单齿单次冲击碎岩实验装置

摘要

本发明提供一种单齿单次冲击碎岩实验装置，包括落锤冲击加载单元、底座和数据采集单元，落锤冲击加载单元包括竖直导轨、冲锤、锥套筒、弹簧、锥形压块、压头和压头固定座，冲锤滑动设置在导轨上，锥套筒包括上扶正圆筒和下锥筒，在上扶正圆筒内设置有弹簧，树脂道轨的下端插入到上扶正圆筒内，下锥筒套在锥形压块的上方，锥形压块的下方为压头固定座，压头安装在压头固定座的底面，数据采集单元设置在锥形压块和压头固定座之间，底座设置在压头的下方。本发明提供的单齿单次冲击碎岩实验装置结构简单、操作方便，本实验装置用于研究低功耗条件下的单齿单次碎岩状况，为钻头单齿结构、碎岩功耗、月表冲击载荷有效范围等提供实验依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测试岩石冲击碎岩要过的实验装置，尤其涉及一种 低功耗条件下的单齿单次冲击碎岩实验装置。

背景技术

在现有技术中，冲击碎岩实验装置主要是针对大冲击功作用下的碎岩实 验，用于石油钻探和地质钻探领域。冲击试验中冲锤的运动大多数采用液压 系统或气动方式实现。由于冲击功大，对实验装置要求较高，结构复杂，整 体结构尺寸较大，成本较高，制造和安装不方便。

月球表层钻进取心对功耗有严格要求和限制，现有的冲击实验装置不能 满足低功耗条件下的碎岩研究，特别是低功耗条件下的单齿和单词的冲击碎 岩实验要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作 方便的单齿单次冲击碎岩实验装置，以研究低功耗条件下的单齿单次碎岩状 况，同时为钻头单齿结构、碎岩功耗、月表冲击载荷有效范围等提供实验依 据。

为实现上述目的，本发明提供一种单齿单次冲击碎岩实验装置，包括落 锤冲击加载单元、底座和数据采集单元，所述落锤冲击加载单元包括竖直导 轨、冲锤、锥套筒、弹簧、锥形压块、压头和压头固定座，所述冲锤滑动设 置在所述导轨上，所述锥套筒包括上扶正圆筒和下锥筒，在所述上扶正圆筒 内设置有弹簧，所述树脂道轨的下端插入到所述上扶正圆筒内，所述下锥筒 套在所述锥形压块的上方，所述锥形压块的下方为压头固定座，所述压头安 装在所述压头固定座的底面，所述数据采集单元设置在所述锥形压块和所述 压头固定座之间，所述底座设置在所述压头的下方。

优选地，还包括岩样加持单元，所述岩样加持单元设置在所述底座上， 所述岩样加持单元包括岩石盛装器皿和至少三根压紧螺栓，每根所述压紧螺 栓的插入端均穿过所述岩石盛装器皿的侧壁进入到所述岩石盛装器皿的腔 内，相邻两个所述螺栓之间的夹角均相同，所述压紧螺栓与所述岩石盛装器 皿的侧壁螺纹连接。

优选地，所述底座为一矩形平台，在所述矩形平台的下方设有柱脚，所 述柱脚为可伸缩柱脚，所述可伸缩柱脚为四个，四个所述可伸缩柱脚分布在 所述矩形平台的四角。

优选地，还包括调平单元，所述调平单元包括水平调平尺、竖直调平尺、 支撑柱和调平套筒，所述水平调平尺和所述竖直调平尺均设置在所述支撑柱 上，所述支撑柱竖直安装在所述底座上，所述调平套筒安装在所述竖直导轨 上端，所述调平套筒和所述支撑柱之间通过水平横梁连接在一起。

优选地，所述压头为楔形头、圆头或尖头。

优选地，所述压紧螺栓为四个，相邻两个所述压紧螺栓之间的夹角为90 °。

优选地，还包括紧定螺钉，所述紧定螺钉设置在所述调平套筒侧面，所 述紧定螺钉与所述调平套筒侧壁螺纹连接，所述紧定螺钉的尖端旋入所述调 平套筒侧壁顶住所述导轨。

优选地，所述紧定螺钉为两个，一个所述紧定螺钉设置在所述调平套筒 侧面的上部分，另一个所述紧定螺钉与其镜像设置在所述调平套筒侧面的下 部分。

优选地，所述岩石盛装器皿底部具有一凹形台阶孔。

本发明提供的单齿单次冲击碎岩实验装置结构简单、操作方便，本实验 装置用于研究低功耗条件下的单齿单次碎岩状况，为钻头单齿结构、碎岩功 耗、月表冲击载荷有效范围等提供实验依据。

附图说明

图1为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的结构示意图；

图2为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的岩石盛装器皿的俯视结构示 意图；

图3为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头的一种实施方式的结构 示意图；

图4为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头的另一种实施方式的结 构示意图；

图5为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头的又一种实施方式的结 构示意图；

图6为图1中圆内选定部分放大的结构示意图。

图中：1-底座，2-数据采集单元，3-竖直导轨，4-冲锤，5-锥套筒，6-弹 簧，7-锥形压块，8-压头，9-压头固定座，10-岩石盛装器皿，11-压紧螺栓， 12-可伸缩柱脚，13-水平调平尺，14-竖直调平尺，15-调平套筒，16-紧定螺 钉，17-水平横梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

