深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置及其使用方法与流程

本发明涉及土木工程试验仪器技术领域，具体是深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置及其使用方法。

背景技术：

岩石是一种复杂的天然介质，岩石内部产生各种各样的缺陷。在各种荷载作用下，岩石内部的微裂隙起裂、扩展、贯通直至破坏。裂缝也是各类土工构筑物中常见的隐患和引起破坏的主要原因之一。随着我国经济的快速发展，对许多基础建设的需求剧增，由此加大了各地区有关土木工程的建设，由于岩石内部广泛的存在缺陷，从而使其成为引发工程事故的诱因，加大了工程建设的安全隐患。因此，研究裂缝岩体在荷载作用下的力学特性和破坏规律，对岩土工程的安全性、稳定性显得尤为重要，能够为岩土工程设计和施工提供一定的参考及指导，对工程建设具有重大意义。

因此，涉及测试断裂岩石力学性质的半圆弯曲的scb试样制备装置也较为关键，但与其它实验试样制备如单轴实验、三轴实验等试样不同，需要将实验所用的岩石材料制备成符合标准的无切口scb试样后，确定圆心进行切割，制备要求较高。根据实验目的不同，需要不同的切割深度与角度，且对精确度要求较高。

但现如今大多切割半圆弯曲的scb试样的装置，靠尺子预估确定圆心后，用手来移动试样对准角磨机刀片，极容易出现实际位置与圆心位置有较大误差。而且不能通过移动和转动角磨机来控制scb试样的切割深度和角度。只能依靠现做模具来制备scb试样，不能改变切割直径，而且制备十分麻烦，对操作人员要求较高，成本较高。又容易出现较大的误差，磨具不能很好保护scb试样，成功率很低。

因此，亟需一种能使刀片找准圆心，可改变不同切割直径，精确控制切割深度、切割角度的scb试样切割装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置，包括承重台、角磨机支架、双向工作台、相向移动导轨机构、单向可转动角磨机机构和支撑框架；

所述双向工作台安装于承重台上；

相向移动导轨机构固定于双向工作台上方；

支撑框架固定于承重台上方，双向工作台和相向移动导轨机构位于支撑框架内；

角磨机支架安装于支撑框架的上部；

单向可转动角磨机机构固定于角磨机支架上，位于相向移动导轨机构中间靠左的位置，并使单向可转动角磨机机构的刀片对准相向移动导轨机构中心，如图所示，单向可转动角磨机机构和角磨机支架由支撑框架支撑。

作为本发明进一步的方案：所述双向工作台包括第一细牙螺纹螺杆、第二细牙螺纹螺杆、底座燕尾推送件、上方燕尾推送件和连接件；

底座燕尾推送件固定安装于承重台上方，第一细牙螺纹螺杆穿插安装于底座燕尾推送件上，第二细牙螺纹螺杆穿插安装于上方燕尾推送件上；

底座燕尾推送件和上方燕尾推送件均安装在连接件上；通过转动第一细牙螺纹螺杆和第二细牙螺纹螺杆，可以实现双向工作台可在两个正交方向上精确移动。

作为本发明再进一步的方案：所述相向移动导轨机构包括第一圆柱导轨、第二圆柱导轨、双向细牙螺纹螺杆、第一固定铁片和第二固定铁片；

第一圆柱导轨和第二圆柱导轨均安装固定于双向工作台上方；

第一圆柱导轨上滑动连接有第一滑块和第二滑块，第二圆柱导轨上滑动连接有第三滑块和第四滑块；

第一固定铁片将第一滑块和第三滑块连接固定，第二固定铁片将第二滑块和第四滑块连接固定；

第一固定铁片和第二固定铁片的底部均设有螺帽，双向细牙螺纹螺杆穿过螺帽并与其螺纹连接；

第一固定铁片上固定有第一试样固定件，第二固定铁片上固定有第二试样固定件；

第一试样固定件和第二试样固定件上均开设有缺口，缺口为具有圆弧段的45度缺口；通过转动双向细牙螺纹螺杆，利用双向细牙螺纹螺杆、螺帽、第一固定铁片、第二固定铁片、第一圆柱导轨、第二圆柱导轨、第一滑块、第二滑块、第三滑块和第四滑块的配合，进而带动第一试样固定件、第二试样固定件等距相向移动，使试样能完好两边等距放置于刀片下方，通过双向工作台方便角磨机找准试样中心。

