一种全自动高温破岩试验机及其试验方法与流程

本发明涉及破岩试验设备，具体涉及一种全自动高温破岩试验机及其试验方法。

背景技术：

1、岩石对加热反应很大程度上取决于岩石的性质和加热条件。快速加热对于强度和热弹性好的岩石能引起岩石表面的热剥落。由于组成岩石的各种矿物颗粒的热膨胀系数不同，在加热或冷却过程中，在岩石内部会产生热应力，同时积攒热弹性变形能。这种受热过程所积攒的弹性能便是岩石颗粒结构间发生微构造破裂的基本条件。适当的加热，即使温度只有100℃以上，也能引起岩石的内裂及表面破坏。岩石的这种热力弱化特性可使岩石发生进一步的破裂传播，如同时施加破坏所需的外力，就会快速破碎岩石，提高破岩效率。

2、中国专利cn114264568a就公开了一种基于激光熔融-过冷液体射流的交变破岩试验系统，包括箱体、仪器安装台、温度监测装置和图像监测装置，当需要对岩石试样进行高低温交变破坏时，打开激光器和喷嘴的开关，使激光器发射激光以及使喷嘴喷出过冷液体，对岩石试样进行交变破坏，并记录岩石试样的温度后，获取岩石试样被破坏后的图像，但是，使用该系统难以开展对截齿破岩参数的定量分析及其优化设计。

3、基于此，本发明设计了一种全自动高温破岩试验机及其试验方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种全自动高温破岩试验机及其试验方法。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种全自动高温破岩试验机，包括钢结构框架；

4、所述钢结构框架由底座和固定安装在底座顶部的支架构成，底座顶部设置有伺服平面移动滑台，伺服平面移动滑台的滑块上固定安装有工装板；所述工装板上固定安装有安装块；安装块上端开设有用于放置岩样的试验槽；所述试验槽设置为半圆柱形，所述工装板上开设有用于放置岩样的试验槽；

5、所述支架上沿支架长度方向设置有三个伺服竖向移动滑台，并且由左至右在三个伺服竖向移动滑台的滑块上依次固定安装有加热处理组件、回温处理组件和切屑破岩组件；每个伺服竖向移动滑台的滑块下侧均固定安装有温度监测组件；

6、所述切屑破岩组件包括压力传感器、驱动电机、齿座和截齿，驱动电机和压力传感器分别固定安装在伺服竖向移动滑台的滑块的上下两侧，齿座与压力传感器接触连接，并且驱动电机的输出端与齿座固定连接；齿座下侧固定安装有截齿。

7、优选的：所述试验槽设置为半圆柱形，试验槽的规格设置为内径一百毫米，长度五十毫米，高度四十五毫米。

8、优选的：岩样的规格设置为直径一百毫米，长度五十毫米。

9、优选的：所述加热处理组件设置为空气-甲烷燃烧器。

10、优选的：所述回温处理组件设置为液氮制冷器。

11、优选的：所述温度监测组件设置为红外摄像机。

12、优选的：所述支架为钢结构预制件。

13、为了更好地实现本发明的目的，本发明还提供了一种全自动高温破岩试验机的试验方法，包括以下步骤：

14、步骤一：将岩样水平放置在工装板的试验槽内，岩样会在试验槽上部露出一部分，随后使用钢板压在岩样上部两侧，拧紧螺丝将岩样固定；

15、步骤二：在齿座内插入截齿，并调节截齿的进攻角(α,°)和侧倾角(θ,°)；

16、步骤三：设定加热处理组件和回温处理组件对岩样的调温强度(ttemp,℃)、时间(t,s)以及周期(ttest,s)；设定切屑破岩组件的破岩参数：切削深度(d,m)、切削速率(v,m/s)以及测试距离(l,m)；

17、步骤四：伺服平面移动滑台通过工装板将岩样移送至火焰枪正下方，火焰枪喷嘴向岩样喷出火焰射流对岩样加热，同步开启红外摄像机实时监测岩样表面温度，确定加热后的峰值温度；

