一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置

技术领域

本发明涉及矿山钻探技术领域，具体为一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置。

背景技术

在地质探矿过程中，钻探工程是一个重要的探矿手段。取样工作至关重要，样品的代表性好坏、样品的质量优劣对下部工程的布设会产生重要的指导作用。

在地质矿产勘查中，利用岩芯进行分析研究时，通常需要将岩芯沿轴心劈开，用于取样化验、了解分析地质情况和留样保存等，例如现有中国专利文献CN202321843115.8公开了一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置，其在对岩芯进行劈开取样时通常会使用锯片式的切割机进行切割，同时，现有的中国专利文献CN202111416619.7公开了一种岩芯线切割劈样装置，其通过金刚线对固定好的岩芯进行切割，切割均匀且切缝较小，减少岩芯的浪费；

为了保证取样的准确性和可比性，国家制定了一系列的岩芯取样标准，在一般情况下，一组标准岩芯取样一般包括三个，也就是取样点上、中、下位置的岩芯，这样可以保证取样的代表性和可靠性，但是上述两个方案中的装置一次只能夹持单个岩芯进行切割，岩芯夹持数量还是有限，在对多点取样后的多个岩芯进行逐个切割时效率还是太低，同时采用锯片式和金刚线切割式的两种方式都是直接与岩芯表面接触，因此在切割时会产生大量热量和冲击振动带来的噪音，且在实际切割过程中需要有切削冷却液、排屑、除尘等多道工序，对岩芯的切割效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置，以解决上述背景技术中提出的对岩芯切割时只能夹持单个岩芯，使得切割效率低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置，包括水箱，其用于储存和回流切割岩芯时所需要的水，所述水箱的顶部两侧均对称固定有两个第一连接板；还包括：固定在所述水箱顶部且与岩芯取样数量相等的多对支撑板，每对所述支撑板的两侧上方均设有端板，其用于对岩芯的两个端部进行夹持，所述端板的两端均固定有第二连接板，每块所述支撑板上安装有与所述第二连接板配合使用的对中单元，所述第一连接板上安装有用于对多组所述对中单元进行传动的传动单元；安装于所述端板远离与岩芯接触端的夹持单元，所述夹持单元用于对岩芯端部进行进一步夹紧定位；安装于所述第一连接板顶部的劈芯单元，所述劈芯单元用于对多个位置夹持的岩芯进行自动劈芯切割。

优选的，所述对中单元包括对称安装在所述支撑板上的第一轴承座，所述第一轴承座内转动连接有传动杆，所述传动杆与被夹持的岩芯中轴相平行，所述传动杆的两端均固定有螺纹柱，且两个所述螺纹柱的螺纹旋向相反，所述螺纹柱与所述第二连接板穿插设置，在所述第二连接板上固定有两个与所述螺纹柱螺纹连接的第一限位螺母，且所述螺纹柱的端部与所述传动单元的输出端传动连接，设计的对中单元可以对单个岩芯端部进行夹持。

优选的，所述传动单元包括与所述第一连接板一侧固定连接的第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端通过联轴器固定连接有丝杆，所述丝杆的外侧转动连接有第二轴承座，所述第二轴承座的底部固定在所述水箱上，所述丝杆的外侧螺纹套接有两个丝杠螺母，所述丝杠螺母的外侧固定套接有连接块，所述连接块的一端固定有齿条，所述齿条与被夹持的岩芯中轴相垂直分布，所述螺纹柱的端部固定有与所述齿条啮合连接的齿轮，所述齿条的底部固定有滑块，所述支撑板上开设有与所述滑块相适配的燕尾槽，设计的传动单元可以配合多组对中单元进行使用，从而对取样的多个岩芯进行同步夹持定位。