作为本发明再进一步的方案：所述单向可转动角磨机机构包括单向燕尾工作台、分度盘、转轴主箱、转轴副箱、转轴固定铁片、第三细牙螺纹螺杆、第一固定配件、第二固定配件和第四细牙螺纹螺杆；

单向燕尾工作台安装固定在角磨机支架上，转轴主箱固定于单向燕尾工作台下方外侧；

转轴主箱和转轴副箱均为空心结构，转轴固定铁片位于转轴副箱内，第一固定配件和第二固定配件均置于转轴主箱内；

第三细牙螺纹螺杆从左到右依次穿过转轴副箱、转轴固定铁片、转轴主箱、第一固定配件、第二固定配件和分度盘；

第四细牙螺纹螺杆螺纹连接在单向燕尾工作台上；

第一固定配件和第二固定配件之间安装有角磨机；转轴副箱左侧设有四个用于固定角度的小转杆；通过转动第三细牙螺纹螺杆，分读盘可读取转动角度，使角磨机转动试样所需角度，实现控制试样所需的切割角度；转动第四细牙螺纹螺杆，可调节转轴主箱垂直方向的距离，精确地确定角磨机垂直方向的距离，实现控制试样所需的切割深度。

作为本发明再进一步的方案：所述深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置还包括节骨水管，节骨水管安装在第一固定配件或第二固定配件上，角磨机在工作的时候产生大量的热，节骨水管对角磨机刀片及时降温，可以保证刀片和人员的安全，也可以避免产生粉尘造成污染。

作为本发明再进一步的方案：所述支撑框架上安装有钢化玻璃，可以阻隔工作人员和运行设备，起保护环保的作用。

所述深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置的使用方法，包括以下步骤：

1）根据scb实验的试样所需切割直径，更换角磨机的刀片；

2）转动第四细牙螺纹螺杆，使角磨机刀片下行；

3）转动双向细牙螺纹螺杆，并转动第一细牙螺纹螺杆和第二细牙螺纹螺杆，使第一试样固定件和第二试样固定件咬合角磨机刀片，使角磨机刀片对准试样圆心，实现半自动对准圆心的功能；

4）转动第四细牙螺纹螺杆，使角磨机刀片上行；

5）转动双向细牙螺纹螺杆，使第一试样固定件和第二试样固定件相互远离，将试样放于第一试样固定件和第二试样固定件之间；

6）再次转动双向细牙螺纹螺杆，因无切口的scb实验试样的圆弧边与缺口处的圆弧端摩擦力较少，双向细牙螺纹螺杆转动后受力得以上升，并最后卡死于第一试样固定件和第二试样固定件之间；如图-所示；此时角磨机的刀片对准的位置就是试样的圆心位置，大大提高了刀片对准圆心的精确度；

7）根据实验目的，转动第四细牙螺纹螺杆，确定试样的切割深度；转动第三细牙螺纹螺杆，确定试样的切割角度，然后转动转轴副箱左侧的四个小转杆，将第三细牙螺纹螺杆锁定在所需要的角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置通过第一试样固定件和第二试样固定件咬合角磨机刀片，以此确定试样圆心位置，实现半自动对准圆心的功能，大大减小了因圆心不准确带来的实验误差。

2.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置中的第一试样固定件和第二试样固定件设有缺口，且缺口为具有圆弧段的度缺口，使scb实验试样切割时是多部位受力，而非试样上边两个端口受力，保护了试样，大大提高了切割成功率。

3.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置通过单向燕尾工作台，精确控制scb实验试样切割深度；通过移动第三细牙螺纹螺杆，精确控制scb实验试样切割角度。

4.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置无需制备模具，更换角磨机的刀片，即可实现多种scb实验试样切割直径。

5.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置操作较为简单，相比需要制作模具的切割装置，操作人员极容易上手。

6.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置配备节骨水管，更好地保护操作人员和刀片，并避免产生粉尘造成污染。

7.该深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置由于无需制备模具，成本大大降低，制备实验试样时间大大缩减，精确度大有提高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中第一试样固定件和第二试样固定件的结构示意图。