18、步骤五：伺服平面移动滑台通过工装板将岩样移动至液氮枪正下方，液氮枪喷嘴向岩样喷出低温射流对岩样回温，同步开启红外摄像机实时监测岩样表面温度，确定冷却后的温度；

19、步骤六：伺服平面移动滑台通过工装板将岩样移送至截齿正下方，驱动电机通过齿座带动截齿转动，伺服竖向移动滑台带动截齿竖直下移向岩样推进，对岩样机械切屑破岩试验，同步开启红外摄像机实时监测岩样表面温度；破岩过程中，通过压力传感器自动监测截齿受力情况，绘制竖向刺入力(fn,n)-深度(d,m)曲线，水平切屑力(fs,n)-水平位移(l,m)曲线，并计算破岩后切屑力所作的功(w,j)；

20、

21、步骤七：同步开启红外摄像机实时监测岩样表面温度，红外摄像机在升温/回温/切屑过程中同步采集的岩石表面温度，软件可将温度图像处理成沿水平位移方向的温度(ttemp,℃)-时间(t,s)曲线，并确定峰值温度；

22、步骤八：试验结束后取下岩样，使用电子显微镜对岩石表面进行扫描，测量剥落岩屑的体积(v,m3)，计算截齿线性切屑比能(se,j/m3)，即破碎单位体积岩石所需要的能量，比能越小，表示破岩效率越高；

23、

24、步骤九：调整伺服水平模组，可在同一个岩样上开展多阵列线性切屑测试；

25、此外，步骤五可选择液氮枪回温或自然回温；步骤四和步骤五和反复进行，以分析高低温循环温度对破岩效果的影响。

26、本发明相较于现有技术，其有益效果为：

27、在本发明中，通过各部件的配合工作使得该试验机可满足常温破岩，高温破岩和高低温循环破岩等多种测试，以及开展对不同破岩参数的研究，对破岩效果进行定量分析以及对比分析，为优化截齿破岩效率提供试验支持；

28、在本发明中，该试验机通过对原位或全尺寸破岩测试设备进行结构缩尺设计，实现截齿破岩的小型化研究，有效降低了试验成本。同时，该试验设备交互性强，试验结果直观，使用更加方便。

技术特征：

1.一种全自动高温破岩试验机，包括钢结构框架(100)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，所述试验槽(230)设置为半圆柱形，试验槽(230)的规格设置为内径一百毫米，长度五十毫米，高度四十五毫米。

3.根据权利要求2所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，岩样的规格设置为直径一百毫米，长度五十毫米。

4.根据权利要求3所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，所述加热处理组件(500)设置为空气-甲烷燃烧器。

5.根据权利要求4所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，所述回温处理组件(600)设置为液氮制冷器。

6.根据权利要求5所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，所述温度监测组件设置为红外摄像机(400)。

7.根据权利要求6所述的全自动高温破岩试验机，其特征在于，所述支架(120)为钢结构预制件。

8.一种如权利要求7所述的全自动高温破岩试验机的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种全自动高温破岩试验机及其试验方法，属于破岩试验设备技术领域，包括钢结构框架；底座顶部设置有伺服平面移动滑台，伺服平面移动滑台的滑块上固定安装有工装块；支架上沿支架长度方向设置有三个伺服竖向移动滑台，并且由左至右在三个伺服竖向移动滑台的滑块上依次固定安装有加热处理组件、回温处理组件和切屑破岩组件；每个伺服竖向移动滑台的滑块下侧均固定安装有温度监测组件；切屑破岩组件包括压力传感器、驱动电机、齿座和截齿。通过上述方式，通过各部件的配合工作使得该试验机可满足常温破岩，高温破岩和高低温循环破岩等多种测试，以及开展对破岩参数的定量分析。试验机结构简单，操作方便，易于调试。

技术研发人员：张广哲,盛志强,陈墨华
受保护的技术使用者：建研地基基础工程有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5