽13，并在手摇柄1靠近磨轮4处设置磨轮行程游标3，固定筒12的上端部设置摇柄支撑件2，在摇柄支撑件2的中部位置处设置通孔，手摇柄1插入摇柄支撑件2上的通孔，通过旋转按压手摇柄1实现磨轮4的上、下移动并磨平试件端部；磨样过程中，通过实时察看磨轮行程游标3在刻度槽13上的移动距离，进而确定磨轮4进尺来控制试件尺寸。

如图1所示，所述试件淋水机构包括进水管10和水源11，所述进水管10的一端与水源11连接，所述进水管10的另一端穿入所述进水口内且端部位于靠近磨轮4处，所述水源11位于固定筒12外。磨样时，可将进水管10的一端与水源11相连，另一端插入进水口来实现湿式磨样。

如图1所示，所述基座8的纵截面形状为直角梯形，所述进水口设置在固定筒12的上部且位于基座8的高位端，所述排水口7设置在固定筒12的底部且位于基座8的低位端。

如图3和图4所示，所述基座8的顶部由低至高设置有夹具固定卡槽8-1，所述夹板9-1的底部外侧设置有夹具固定板14，所述夹具固定板14的中部设置有固定孔14-1，所述夹具固定板14通过螺栓15和螺母16与基座8固定，所述螺栓15穿过固定孔14-1后伸入夹具固定卡槽8-1内，所述螺母16设置在夹具固定卡槽8-1内且与螺栓15的端部螺纹配合。

为了保证夹具9在磨样过程中的稳定性，在夹具9的底部设置夹具固定板14，基座8上设置夹具固定卡槽8-1，调整好夹具并充分固定待磨试件后用螺栓15和螺母16将夹具9与基座8固定。

本实施例中，所述摇柄支撑件2为摇柄支撑板。

如图6所示，所述夹具紧固件6为螺栓，所述夹具紧固件6与固定筒12侧壁上设置的螺纹孔螺纹配合，所述夹具紧固件6上与夹板9-1连接的一端套设有连接盖17，所述连接盖17通过螺钉18与夹板9-1固定连接，所述连接盖17位于固定筒12内。

为调节两个夹板9-1的间距以抱紧试件，在固定筒12的侧壁上设置螺纹孔，并在夹具紧固件6上与夹板9-1连接的一端套设有连接盖17，将夹具紧固件6穿过固定筒12与夹具相连，通过旋转夹具紧固件6来固定试件。夹具紧固件6设置为带有手柄的螺纹栓，同时为防止夹具回缩过程中夹具紧固件6与夹具9脱落，通过连接盖17将夹具紧固件6与夹具9连接。

本实施例中，所述固定筒12的内径是待磨试件5直径的2～3倍，所述固定筒12的高度为130mm～150mm，所述固定筒12的底部与基座8的顶部焊接。

本实施例中，所述夹具9的内径小于待磨试件5的直径，所述夹具9的内径为40mm～43mm，所述夹具9的高度为70mm～80mm。待磨试件5采用夹具9进行固定，夹具9设计为双半圆形式，由于钻芯等过程中的误差可能会致使试件直径尺寸发生变化，为了保证夹具使用寿命和待磨试件的固定效果，夹具直径要略小于试样直径，夹具9的内径设置为40mm～43mm；考虑到夹具与磨轮间需留置一定的安全距离，故将夹具9的高度设置为70mm～80mm。

本实施例中，所述磨轮4为圆形磨轮，所述磨轮4的直径为55mm～60mm。

本发明的工作原理为：磨样操作前，对于有凸台的试件，需要测量凸台以下试件的长度并记录该值，端面较平整的试件亦需测量试件长度，根据标准试件尺寸要求进而确定待磨试件所需磨掉的长度。采用磨样机磨平待磨试件5端部时，首先需要将待磨试件5借助夹具9进行固定，可将待磨试件5置入夹具9的两个夹板9-1之间，旋转夹具紧固件6使两个夹板9-1逐步靠近并抱紧待磨试件5，然后采用螺栓15将夹具9底部的夹具固定板14与基座8相连，使得夹具9与基座8固定，保证磨样过程中夹具的稳定性。拉、剪试件由于其高度较小，固定时需将试件外露4mm～5mm，同时为了降低夹具等的破坏影响，夹具的内部可以放置与试件同直径的垫块，固定好待磨试件5后，按压手摇柄1使磨轮4逐步贴近待磨试件5的端面，当磨轮4与待磨试件5端面刚接触上时，停止转动手摇柄1，观察磨轮行程游标3在刻度槽13上所处的位置并做好记录；以上操作结束后，方可打开水源开关使水流经进水管10喷至待磨试件5处，而后均匀性用力旋转按压手摇柄1带动磨轮4进行磨样，磨样过程中要实时观察磨轮行程游标3位置来控制磨轮4的进尺，直至磨样到岩石力学实验测试试件所需长度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。