一种制备软岩试件的线切割机及使用方法技术

本发明专利技术公开一种制备软岩试件的线切割机及使用方法，它由底座、岩体固定装置、联动三向滑轨机构和线切割机构组成，通过岩体固定装置、联动三向滑轨机构和线切割机构的协同合作，可以很方便的切割出传统的方形岩石试件，也可以切割出象传统的取芯那样的圆柱形岩石试件。本发明专利技术由于采用线切割原理，不会产生大量热量，不会改变岩石的物理力学性质，用不着水散热，克服了传统钻孔取芯方法不能获取软岩试件的难题，解决了软岩试件的成型问题，满足软岩工程的要求实验需求。

A WEDM machine for preparing soft rock specimen and its usage

The invention discloses a wire cutting machine for preparing soft rock specimens and its use method. It is composed of a base, a rock mass fixing device, a linkage three-way sliding rail mechanism and a wire cutting mechanism. Through the cooperation of a rock mass fixing device, a linkage three-way sliding rail mechanism and a wire cutting mechanism, a traditional square rock test can be easily cut. It can also cut out cylindrical rock samples, such as traditional coring. The invention can overcome the difficult problem that the traditional drilling and coring method can not obtain the soft rock specimen, solve the forming problem of the soft rock specimen, and meet the requirements of the soft rock engineering experiment.

【技术实现步骤摘要】
一种制备软岩试件的线切割机及使用方法
本专利技术涉及加工岩石试验的装置和方法。
技术介绍
目前室内试验仍是研究岩石各种性质以及不同应力条件下变形破坏规律的主要手段。而室内试验的第一步是岩石试件的加工，一个符合标准的试件可以提高实验的准确性，进而利于对岩石工程设计及安全建造研究。以圆柱形试件为例，根据工程岩体试验方法标准(GB/T50266-2013)要求，标准试件的直径为高径比为(2±0.2)，上下端直径偏差不应大于0.3mm，高度最大、最小值偏差控制在0.05mm以内，同时试件两端面不平行度不应大于0.05mm，如果试件尺寸达不到标准要求，实验结果会出现很多误差，影响试验结果的准确性。目前的岩石试件的加工，是在室内对现场采集的岩石首先进行钻孔取芯，再修整处理成准确试件。在取芯的过程中，为了排出岩屑和散热，一般需要采用水来辅助钻头散热和岩屑排出。对于砂岩等质地坚硬的岩石，利用水辅助取芯没有问题，对于一些胶结程度差、含有大量膨胀性黏土矿物的软弱岩石，如泥岩等就无法利用水辅助取芯，因为它遇水会膨胀崩解，取不成岩芯。有些研究人员采用液氮和液态二氧化碳对钻头进行降温，但两者温度过低，对钻头损害较大，无法消除温差变化带来的影响。还有些研究人员提出针对软岩的干式取芯方法，通过通入冷却后的空气，不仅冲刷掉了取芯过程中产生的岩屑，还解决了水对岩石物理特性的影响问题，取得的软岩试件满足大部分试验要求，但这种取芯方式的散热效果较差，同时产生更多的岩屑量，对钻头损伤较大。