请参考图1和图6，图1为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头的 一种实施方式的结构示意图，图6为图1中圆内选定部分放大的结构示意图。

一种单齿单次冲击碎岩实验装置，包括落锤冲击加载单元、底座1和数 据采集单元2，所述落锤冲击加载单元包括竖直导轨3、冲锤4、锥套筒5、 弹簧6、锥形压块7、压头8和压头固定座9，所述冲锤4滑动设置在所述导 轨上，所述锥套筒5包括上扶正圆筒和下锥筒，在所述上扶正圆筒内设置有 弹簧6，所述树脂道轨的下端插入到所述上扶正圆筒内，所述下锥筒套在所 述锥形压块7的上方，所述锥形压块7的下方为压头固定座9，所述压头8 安装在所述压头固定座9的底面，所述数据采集单元2设置在所述锥形压块 7和所述压头固定座9之间，所述底座1设置在所述压头8的下方。通过调 节弹簧6的张紧度来调节压头8与岩样之间的预紧力，上扶正圆筒的筒腔高 度确保对竖直导轨3的扶正作用，下锥筒与锥形压块7之间的斜面配合，保 证压力传递均匀，通过下锥筒向下的冲击分力对锥形压块7施压，对下锥筒 与锥形压块7的斜面倾斜度的改变来调节冲锤4落下时产生的竖直向下的冲 击分力。

请参考图2，图2为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的岩石盛装器皿 的俯视结构示意图。

还包括岩样加持单元，所述岩样加持单元设置在所述底座1上，所述岩 样加持单元包括岩石盛装器皿10和至少三根压紧螺栓11，每根所述压紧螺 栓11的插入端均穿过所述岩石盛装器皿10的侧壁进入到所述岩石盛装器皿 10的腔内，相邻两个所述螺栓之间的夹角均相同，所述压紧螺栓11与所述 岩石盛装器皿10的侧壁螺纹连接。应用时，将岩样防止在岩石盛装器皿10 内，旋入压紧螺栓11对岩样进行固定，岩石盛装器皿10底部的凹形台阶孔 能够使岩样底端较凸出的部分卡住，辅助固定岩样。

所述底座1为一矩形平台，在所述矩形平台的下方设有柱脚，所述柱脚 为可伸缩柱脚12，所述可伸缩柱脚12为四个，四个所述可伸缩柱脚12分布 在所述矩形平台的四角。通过调节四个可伸缩柱脚12的伸出高度来调节竖直 导轨3、地面和岩样受力点三者的水平竖直位置，确保冲锤4做工时向下产 生的分力与计算预期的值充分一致。

还包括调平单元，所述调平单元包括水平调平尺13、竖直调平尺14、支 撑柱和调平套筒15，所述水平调平尺13和所述竖直调平尺14均设置在所述 支撑柱上，所述支撑柱竖直安装在所述底座1上，所述调平套筒15安装在所 述竖直导轨3上端，所述调平套筒15和所述支撑柱之间通过水平横梁17连 接在一起。调平单元的主要作用主要提供整套装置的实时水平竖直信息，通 过水平调平尺13、竖直调平尺14显示的信息来对可伸缩柱脚12进行调节， 进而完成对装置的整体调平。

请参考图3-图5，图3为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头的一 种实施方式的结构示意图，图4为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置的压头 的另一种实施方式的结构示意图，图5为本发明单齿单次冲击碎岩实验装置 的压头的又一种实施方式的结构示意图。

所述压头8为楔形头、圆头或尖头。压头8的形状对应实际应用中的几 种压头8，根据岩样的硬度来采用不同种类的压头8，其中圆头适合高硬度的 岩样，楔形头适合中等硬度的岩样，而尖头则适合较软硬度的岩样。

所述压紧螺栓11为四个，相邻两个所述压紧螺栓11之间的夹角为90°。 压紧螺栓11的数量主要是针对岩样形状的规则程度来确定，三个或四个甚至 多个均可，转动岩样使压紧螺栓11能够最稳固的加紧岩样，降低冲击时岩样 与岩石盛装器皿10之间发生相对运动的概率及幅度。

还包括紧定螺钉16，所述紧定螺钉16设置在所述调平套筒15侧面，所 述紧定螺钉16与所述调平套筒15侧壁螺纹连接，所述紧定螺钉16的尖端旋 入所述调平套筒15侧壁顶住所述竖直导轨3。所述紧定螺钉16为两个，一 个所述紧定螺钉16设置在所述调平套筒15侧面的上部分，另一个所述紧定 螺钉16与其镜像设置在所述调平套筒15侧面的下部分。紧定螺钉16使调平 套筒15与竖直导轨3之间保持相对静止，需要加大冲锤4的下降位移时，松 开紧定螺钉16，向上提起调平套筒15，当竖直导轨3位移足够满足冲锤4 需要下落的位移时重新旋入紧定螺钉16对调平套筒15进行固定。

单齿单次冲击碎岩实验装置的工作原理：

岩样加持单元对岩样进行固定，松开紧定螺钉16调节竖直导轨3可提供 给冲锤4的冲击位移、可伸缩柱脚12来调节竖直导轨3与岩样之间的垂直、 地面和竖直导轨3之间的垂直；调平结束后，通过需要的力的大小，调节冲 锤4的冲击位移、通过下锥筒与锥形压块7的倾斜度；数据采集单元2对每 次冲击所产生的信息进行采集以便做实验分析。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发 明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说 明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易 见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。