制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置及其操作方法

摘要

本发明公开了一种制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置及其操作方法，包括机头，固定装置，底座和操作台，机头位于工作台的一端，机头上安装有电动机，电动机的输出轴与连杆连接，连杆上安装有切割片；操作台滑动安装在工作台远离机头的一端；操作台的侧端安装有控制操作台左右上下前后移动的操作杆；底座固定在操作台上，在底座的上端相对设置有若干组固定件；每组固定件之间在径线方向上相互平行且均与连杆的轴线方向平行；固定装置上设置有与底座上的固定件相对应的通孔，并通过通孔固定在底座上。本发明操作简单，实用性强，而且切割精确，应用前景好。

说明书

技术领域

本发明属于加工设备技术领域，具体涉及一种制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置及其操作方法。

背景技术

在研究岩石等准脆性材料的断裂特性时，国际岩石力学协会推荐的人字形裂缝巴西圆盘由于可实现Ⅰ型，Ⅱ型及Ⅰ、Ⅱ复合型断裂而成为主要的试件构型之一。巴西圆盘人字形裂缝的加工精度对实验是否成功有很大影响。但是，现有制备人字形裂缝的实验装置多数不能保证切割的两个面重合，更不能精确控制裂缝长度。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种使用方便，预制裂缝面平整，裂缝长度可控，具有较高精度的制备人字形裂缝巴西圆盘的实验装置及方法。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置，包括机头，固定装置，底座和操作台，机头位于工作台的一端，机头上安装有电动机，电动机的输出轴与连杆连接，连杆上安装有切割片；操作台滑动安装在工作台远离机头的一端；操作台的侧端安装有控制操作台左右上下前后移动的操作杆；底座固定在操作台上，在底座的上端相对设置有若干组固定件；每组固定件之间在径线方向上相互平行且均与连杆的轴线方向平行；固定装置上设置有与底座上的固定件相对应的通孔，并通过通孔固定在底座上。

所述固定装置由高分子尼龙棒材料加工而成。高分子尼龙棒材料具有一定的韧性，强度也低于岩石材料，可以避免金属固定装置在夹紧岩石时容易在二者接触面处导致岩石破裂的缺点。

所述固定装置包括两个相同的带平台的半圆环，在半圆环上设置有与底座上固定件相对应的通孔Ⅰ，在带平台的半圆环的端部设置有用于固定巴西圆盘的通孔Ⅱ。通孔Ⅰ和与通孔Ⅰ相对应的底座上的圆柱相互配合，可以保证在切割巴西圆盘正反两面时，所得到的两个切割面能够重合，并且保证良好的平行度。

所述连杆的一端与电动机的输出轴螺纹连接，另一端设置有用于固定切割片的凸台，切割片固定安装在凸台上，电动机的输出轴、连杆和切割片位于同一轴线上。

在凸台上设置有外螺纹，切割片安装在凸台上并通过螺母锁死，螺母与连杆的外螺纹相匹配。凸台结构能将切割片锁紧，防止在切割过程中打滑的作用。

在操作台上安装有电磁铁。

所述底座为金属平板，并通过电磁铁固定在操作台上，底座和电磁铁之间面接触且不用借助螺钉螺母等紧固件，一方面能够保证底座平面的水平进而保证安装在底座上的固定装置内的巴西圆盘的平面水平，确保切割精确，另一方面拆卸和安装方便。

所述每组固定件均包括两个圆柱，圆柱之间间隔设置，圆柱的轴线与切割片相平行。

在操作台上设置有用于清洗降温润滑的水管和挡水板，水管用于清洗操作台和对切割片进行润滑和降温减小磨损，挡水板可防止水流喷溅，保证工作环境的干净卫生。

制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置的操作方法如下：

第一步，将连杆的一端与电动机的输出轴螺纹连接，切割片安装在连杆的凸台上并用螺母锁死；

第二步，将巴西圆盘放入到固定装置的两个带平台的半圆环内，然后将螺栓穿入半圆环两端的通孔Ⅱ，在螺栓的两端用螺母锁住两个带平台的半圆环，实现将巴西圆盘的固定；

第三步，固定装置通过其上的通孔Ⅰ套在底座的圆柱上，使固定装置固定在底座上；

第四步，用三个操作杆调整操作台，使切割片的最低端对准巴西圆盘的圆心；

第五步，打开电动机和水管的开关开始切割，用上下的操作杆控制切割深度，达到切割深度后快速退出切割片，关闭电动机和水管的开关；

第六步，将固定装置翻转180°，并套在底座上进行另一个面的切割；

第七步，重复第五步，打开电动机和水管开关，用上下操作杆控制切割深度，达到切割深度后快速退出切割片，完成巴西圆盘另一面的切割；

第八步，取下固定装置，松开螺母，取出制备好的含有人字形裂缝的巴西圆盘试件。

本发明通过三个操作杆实现操作台的上下左右前后三维空间的移动，在切割过程中不仅能精确地使巴西圆盘的圆心与切割片相对应，而且还能在切割裂缝时精确控制裂缝长度的尺寸。固定装置上的通孔结构与底座上相对应的圆柱配合使用，不仅能使巴西圆盘很好地固定，而且在翻转切割巴西圆盘另一个面时不用再对齐圆心就能保证切割的位置位于圆心，并且还可以保证两个切割面在同一个平面上。本发明操作简单，实用性强，而且切割精确，应用前景好。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本发明中固定装置的正视图。