再就是在地质条件复杂地区岩石是非连续体，地层条件稳定性较差，在取芯过程中会改变岩石的物理力学性质，无法满足试验要求。综上所述，利用传统取芯方法取芯，很难获取软岩试件，很需要一种新的取芯装置和取芯方法，满足软岩工程的要求实验需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种制备软岩试件的线切割机以及该装置的使用方法。。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：一种制备软岩试件的线切割机，其特征在于，由底座、岩体固定装置、联动三向滑轨机构和线切割机构组成；所述的底座是一个方形框架，所述的岩体固定装置安装在方形框架内；岩体固定装置是在旋转台上设有十字托盘，通过手摇丝杠将岩体夹紧在十字托盘上。所述的联动三向滑轨机构，是在底座框架的两个纵边框上分别安装有纵向导轨，两根纵向导轨相互平行，每根纵向导轨上设有纵向滑块，两个纵向滑块通过第一横向轴杆和第一联轴器联连接在一起实现同步移动，其中一个纵向滑块为驱动型滑块，另一个纵向滑块为自由活动的滑块，在驱动型纵向滑块所处的纵向导轨的端头安装第一电机，第一电机与驱动型纵向滑块实现机械传动，从而带动两个纵向滑块在纵向导轨上前后来回移动；两个纵向滑块上分别安装有垂直导轨，两根垂直导轨的顶部通过第二横向轴杆和第二联轴器联连接在一起，使两根垂直导轨保持平行和实现同步移动；两根垂直导轨上分别设有垂直滑块，其中一个垂直滑块为驱动型滑块，另一个垂直滑块为自由活动的滑块，在两垂直滑块上安装上横向导轨；驱动型垂直滑块所处的垂直导轨顶部安装有第二电机，第二电机与驱动型垂直滑块实现机械传动，从而带动横向导轨上下移动；上述纵向导轨、垂直导轨和横向导轨构成一个可前后移动和上下移动的龙门架；所述的线切割机构是在上述的横向导轨上安装两个连在一起的横向滑块，两个横向滑块设有一定的的间距；两个横向滑块下面分别固定有碳纤维板材料的切割线支撑板，两个切割线支撑板上分别安装有可旋转夹具，两个旋转夹具之间固定夹住一根金刚切割线，金刚切割线的长度大于被切割岩体的最大边长，并有一定的来回拉动距离；在横向导轨一端安装有第三电机，第三电机通过机械传动带动横向滑块在横向导轨上往复运动；在其中一个切割线支撑板上安装第四电机，第四电机带动旋转夹具旋转；从而使金刚切割线在往复和旋转复合运动中产生对岩体的切割力。上述的第一电机与纵向滑块、第二电机与垂直滑块、第三电机与横向滑块的机械传动方式，均是链传动；即在上述电机轴上设有主动链轮，导轨的另一端设有被动链轮，上述的滑块连接在链条上，电机正反转时带动驱动型滑块在导轨上来回移动；上述的链传动方式可用皮带传动方式替代。进一步，所述的第一电机和第二电机由程序控制器控制运行，程序控制器按照圆柱形岩石试件的形状尺寸控制上述两个电机的运行。为了防止切割岩体时的尘屑落入纵向导轨影响纵向滑块的移动，在纵向导轨上设有伸缩橡胶套，伸缩橡胶套一端固定在导轨端头上，另一端固定在滑块上。为了防止切割岩体时的尘屑污染室内，在上述的线切割机外面套有透明罩，透明罩与吸尘器连通。为了提高上述的第二电机的转矩，和防止自由活动型垂直滑块由于自身重量造成的惯性震动，上述的第二电机通过减速机构后在与驱动型垂直滑块实现机械传动。利用上述线切割机可以很方便的切割出传统的方形岩石试件，也可以切割出象传统的取芯那样的圆柱形岩石试件。利用上述线切割机加工方形岩石试件的具体操作步骤是：第一步，准备工作启动第一电机和第二电机，横向导轨前/后移动和向上移动，使线切割机构运行到预留出置放岩体空间的位置，把需要加工的岩体放置于岩体固定装置上，通过手摇丝杠固定牢固，通过旋转台调整岩体的正面位置；手控第一电机和第二电机运转，使线切割机构的金刚切割线接触到岩体的试件轮廓线位置；有以下两种情况：切顶部平面割时，金刚切割线接触到岩体前/后侧面上部的试件轮廓线位置；切割四周侧面时，金刚切割线接触到岩体顶面的轮廓线位置；第二步，启动第三电机和第四电机，使线切割机构