謝靜如

摘要：對(duì)工程巖體鉆取芯樣進(jìn)行試驗(yàn)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(gè)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的巖樣切割機(jī)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(jìn)步的新型巖樣切割機(jī)尤為必要。研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)型刀架設(shè)置為懸臂，其支座處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來(lái)回一趟僅能切出一個(gè)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(lái)較大誤差。幾年來(lái)，對(duì)切割機(jī)各主要部件的工作原理、運(yùn)行協(xié)調(diào)、節(jié)能高效、安全環(huán)保等因素進(jìn)行了一系列的革新研究，得出新型巖樣切割機(jī)成果，其刀架主軸為簡(jiǎn)支梁，兩端為固定鉸支座，在主軸上可以等距離安裝4-7個(gè)刀片，巖樣在機(jī)外另有各種規(guī)格的送料板進(jìn)行裝卸，并由傳輸螺桿運(yùn)送。與傳統(tǒng)機(jī)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(diǎn)，在巖土工程試驗(yàn)設(shè)備中值得推廣應(yīng)用。

中圖分類號(hào)：TU63+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2012)04(A)-0000-00

0引言

傳統(tǒng)使用的巖樣切割機(jī)都是采用刀架運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行工作，開(kāi)機(jī)后刀架空行一段約50厘米行程才接近巖樣而開(kāi)始切割，切完一個(gè)巖樣之后刀架又得空行退回到原來(lái)的位置而停機(jī)。即使是當(dāng)前在用的全自動(dòng)雙刀片巖樣切割機(jī)，其工作原理仍然如此，只是“全自動(dòng)”意味著在刀架到達(dá)切割終點(diǎn)和返回到原始位置這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，是由接觸轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電流——自動(dòng)返回與自動(dòng)停機(jī)而已，以下統(tǒng)稱為“傳統(tǒng)切巖機(jī)”。

傳統(tǒng)切巖機(jī)的工作原理是：刀架為懸臂，其支座設(shè)置為運(yùn)動(dòng)式；只安裝2個(gè)切割刀片，每次開(kāi)機(jī)、前行、切割、退回、停機(jī)，來(lái)回一趟只能切出一個(gè)試樣，空耗能源太大；操作人員只有等待停機(jī)后，才能打開(kāi)倉(cāng)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(cāng)門，重新開(kāi)機(jī)進(jìn)行下一個(gè)巖樣的切割工作，空歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；人工操作的環(huán)境總是停留在切割倉(cāng)內(nèi)、挨在停機(jī)位置的刀片口旁邊進(jìn)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(duì)于本身強(qiáng)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(bào)廢。

為此對(duì)傳統(tǒng)的巖樣切割機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，革新巖土工程勘察試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)性能，研制新型巖樣切割機(jī)，實(shí)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(guó)家鼓勵(lì)和支持安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)研究和安全生產(chǎn)先進(jìn)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(gè)人使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)、技能產(chǎn)品。國(guó)家推動(dòng)和引導(dǎo)社會(huì)有關(guān)方面加大對(duì)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(yàn)

凡土木工程建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，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(jì)荷載的要求，確保工程結(jié)構(gòu)在壽命期內(nèi)安全運(yùn)營(yíng)，其勘察研究的手段就是對(duì)基巖進(jìn)行鉆探取芯樣，根據(jù)巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)、巖石試驗(yàn)規(guī)程的操作方法，進(jìn)行巖樣物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試。

根據(jù)巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)巖體鉆探所取的芯樣應(yīng)切割成N組符合巖石試驗(yàn)規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)根據(jù)各種試驗(yàn)指標(biāo)的要求所需要的試樣尺寸進(jìn)行切割加工。傳統(tǒng)的切巖機(jī)由于刀架設(shè)置為懸臂，其支座處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，懸臂端的微小位移將給試樣帶來(lái)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(huì)更大；堅(jiān)硬的巖石人工打磨就很是費(fèi)時(shí)間，即使用打磨機(jī)加工也需進(jìn)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(jī)，目的是革除傳統(tǒng)機(jī)的弊端。首先，針對(duì)刀架“空行回程”改成固定式，將節(jié)省下來(lái)的能源投入連續(xù)工作；其次，將停機(jī)換裝芯樣的停留時(shí)間剝離，由機(jī)外裝卸芯樣；第三，切調(diào)；然后就是整個(gè)巖樣切割機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作部件、人機(jī)工作匹配進(jìn)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(jī)研究必須考慮的因素。

