謝靜如

摘要：對工程巖體鉆取芯樣進行試驗是獲得其物理力學(xué)性質(zhì)的必要手段，而其中切割巖樣又是一個必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的巖樣切割機在耗能、效率、安全以及切割質(zhì)量等方面仍然存在一些弊端需要改革，創(chuàng)新研究更具技術(shù)進步的新型巖樣切割機尤為必要。研究內(nèi)容主要針對傳統(tǒng)機型刀架設(shè)置為懸臂，其支座處于運動狀態(tài)，來回一趟僅能切出一個試樣，空耗能源太大，而且懸臂端的微小位移給切出的試樣帶來較大誤差。幾年來，對切割機各主要部件的工作原理、運行協(xié)調(diào)、節(jié)能高效、安全環(huán)保等因素進行了一系列的革新研究，得出新型巖樣切割機成果，其刀架主軸為簡支梁，兩端為固定鉸支座，在主軸上可以等距離安裝4-7個刀片，巖樣在機外另有各種規(guī)格的送料板進行裝卸，并由傳輸螺桿運送。與傳統(tǒng)機型相比具有能源省、效率高、保安全、保質(zhì)量、性能穩(wěn)等許多優(yōu)點，在巖土工程試驗設(shè)備中值得推廣應(yīng)用。

中圖分類號：TU63+9 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

0引言

傳統(tǒng)使用的巖樣切割機都是采用刀架運動的方式進行工作，開機后刀架空行一段約50厘米行程才接近巖樣而開始切割，切完一個巖樣之后刀架又得空行退回到原來的位置而停機。即使是當前在用的全自動雙刀片巖樣切割機，其工作原理仍然如此，只是“全自動”意味著在刀架到達切割終點和返回到原始位置這兩個時間點上，是由接觸轉(zhuǎn)換開關(guān)控制電流——自動返回與自動停機而已，以下統(tǒng)稱為“傳統(tǒng)切巖機”。

傳統(tǒng)切巖機的工作原理是：刀架為懸臂，其支座設(shè)置為運動式；只安裝2個切割刀片，每次開機、前行、切割、退回、停機，來回一趟只能切出一個試樣，空耗能源太大；操作人員只有等待停機后，才能打開倉門，卸去緊固換上巖芯并夾緊在待割刀片連續(xù)工作需要巖芯的不斷投入，兩者如何協(xié)

切位置，然后再關(guān)上倉門，重新開機進行下一個巖樣的切割工作，空歇時間過長；人工操作的環(huán)境總是停留在切割倉內(nèi)、挨在停機位置的刀片口旁邊進行，始終存在著安全隱患，一旦出現(xiàn)漏電將很容易發(fā)生刀片傷人的安全事故；對于本身強度不高的巖樣，或有裂隙、節(jié)理脆弱、褶皺斷縫等原因，常常被振松緊固由自重滾落到底座板碎裂而報廢。

為此對傳統(tǒng)的巖樣切割機進行技術(shù)改造，革新巖土工程勘察試驗設(shè)備技術(shù)性能，研制新型巖樣切割機，實現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、質(zhì)保的生產(chǎn)技術(shù)尤為必要。

在安全生產(chǎn)、技術(shù)改造方面，國家鼓勵和支持安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)研究和安全生產(chǎn)先進技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高安全生產(chǎn)水平[1]。引導(dǎo)用能單位和個人使用先進的節(jié)能技術(shù)、技能產(chǎn)品。國家推動和引導(dǎo)社會有關(guān)方面加大對節(jié)能的資金投入，加快節(jié)能技術(shù)改造。

1 工程巖體試驗

凡土木工程建筑基礎(chǔ)設(shè)計，其首要條件之一就是巖土工程勘察資料，如橋梁工程的基礎(chǔ)樁，水利水電工程的壩基等，都必須將持力層設(shè)在基巖上，而基巖能否滿足承受工程設(shè)計荷載的要求，確保工程結(jié)構(gòu)在壽命期內(nèi)安全運營，其勘察研究的手段就是對基巖進行鉆探取芯樣，根據(jù)巖體試驗方法標準、巖石試驗規(guī)程的操作方法，進行巖樣物理力學(xué)性質(zhì)試驗數(shù)據(jù)的測試。

根據(jù)巖體試驗方法標準的要求，對巖體鉆探所取的芯樣應(yīng)切割成N組符合巖石試驗規(guī)程的標準試樣，具體的試樣尺寸依據(jù)房建、交通、水電等行業(yè)的不同，巖樣切割機根據(jù)各種試驗指標的要求所需要的試樣尺寸進行切割加工。傳統(tǒng)的切巖機由于刀架設(shè)置為懸臂，其支座處于運動狀態(tài)，懸臂端的微小位移將給試樣帶來切割誤差，加上夾緊的巖樣段較短造成的安裝誤差，以致懸臂刀架切出的試樣，端面與軸線不相垂直的誤差就會更大；堅硬的巖石人工打磨就很是費時間，即使用打磨機加工也需進行多次的磨削，且必須格外小心，否則越磨越短，誤差反而增大。

研究新型巖樣切割機，目的是革除傳統(tǒng)機的弊端。首先，針對刀架“空行回程”改成固定式，將節(jié)省下來的能源投入連續(xù)工作；其次，將停機換裝芯樣的停留時間剝離，由機外裝卸芯樣；第三，切調(diào)；然后就是整個巖樣切割機的機構(gòu)設(shè)計、工作部件、人機工作匹配進行構(gòu)思，最后將能源、效率、安全、環(huán)保等納入新型巖樣切割機研究必須考慮的因素。