优选的，所述夹持单元包括两个抱夹在岩芯端部外侧的弧形夹板，所述弧形夹板的一端固定有固定块，所述固定块内通过螺丝固定有连接柱，所述连接柱远离所述固定块的一端通过螺丝固定有第一L型板，所述第一L型板靠近所述端板的一端固定有限位柱，所述端板的外侧开设有与所述限位柱滑动连接的滑槽，所述第一L型板的一端穿插有双头螺柱，两块所述第一L型板相互靠近端均固定有与所述双头螺柱螺纹配合的第二限位螺母，所述双头螺柱的数量与所述端板数量相等，相邻两个所述双头螺柱之间焊接固定有光杆，所述第二连接板远离所述端板的一端安装有用于驱动所述光杆进行旋转的驱动件，设计的夹持单元可以对岩芯端部进行进一步夹紧定位，防止切割后的岩芯掉落在水箱内。

优选的，所述驱动件包括通过螺丝与所述第二连接板端部固定连接的第二L型板，所述第二L型板上固定有第二伺服电机，所述第二伺服电机的输出轴上固定套接有主动带轮，所述主动带轮上套有同步带，所述主动带轮通过所述同步带传动连接有从动带轮，所述从动带轮固定套接在其中一个所述光杆的外侧，设计的驱动件进一步使得多组夹持单元进行同步夹紧定位工作。

优选的，所述劈芯单元包括X轴直线模组、龙门架、Z轴直线模组、Y轴直线模组和高压水切割模组，所述X轴直线模组安装在所述第一连接板的顶部，所述龙门架的底部与所述X轴直线模组的输出端固定，所述Z轴直线模组安装在所述龙门架的顶部，所述Y轴直线模组与所述Z轴直线模组的输出端固定，所述高压水切割模组与所述Y轴直线模组的输出端固定连接，采用水切割的方式可以在切割过程中不会产生刀痕，不会破坏岩芯表面，同时不会产生其他切割方法所产生的粉尘、毒物等有害物质，切割精度高。

优选的，所述双头螺柱的中部固定套接有第三轴承座，所述第三轴承座的一端通过螺丝与所述端板固定连接，设计的第三轴承座可以对双头螺柱进行定位，提高其旋转精度。

优选的，所述端板靠近岩芯的一侧开设有避让槽，所述避让槽的中切面与岩芯的芯轴相重合，设计的避让槽避免切割单元的高压水柱到达岩芯端部时与端板进行接触。

优选的，所述连接柱上开设有贯穿孔，所述光杆贯穿设于所述贯穿孔内，设计的贯穿孔防止光杆转动时和连接柱产生干涉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过改进现有的劈芯装置，通过设计的多组对中单元和传动单元以及多组夹持单元的作用下，实现同步式对多个取样岩芯进行限位，进而实现多个工位的同步夹持定位，可以更加方便快速将取得的多个岩芯同时固定，防止其在切割时出现晃动。

2、本发明采用水切割的方式，相比现有的采用锯片式和金刚线切割式进行切割方式，可以在切割过程中不会产生刀痕，不会破坏岩芯表面，同时不会产生其他切割方法所产生的粉尘、毒物等有害物质，切割精度高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明上视图；

图3为本发明左视图；

图4为本发明夹持多组岩芯时的状态示意图；

图5为本发明对中单元结构示意图；

图6为本发明传动单元结构示意图；

图7为本发明夹持单元结构示意图；

图8为本发明劈芯单元结构示意图；

图9为图7中A区域放大图；

图10为本发明端板结构示意图。

图中：1、水箱；2、第一连接板；3、支撑板；4、端板；5、第二连接板；6、对中单元；7、传动单元；8、夹持单元；9、劈芯单元；10、第一轴承座；11、传动杆；12、螺纹柱；13、第一限位螺母；14、第一伺服电机；15、丝杆；16、第二轴承座；17、丝杠螺母；18、连接块；19、齿条；20、齿轮；21、滑块；22、燕尾槽；23、弧形夹板；24、固定块；25、连接柱；26、第一L型板；27、限位柱；28、双头螺柱；29、滑槽；30、第二限位螺母；31、光杆；32、驱动件；33、第二L型板；34、第二伺服电机；35、主动带轮；36、同步带；37、从动带轮；38、X轴直线模组；39、龙门架；40、Z轴直线模组；41、Y轴直线模组；42、高压水切割模组；43、第三轴承座；44、避让槽；45、贯穿孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：请参阅图1-图4，图示中的一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置，包括水箱1，其用于储存和回流切割岩芯时所需要的水，水箱1的顶部两侧均对称固定有两个第一连接板2；还包括：固定在水箱1顶部且与岩芯取样数量相等的多对支撑板3，每对支撑板3的两侧上方均设有端板4，其用于对岩芯的两个端部进行夹持，端板4的两端均固定有第二连接板5，每块支撑板3上安装有与第二连接板5配合使用的对中单元6，第一连接板2上安装有用于对多组对中单元6进行传动的传动单元7；安装于端板4远离与岩芯接触端的夹持单元8，夹持单元8用于对岩芯端部进行进一步夹紧定位；安装于第一连接板2顶部的劈芯单元9，劈芯单元9用于对多个位置夹持的岩芯进行自动劈芯切割。

