作者簡介和英文摘要關鍵詞全部保留巖樣切割機革新研究

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性質的必要手段，而其中切割巖樣又是一個必不可少的關鍵環節。傳統的巖樣切割機在耗能、效率、安全以及切割質量等方面仍然存在一些弊端需要改革，創新研究更具技術進步的新型巖樣切割機尤為必要。研究內容主要針對傳統機型刀架設置為懸臂，其支座處于運動狀態，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、運行協調、節能高效、安全環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格的送料板進行裝卸，并由傳輸螺桿運送。與傳統機型相比具有能源省、效率高、保安全、保質量、性能穩等許多優點，在巖土工程試驗設備中值得推廣應用。

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，是由接觸轉換開關控制電流——自動返回與自動停機而已，以下統稱為“傳統切巖機”。

傳統切巖機的工作原理是：刀架為懸臂，其支座設置為運動式；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工作需要巖芯的不斷投入，兩者如何協

切位置，然后再關上倉門，重新開機進行下一個巖樣的切割工作，空歇時間過長；人工操作的環境總是停留在切割倉內、挨在停機位置的刀片口旁邊進行，始終存在著安全隱患，一旦出現漏電將很容易發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。

為此對傳統的巖樣切割機進行技術改造，革新巖土工程勘察試驗設備技術性能，研制新型巖樣切割機，實現高效、節能、安全、質保的生產技術尤為必要。

在安全生產、技術改造方面，國家鼓勵和支持安全生產科學技術研究和安全生產先進技術的推廣應用，提高安全生產水平[1]。引導用能單位和個人使用先進的節能技術、技能產品。國家推動和引導社會有關方面加大對節能的資金投入，加快節能技術改造。

1 工程巖體試驗

凡土木工程建筑基礎設計，其首要條件之一就是巖土工程勘察資料，如橋梁工程的基礎樁，水利水電工程的壩基等，都必須將持力層設在基巖上，而基巖能否滿足承受工程設計荷載的要求，確保工程結構在壽命期內安全運營，其勘察研究的手段就是對基巖進行鉆探取芯樣，根據巖體試驗方法標準、巖石試驗規程的操作方法，進行巖樣物理力學性質試驗數據的測試。

根據巖體試驗方法標準的要求，對巖體鉆探所取的芯樣應切割成N組符合巖石試驗規程的標準試樣，具體的試樣尺寸依據房建、交通、水電等行業的不同，巖樣切割機根據各種試驗指標的要求所需要的試樣尺寸進行切割加工。傳統的切巖機由于刀架設置為懸臂，其支座處于運動狀態，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，目的是革除傳統機的弊端。首先，針對刀架“空行回程”改成固定式，將節省下來的能源投入連續工作；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；然后就是整個巖樣切割機的機構設計、工作部件、人機工作匹配進行構思，最后將能源、效率、安全、環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計

2.1 研究設計基本思路

研究巖樣切割機性能創新的目的在于提供一種節能、高效、安全的新型工程勘察巖土試驗設備，解決現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，并能夠保證試樣質量的要求。

新型巖樣切割機的基本思路是這樣來實現的，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分別設有傳輸螺桿，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有切割刀片通過的縫隙，若干個切割刀片根據巖樣的規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有固定水管，多個水龍頭的位置可根據刀片間距需要調整設置。

新型機的技術效果是：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，確保切割質量。最大特點是：開機后一直處于連續工作狀態，大大的節省能源。

革新研究盡可能將新型巖樣切割機設計成重量輕、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格的試樣尺寸和刀架主軸兩端支座的要求以及機體穩定需要來設計，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工程地質勘察基巖測試需要切割巖石標準試樣的規格要求，研究設計的新型機外圍輪廓，參考尺寸為：長×寬×高≈1480mm×580mm×980mm。

2.2主要的結構視圖

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。根據刀片切割堅硬巖石時所要克服的阻力，產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，從而設計好螺桿運送巖芯的推進速度進行協調工作。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，噴水龍頭也可調整到相應的合適位置，緊跟著配合刀片的需要而噴水，相應規格的送料板事先設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，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置可調換的柔性海綿質隔聲、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點

幾年來，就巖樣切割機各主要部件的工作原理、運行協調、節能高效、安全環保等方面進行了一系列的創新研究，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格的送料板進行裝卸，并由傳輸螺桿運送。與傳統機型相比具有節能源省、提高效率、確保安全、試樣優質、性能穩定等許多優點，在巖土工程試驗設備中值得推廣應用。

參考文獻

[1]建設工程法律法規選編，中華人民共和國安全生產法[G].北京：中國建筑工業出版社，2011：（50-59）。

[2]建設工程法律法規選編，中華人民共和國節約能源法（節選）[G].北京：中國建筑工業出版社，2011：（210-214）。

[3]中華人民共和國國家標準，巖土工程勘察規范（GB50021-2001）[S],北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]中華人民共和國行業標準，水利水電工程巖石試驗規程（SL264-2001）[S],北京：中國水利水電出版社，2001.

[5]中華人民共和國國家標準，工程巖體試驗方法標準（GB/T 50266-99）[S],北京：中國建筑工業出版社，1999.

[6]中華人民共和國行業標準，公路工程巖石試驗規程（JTG E41-2005）[S],北京：人民交通出版社，2006.