2 新型巖樣切割機研究設(shè)計

2.1 研究設(shè)計基本思路

研究巖樣切割機性能創(chuàng)新的目的在于提供一種節(jié)能、高效、安全的新型工程勘察巖土試驗設(shè)備，解決現(xiàn)有切巖機來回一趟只能切出一個試樣的問題，同時要滿足確保安全、提高工效，并能夠保證試樣質(zhì)量的要求。

新型巖樣切割機的基本思路是這樣來實現(xiàn)的，它包括支架、傳輸螺桿、送料板、緊固扣、切割刀片、刀架、切割電機、小電機、水龍頭, 其特征是支架的底盤上兩側(cè)分別設(shè)有傳輸螺桿，兩根傳輸螺桿攜帶著若干塊送料板，送料板上連有若干個間距相等的緊固扣，由多個緊固扣共同扣緊較長芯樣，緊固扣與緊固扣之間分別設(shè)有切割刀片通過的縫隙，若干個切割刀片根據(jù)巖樣的規(guī)格要求等距離安裝在刀架軸上，刀架通過三角皮帶輪連接電機，傳輸螺桿的端部通過減速齒輪連接小電機，靠近切割刀片斜上方設(shè)有固定水管，多個水龍頭的位置可根據(jù)刀片間距需要調(diào)整設(shè)置。

新型機的技術(shù)效果是：人機分離，安全可靠；一副送料板可一次性切割3到6個試樣，切割之后的多個試樣仍被固緊扣著在送料板上送出。連續(xù)的巖芯料板投入，將快速的完成多組試樣的切割工作；由于切割機刀架是簡支在兩端固定位置的鉸支座上，刀片即作等速切割運動，切出的試樣端面平整且能確保垂直于軸線，而不需要二次加工磨削，確保切割質(zhì)量。最大特點是：開機后一直處于連續(xù)工作狀態(tài)，大大的節(jié)省能源。

革新研究盡可能將新型巖樣切割機設(shè)計成重量輕、體積小。機身長度由送料板在進出口是否方便裝卸和滿足安全距離來控制，寬度由送料板能否滿足多種規(guī)格的試樣尺寸和刀架主軸兩端支座的要求以及機體穩(wěn)定需要來設(shè)計，高度主要由刀片直徑加上支架底座要求的工作空間來確定。為了能滿足大土木工程所有行業(yè)工程地質(zhì)勘察基巖測試需要切割巖石標準試樣的規(guī)格要求，研究設(shè)計的新型機外圍輪廓，參考尺寸為：長×寬×高≈1480mm×580mm×980mm。

2.2主要的結(jié)構(gòu)視圖

新型切巖機打開圍板從正面看去由上下兩部分組成，上部刀架所占空間位置可以做到最小，刀片只是在固定軸上作等速運動，左邊小室設(shè)置有切割電機和小電機及減速齒輪，下部就是由傳輸螺桿運送扣緊芯樣的送料板。根據(jù)刀片切割堅硬巖石時所要克服的阻力，產(chǎn)生對刀架主軸之矩來確定切割電機功率。并推算切割巖樣的速度，從而設(shè)計好螺桿運送巖芯的推進速度進行協(xié)調(diào)工作。以切割長度為70mm試樣為例，刀片直徑為600mm，如圖1所示。

揭開圍護頂板俯視看去，當需要切割的試樣尺寸為70mm長度時，噴水龍頭也可調(diào)整到相應(yīng)的合適位置，緊跟著配合刀片的需要而噴水，相應(yīng)規(guī)格的送料板事先設(shè)計好了配合刀片切割時通過的縫隙，如圖2、圖4所示。

由正視圖上取切機A-A、B-B兩個截面從左向右看去，A-A的上部就是切割電機、小電機及減速齒輪；B-B的上部是刀架，下部是傳輸螺桿攜帶著扣緊巖芯的送料板，如圖3、圖4所示。

2.3 環(huán)保處理

切割的巖漿泥水由傳輸桿底下的支架底座板四周集水槽疏導(dǎo)，用軟管接駁支架后面出水口，向集水池排放。

切割機工作時的噪聲消納，在料板進出口上方的支架邊緣各設(shè)置可調(diào)換的柔性海綿質(zhì)隔聲、消納擋門簾，既使扣緊料板很容易的進出，又可起到密閉消聲的作用。

3 新型巖樣切割機的主要優(yōu)點

幾年來，就巖樣切割機各主要部件的工作原理、運行協(xié)調(diào)、節(jié)能高效、安全環(huán)保等方面進行了一系列的創(chuàng)新研究，得出新型巖樣切割機的研究成果，其刀架主軸為簡支梁，兩端為固定鉸支座，在主軸上可以等距離安裝4-7個刀片，巖樣在機外另有各種規(guī)格的送料板進行裝卸，并由傳輸螺桿運送。與傳統(tǒng)機型相比具有節(jié)能源省、提高效率、確保安全、試樣優(yōu)質(zhì)、性能穩(wěn)定等許多優(yōu)點，在巖土工程試驗設(shè)備中值得推廣應(yīng)用。

參考文獻

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