图3为本发明实施例中固定试样的第一种状态结构示意图。

图4为本发明实施例中固定试样的第二种状态结构示意图。

图5为本发明实施例中单向可转动角磨机机构和相向移动导轨机构的结构示意图。

图中：1-承重台、2-角磨机支架、3-双向工作台、301-第一细牙螺纹螺杆、302-第二细牙螺纹螺杆、303-底座燕尾推送件、304-上方燕尾推送件、305-连接件、4-相向移动导轨机构、401-第一圆柱导轨、402-第二圆柱导轨、403-第一滑块、404-第二滑块、405-第三滑块、406-第四滑块、407-双向细牙螺纹螺杆、408-第一固定铁片、409-第二固定铁片、410-第一试样固定件、411-第二试样固定件、412-缺口、5-单向可转动角磨机机构、501-单向燕尾工作台、502-分度盘、503-转轴主箱、504-转轴副箱、505-转轴固定铁片、506-第三细牙螺纹螺杆、507-第一固定配件、508-第二固定配件、509-第四细牙螺纹螺杆、6-支撑框架、7-试样。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

请参阅图1-5，本发明实施例中，一种深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置，包括承重台1、角磨机支架2、双向工作台3、相向移动导轨机构4、单向可转动角磨机机构5和支撑框架6；

所述双向工作台3安装于承重台1上；

相向移动导轨机构4固定于双向工作台3上方；

支撑框架6固定于承重台1上方，双向工作台3和相向移动导轨机构4位于支撑框架6内；

角磨机支架2安装于支撑框架6的上部；

单向可转动角磨机机构5固定于角磨机支架2上，位于相向移动导轨机构4中间靠左的位置，并使单向可转动角磨机机构5的刀片对准相向移动导轨机构4中心，如图1所示，单向可转动角磨机机构5和角磨机支架2由支撑框架6支撑。

所述双向工作台3包括第一细牙螺纹螺杆301、第二细牙螺纹螺杆302、底座燕尾推送件303、上方燕尾推送件304和连接件305；

底座燕尾推送件303固定安装于承重台1上方，第一细牙螺纹螺杆301穿插安装于底座燕尾推送件303上，第二细牙螺纹螺杆302穿插安装于上方燕尾推送件304上；

底座燕尾推送件303和上方燕尾推送件304均安装在连接件305上；通过转动第一细牙螺纹螺杆301和第二细牙螺纹螺杆302，可以实现双向工作台3可在两个正交方向上精确移动。

所述相向移动导轨机构4包括第一圆柱导轨401、第二圆柱导轨402、双向细牙螺纹螺杆407、第一固定铁片408和第二固定铁片409；

第一圆柱导轨401和第二圆柱导轨402均安装固定于双向工作台3上方；

第一圆柱导轨401上滑动连接有第一滑块403和第二滑块404，第二圆柱导轨402上滑动连接有第三滑块405和第四滑块406，进一步的，第一滑块403、第二滑块404、第三滑块405和第四滑块406上均设有固定小转杆；

第一固定铁片408将第一滑块403和第三滑块405连接固定，第二固定铁片409将第二滑块404和第四滑块406连接固定；

第一固定铁片408和第二固定铁片409的底部均设有螺帽（图中未示出），双向细牙螺纹螺杆407穿过螺帽并与其螺纹连接；

第一固定铁片408上固定有第一试样固定件410，第二固定铁片409上固定有第二试样固定件411；

第一试样固定件410和第二试样固定件411上均开设有缺口412，缺口412为具有圆弧段的45度缺口；通过转动双向细牙螺纹螺杆407，利用双向细牙螺纹螺杆407、螺帽、第一固定铁片408、第二固定铁片409、第一圆柱导轨401、第二圆柱导轨402、第一滑块403、第二滑块404、第三滑块405和第四滑块406的配合，进而带动第一试样固定件410、第二试样固定件411等距相向移动，使试样7能完好两边等距放置于刀片下方，通过双向工作台3方便角磨机找准试样7中心。

所述单向可转动角磨机机构5包括单向燕尾工作台501、分度盘502、转轴主箱503、转轴副箱504、转轴固定铁片505、第三细牙螺纹螺杆506、第一固定配件507、第二固定配件508和第四细牙螺纹螺杆509；