往复运行并且金刚切割线旋转，再分顶部平面切割、四周侧面切割和底部平面切割分步进行，如下：顶部平面切割时，启动第一电机，使横向导轨带动线切割机构在平面上后/前运行，将岩体顶部切割成平面；侧面切割时，再启动第二电机，使使横向导轨带动线切割机构在立面上由上至下运行，切割完一面，使线切割机构回到初始位置，通过旋转台使岩体平面掉转90度，按照上述步骤继续进行切割，依次类推，直至四面切割完毕；底部平面切割时，将岩体翻过来底部朝上，转换为顶面，启动第一电机，按照顶部平面的切割方式进行，最终将岩体顶部切割成方形岩石试件。下面说明利用上述线切割机加工圆柱形岩石试件的具体操作步骤：第一步，准备工作启动第一电机和第二电机，使横向导轨前/后移动和向上移动，把线切割机构运行到预留出置放岩体空间的位置，把需要加工的岩体放置于岩体固定装置上，通过旋转台调整岩体的正面位置，通过手摇丝杠固定牢固；要求放置岩体时，使预加工成圆柱形岩石试件的轴向与线切割机构的金刚切割线一致，即横卧在岩体固定装置上；手控第一电机和第二电机运转，使横向导轨前/后移动和向下移动，使线切割机构的金刚切割线接触到岩体的圆柱形岩石试件轴线正上方位置；启动第三电机和第四电机，使线切割机构往复运行并且金刚切割线旋转起来；第二步，启动程序控制器，使第一电机和第二电机自行运转，程序控制器按照岩石试件的形状尺寸控制上述两个电机的运行，使横向导轨前后移动和上下移动；运行程序如下：1、垂直滑块带动横向导轨向下运行，金刚切割线沿进刀线进入岩体；进入岩体后，垂直滑块带动横向导轨向下运行的同时，纵向滑块带动横向导轨向前运行，两个方向同时运行时开始在岩体中切割出上半部1/4个圆弧面；2、当切割到1/4个圆弧面时，纵向滑块带动横向导轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备软岩试件的线切割机，其特征在于，它由底座、岩体固定装置、联动三向滑轨机构和线切割机构组成；所述的底座是一个方形框架，所述的岩体固定装置安装在方形框架内；岩体固定装置是在旋转台上设有十字托盘，通过手摇丝杠将岩体夹紧在十字托盘上；所述的联动三向滑轨机构，是在底座框架的两个纵边框上分别安装有纵向导轨，两根纵向导轨相互平行，每根纵向导轨上设有纵向滑块，两个纵向滑块通过第一横向轴杆和第一联轴器联连接在一起实现同步移动，其中一个纵向滑块为驱动型滑块，另一个纵向滑块为自由活动的滑块，在驱动型纵向滑块所处的纵向导轨的端头安装第一电机，第一电机与驱动型纵向滑块实现机械传动，从而带动两个纵向滑块在纵向导轨上前后来回移动；两个纵向滑块上分别安装有垂直导轨，两根垂直导轨的顶部通过第二横向轴杆和第二联轴器联连接在一起，使两根垂直导轨保持平行和实现同步移动；两根垂直导轨上分别设有垂直滑块，其中一个垂直滑块为驱动型滑块，另一个垂直滑块为自由活动的滑块，在两垂直滑块上安装上横向导轨；驱动型垂直滑块所处的垂直导轨顶部安装有第二电机，第二电机与驱动型垂直滑块实现机械传动，从而带动横向导轨上下移动；上述纵向导轨、垂直导轨和横向导轨构成一个可前后移动和上下移动的龙门架；所述的线切割机构是在上述的横向导轨上安装两个连在一起的横向滑块，两个横向滑块设有一定的的间距；两个横向滑块下面分别固定有碳纤维板材料的切割线支撑板，两个切割线支撑板上分别安装有可旋转夹具，两个旋转夹具之间固定夹住一根金刚切割线，金刚切割线的长度大于被切割岩体的最大边长，并有一定的来回拉动距离；在横向导轨一端安装有第三电机，第三电机通过机械传动带动横向滑块在横向导轨上往复运动；在其中一个切割线支撑板上安装第四电机，第四电机带动旋转夹具旋转；从而使金刚切割线在往复和旋转复合运动中产生对岩体的切割力。上述的第一电机与纵向滑块、第二电机与垂直滑块、第三电机与横向滑块的机械传动方式，均是链传动；即在上述电机轴上设有主动链轮，导轨的另一端设有被动链轮，上述的滑块连接在链条上，电机正反转时带动驱动型滑块在导轨上来回移动；上述的链传动方式可用皮带传动方式替代。...