2 新型巖樣切割機(jī)研究設(shè)計(jì)

2.1 研究設(shè)計(jì)基本思路

研究巖樣切割機(jī)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(yàn)設(shè)備，解決現(xiàn)有切巖機(jī)來(lái)回一趟只能切出一個(gè)試樣的問(wèn)題，同時(shí)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(jī)的基本思路是這樣來(lái)實(shí)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(jī)、小電機(jī)、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(gè)間距相等的緊固扣，由多個(gè)緊固扣共同扣緊較長(zhǎng)芯樣，緊固扣與緊固扣之間分別設(shè)有切割刀片通過(guò)的縫隙，若干個(gè)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(guò)三角皮帶輪連接電機(jī)，傳輸螺桿的端部通過(guò)減速齒輪連接小電機(jī)，靠近切割刀片斜上方設(shè)有固定水管，多個(gè)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(jī)的技術(shù)效果是：人機(jī)分離，安全可靠；一副送料板可一次性切割3到6個(gè)試樣，切割之后的多個(gè)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(jī)刀架是簡(jiǎn)支在兩端固定位置的鉸支座上，刀片即作等速切割運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)是：開(kāi)機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)成重量輕、體積小。機(jī)身長(zhǎng)度由送料板在進(jìn)出口是否方便裝卸和滿足安全距離來(lái)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(jī)體穩(wěn)定需要來(lái)設(shè)計(jì)，高度主要由刀片直徑加上支架底座要求的工作空間來(lái)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(cè)試需要切割巖石標(biāo)準(zhǔn)試樣的規(guī)格要求，研究設(shè)計(jì)的新型機(jī)外圍輪廓，參考尺寸為：長(zhǎng)×寬×高≈1480mm×580mm×980mm。

2.2主要的結(jié)構(gòu)視圖

新型切巖機(jī)打開(kāi)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(yùn)動(dòng)，左邊小室設(shè)置有切割電機(jī)和小電機(jī)及減速齒輪，下部就是由傳輸螺桿運(yùn)送扣緊芯樣的送料板。根據(jù)刀片切割堅(jiān)硬巖石時(shí)所要克服的阻力，產(chǎn)生對(duì)刀架主軸之矩來(lái)確定切割電機(jī)功率。并推算切割巖樣的速度，從而設(shè)計(jì)好螺桿運(yùn)送巖芯的推進(jìn)速度進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。以切割長(zhǎng)度為70mm試樣為例，刀片直徑為600mm，如圖1所示。

揭開(kāi)圍護(hù)頂板俯視看去，當(dāng)需要切割的試樣尺寸為70mm長(zhǎng)度時(shí)，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(jì)好了配合刀片切割時(shí)通過(guò)的縫隙，如圖2、圖4所示。

由正視圖上取切機(jī)A-A、B-B兩個(gè)截面從左向右看去，A-A的上部就是切割電機(jī)、小電機(jī)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(jī)工作時(shí)的噪聲消納，在料板進(jìn)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(jìn)出，又可起到密閉消聲的作用。

3 新型巖樣切割機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

幾年來(lái)，就巖樣切割機(jī)各主要部件的工作原理、運(yùn)行協(xié)調(diào)、節(jié)能高效、安全環(huán)保等方面進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新研究，得出新型巖樣切割機(jī)的研究成果，其刀架主軸為簡(jiǎn)支梁，兩端為固定鉸支座，在主軸上可以等距離安裝4-7個(gè)刀片，巖樣在機(jī)外另有各種規(guī)格的送料板進(jìn)行裝卸，并由傳輸螺桿運(yùn)送。與傳統(tǒng)機(jī)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(diǎn)，在巖土工程試驗(yàn)設(shè)備中值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]建設(shè)工程法律法規(guī)選編，中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法[G].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：（50-59）。

[2]建設(shè)工程法律法規(guī)選編，中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法（節(jié)選）[G].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：（210-214）。

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）[S],北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程（SL264-2001）[S],北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50266-99）[S],北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[6]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公路工程巖石試驗(yàn)規(guī)程（JTG E41-2005）[S],北京：人民交通出版社，2006.