单向燕尾工作台501安装固定在角磨机支架2上，转轴主箱503固定于单向燕尾工作台501下方外侧；

转轴主箱503和转轴副箱504均为空心结构，转轴固定铁片505位于转轴副箱504内，第一固定配件507和第二固定配件508均置于转轴主箱503内；

第三细牙螺纹螺杆506从左到右依次穿过转轴副箱504、转轴固定铁片505、转轴主箱503、第一固定配件507、第二固定配件508和分度盘502；

第四细牙螺纹螺杆509螺纹连接在单向燕尾工作台501上；

第一固定配件507和第二固定配件508之间安装有角磨机（图中未示出）；转轴副箱504左侧设有四个用于固定角度的小转杆；通过转动第三细牙螺纹螺杆506，分读盘502可读取转动角度，使角磨机转动试样7所需角度，实现控制试样7所需的切割角度；转动第四细牙螺纹螺杆509，可调节转轴主箱503垂直方向的距离，精确地确定角磨机垂直方向的距离，实现控制试样7所需的切割深度。

所述深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置还包括节骨水管（图中未示出），节骨水管安装在第一固定配件507或第二固定配件508上，角磨机在工作的时候产生大量的热，节骨水管对角磨机刀片及时降温，可以保证刀片和人员的安全，也可以避免产生粉尘造成污染；

所述支撑框架6上安装有钢化玻璃（图中未示出），可以阻隔工作人员和运行设备，起保护环保的作用。

本发明实施例的工作原理是：通过转动第一细牙螺纹螺杆301和第二细牙螺纹螺杆302，可以实现双向工作台3可在两个正交方向上精确移动，通过转动双向细牙螺纹螺杆407，利用双向细牙螺纹螺杆407、螺帽、第一固定铁片408、第二固定铁片409、第一圆柱导轨401、第二圆柱导轨402、第一滑块403、第二滑块404、第三滑块405和第四滑块406的配合，进而带动第一试样固定件410、第二试样固定件411等距相向移动，使试样7能完好两边等距放置于刀片下方，通过双向工作台3方便角磨机找准试样7中心，通过转动第三细牙螺纹螺杆506，分读盘502可读取转动角度，使角磨机转动试样7所需角度，实现控制试样7所需的切割角度；转动第四细牙螺纹螺杆509，可调节转轴主箱503垂直方向的距离，精确地确定角磨机垂直方向的距离，实现控制试样7所需的切割深度，角磨机在工作的时候产生大量的热，节骨水管对角磨机刀片及时降温，可以保证刀片和人员的安全，也可以避免产生粉尘造成污染。

实施例2

本发明实施例中，所述深度、角度半自动控制的岩石试样制备装置的使用方法，包括以下步骤：

1）根据scb实验的试样7所需切割直径，更换角磨机的刀片；

2）转动第四细牙螺纹螺杆509，使角磨机刀片下行；

3）转动双向细牙螺纹螺杆407，并转动第一细牙螺纹螺杆301和第二细牙螺纹螺杆302，使第一试样固定件410和第二试样固定件411咬合角磨机刀片，使角磨机刀片对准试样7圆心，实现半自动对准圆心的功能；

4）转动第四细牙螺纹螺杆509，使角磨机刀片上行；

5）转动双向细牙螺纹螺杆407，使第一试样固定件410和第二试样固定件411相互远离，将试样7放于第一试样固定件410和第二试样固定件411之间；

6）再次转动双向细牙螺纹螺杆407，因无切口的scb实验试样7的圆弧边与缺口412处的圆弧端摩擦力较少，双向细牙螺纹螺杆407转动后受力得以上升，并最后卡死于第一试样固定件410和第二试样固定件411之间；如图3-4所示；此时角磨机的刀片对准的位置就是试样7的圆心位置，大大提高了刀片对准圆心的精确度；

7）根据实验目的，转动第四细牙螺纹螺杆509，确定试样7的切割深度；转动第三细牙螺纹螺杆506，确定试样7的切割角度，然后转动转轴副箱504左侧的四个小转杆，将第三细牙螺纹螺杆506锁定在所需要的角度。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。