图4是本图3的B-B剖面图。

图5是本发明中连杆的正视图。

图6是图5的左视图。

图7为本发明切割深度控制切缝长度的几何示意图。

图中各标注代表的意思是：1、机头；2、切割片；3、底座；4、圆柱；5、操作台；6、电磁铁；7、操作杆；8、挡水板；9、水管；10、电动机；11、连接杆；12、固定装置；13、通孔Ⅰ；14、通孔Ⅱ。

具体实施方式

实施例：一种制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置，包括机头1，固定装置12，底座3和操作台5。机头1位于工作台的一端，机头1上安装有电动机10，电动机10的输出轴与连杆11的一端螺纹连接，连杆11的另一端设置有用于固定切割片2的凸台，在凸台上设置有外螺纹，切割片2安装在凸台上并通过螺母锁死，螺母与连杆的外螺纹相匹配。凸台结构能将切割片锁紧，防止在切割过程中打滑的作用。电动机10的输出轴、连杆11和切割片2位于同一轴线上。

操作台5安装在工作台远离机头1的一端；操作台5的侧端安装有控制操作台5上下左右前后移动的操作杆7。所述操作杆7为三个分别控制操作台左右、上下和前后方向的移动，操作杆控制操纵台5移动的原理与RSG-200磨床上的操作杆工作原理相同。在操作台5上安装有电磁铁6。为金属平板的底座3通过电磁铁6固定在操作台5上，底座3和电磁铁6之间面接触且不用借助螺钉螺母等紧固件，一方面能够保证底座平面的水平进而保证安装在底座上的固定装置内的巴西圆盘的平面水平，确保切割精确，另一方面拆卸和安装方便。

在底座3的上端相对设置有若干组固定件。每组固定件之间在径线方向上相互平行且均与连杆的轴线方向平行。所述每组固定件均包括两个圆柱4，圆柱之间间隔设置，圆柱4的轴线与切割片2相平行。

所述固定装置12由高分子尼龙棒材料加工而成，包括两个相同的带平台的半圆环，在带平台的半圆环上设置有与底座3上固定件相对应的通孔Ⅰ13，在半圆环的端部设置有用于固定巴西圆盘的通孔Ⅱ14。通孔Ⅰ13和与通孔Ⅰ13相对应的圆柱4相互配合，将固定装置12固定在底座3上，保证在切割巴西圆盘正反两面时，所得到的两个切割面能够重合，并且保证良好的平面平整度。高分子尼龙棒材料具有一定的韧性，强度也低于岩石材料，可以避免金属固定装置在夹紧岩石时容易在二者接触面处破裂的缺点。

在操作台5上设置有用于清洗降温润滑的水管9和挡水板8，水管9用于清洗操作台和对切割片2进行润滑和降温减小磨损，挡水板8可防止水流喷溅，保证工作环境的干净卫生。

制备巴西圆盘人字形裂缝的实验装置的操作方法如下：

第一步，将连杆11的一端与电动机10的输出轴螺纹连接，切割片2安装在连杆11的凸台上并用螺母锁死；

第二步，将巴西圆盘放入到固定装置12的两个带平台的半圆环，然后将螺栓穿入半圆环两端的通孔Ⅱ14，在螺栓的两端用螺母锁住两个带平台的半圆环，实现将巴西圆盘的固定；

第三步，固定装置12通过其上的通孔Ⅰ13套在底座3的圆柱4上，使固定装置12固定在底座3上；

第四步，用三个操作杆7调整操作台5，使切割片2的最低端对准巴西圆盘的圆心；

第五步，打开电动机10和水管9的开关开始切割，用上下的操作杆控制切割深度，达到切割深度后快速退出切割片，关闭电动机10和水管9的开关；

第六步，将固定装置12翻转180°，并套在底座3上进行另一个面的切割；

第七步，重复第五步，打开电动机和水管开关，用上下操作杆控制切割深度，达到切割深度后快速退出切割片，完成固定装置另一面的切割；

第八步，取下固定装置，松开螺母，取出制备好的含有人字形裂缝的巴西圆盘试件。

在使用时，进刀速度一定要慢，不然会造成进刀处出现较大的缺口或者损坏切割刀的刀片。

本发明能够保证两个裂缝切割面在一个平面上，关键在于固定装置的通孔Ⅰ13和底座3上的圆柱4。两者配套使用使固定有巴西圆盘的固定装置12固定在底座3上，在切割巴西圆盘的一个面之后将固定装置12翻转180°，然后将固定装置12再固定在底座3上，整个过程切割片的位置不动。由于圆柱中心线的中垂线过巴西圆盘的中心，所以翻转之后不仅能保证圆心位置不变，并且切割片相对于巴西圆盘的位置是不变的。所以巴西圆盘正反两面的切割面能够重合。

本发明保证人字形裂缝长度具有较高精度的方法是通过精确控制切割深度实现的，切割深度由控制操作台上下移动的操作杆控制。上下功能的操作杆上有表盘和刻度。操作杆一圈的进尺量是2mm，一共有100个刻度，每一格的进尺量是0.02mm。表盘可以记录操作杆的圈数。切割深度控制切缝长度的几何示意图如图7所示，以CCNBD为例，切割深度和切缝长度的换算公式如下：

(1)；

(2)；

式中：a₁为外裂缝的半长；a₀为内裂缝的半长；R为巴西圆盘的半径；B为巴西圆盘的厚度；R_s为切割片的半径；d为切割深度。

而切割深度d=n+x×0.02，其中n为表盘的读数，x为操作杆上的刻度。

本发明控制人字形裂缝宽度是通过采用不同厚度的切割片实现的。本装置提供厚度为0.3mm，0.5mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm和1.2mm的切割片，直径分别有80mm，100mm和110mm。切割后裂缝的宽度用塞尺测量。