【技术特征摘要】
1.一种制备软岩试件的线切割机，其特征在于，它由底座、岩体固定装置、联动三向滑轨机构和线切割机构组成；所述的底座是一个方形框架，所述的岩体固定装置安装在方形框架内；岩体固定装置是在旋转台上设有十字托盘，通过手摇丝杠将岩体夹紧在十字托盘上；所述的联动三向滑轨机构，是在底座框架的两个纵边框上分别安装有纵向导轨，两根纵向导轨相互平行，每根纵向导轨上设有纵向滑块，两个纵向滑块通过第一横向轴杆和第一联轴器联连接在一起实现同步移动，其中一个纵向滑块为驱动型滑块，另一个纵向滑块为自由活动的滑块，在驱动型纵向滑块所处的纵向导轨的端头安装第一电机，第一电机与驱动型纵向滑块实现机械传动，从而带动两个纵向滑块在纵向导轨上前后来回移动；两个纵向滑块上分别安装有垂直导轨，两根垂直导轨的顶部通过第二横向轴杆和第二联轴器联连接在一起，使两根垂直导轨保持平行和实现同步移动；两根垂直导轨上分别设有垂直滑块，其中一个垂直滑块为驱动型滑块，另一个垂直滑块为自由活动的滑块，在两垂直滑块上安装上横向导轨；驱动型垂直滑块所处的垂直导轨顶部安装有第二电机，第二电机与驱动型垂直滑块实现机械传动，从而带动横向导轨上下移动；上述纵向导轨、垂直导轨和横向导轨构成一个可前后移动和上下移动的龙门架；所述的线切割机构是在上述的横向导轨上安装两个连在一起的横向滑块，两个横向滑块设有一定的的间距；两个横向滑块下面分别固定有碳纤维板材料的切割线支撑板，两个切割线支撑板上分别安装有可旋转夹具，两个旋转夹具之间固定夹住一根金刚切割线，金刚切割线的长度大于被切割岩体的最大边长，并有一定的来回拉动距离；在横向导轨一端安装有第三电机，第三电机通过机械传动带动横向滑块在横向导轨上往复运动；在其中一个切割线支撑板上安装第四电机，第四电机带动旋转夹具旋转；从而使金刚切割线在往复和旋转复合运动中产生对岩体的切割力。上述的第一电机与纵向滑块、第二电机与垂直滑块、第三电机与横向滑块的机械传动方式，均是链传动；即在上述电机轴上设有主动链轮，导轨的另一端设有被动链轮，上述的滑块连接在链条上，电机正反转时带动驱动型滑块在导轨上来回移动；上述的链传动方式可用皮带传动方式替代。2.如权利要求1所述的制备软岩试件的线切割机，其特征在于，所述的第一电机和第二电机由程序控制器控制运行，程序控制器按照圆柱形岩石试件的形状尺寸控制上述两个电机的运行。3.如权利要求1所述的制备软岩试件的线切割机，其特征在于，在纵向导轨上设有伸缩橡胶套，伸缩橡胶套一端固定在导轨端头上，另一端固定在滑块上。4.如权利要求1所述的制备软岩试件的线切割机，其特征在于，在所述的线切割机外面套有透明罩，透明罩与吸尘器连通。5.如权利要求1所述的制备软岩试件的线切割机，其特征在于，所述的第二电机通过减速机构后再与驱动型垂直滑块实现机械传动。6.一种利用权利要求1-5任一所述的线切割机制备方形...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵同彬，蓝盛，邱月，赵寿强，黄彬，
申请(专利权)人：山东科技大学，青岛嘉航石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37