本方案中，由于一组标准岩芯取样一般包括三个，所以取样结束后需要对三个岩芯进行劈芯，此时可以将取得的岩芯逐个放置在对中单元6之间，然后传动单元7带动端板4移动对三个岩芯的端部进行限位，同时夹持单元8进行下一步工作将三个岩芯的两端侧边进行抱夹，进而实现同步式对多个取样岩芯进行限位，可以更加方便快速将取得的多个岩芯同时固定，防止其在切割时出现晃动。

进一步的，参阅图5，为了可以对单个岩芯端部进行夹持，对中单元6包括对称安装在支撑板3上的第一轴承座10，第一轴承座10内转动连接有传动杆11，传动杆11与被夹持的岩芯中轴相平行，传动杆11的两端均固定有螺纹柱12，且两个螺纹柱12的螺纹旋向相反，螺纹柱12与第二连接板5穿插设置，在第二连接板5上固定有两个与螺纹柱12螺纹连接的第一限位螺母13，且螺纹柱12的端部与传动单元7的输出端传动连接。

对岩芯进行夹持时，由传动单元7传递动力至螺纹柱12上，螺纹柱12进行转动进而带动第二连接板5运动，第二连接板5带动端板4运动，由于岩芯的两端均设有端板4，且两侧的螺纹柱12旋向相反，所以两端的端板4便会相互靠近运动，直到端板4的端面与岩芯端面进行接触，使得两个端板4对岩芯进行夹紧定位。

进一步的，参阅图5和图6，为了对取样的多个岩芯进行同步夹持定位，传动单元7包括与第一连接板2一侧固定连接的第一伺服电机14，第一伺服电机14的输出端通过联轴器固定连接有丝杆15，丝杆15的外侧转动连接有第二轴承座16，第二轴承座16的底部固定在水箱1上，丝杆15的外侧螺纹套接有两个丝杠螺母17，丝杠螺母17的外侧固定套接有连接块18，连接块18的一端固定有齿条19，齿条19与被夹持的岩芯中轴相垂直分布，螺纹柱12的端部固定有与齿条19啮合连接的齿轮20，齿条19的底部固定有滑块21，支撑板3上开设有与滑块21相适配的燕尾槽22。

传动单元7带动多个螺纹柱12进行旋转的原理：通过两侧的第一伺服电机14同时工作，进而带动两个丝杆15同速同向转动，经过丝杠螺母17的移动从而带动两侧对称分布的齿条19同时移动，由于每个螺纹柱12的端部都套有齿轮20，所以齿条19在运动时会带动齿轮20转动，齿轮20就会带动螺纹柱12转动，因此多个齿轮20的同时转动会驱动多个螺纹柱12进行同时旋转，让两侧的多个端板4进行同步运动，保证能够同步夹持。

进一步的，请参阅图10，为了避免切割单元的高压水柱到达岩芯端部时与端板4进行接触，端板4靠近岩芯的一侧开设有避让槽44，避让槽44的中切面与岩芯的芯轴相重合。

对切割过程进行优化，根据现有的技术可知高压水柱的横截面积具有一定的直径，确保能够在劈芯上留有一个切割缝，当劈芯单元9的切割端高压水柱运动至端部时，高压水柱的一侧需要再移动1—2cm的距离才能完整切割，此时避让槽44可以避免在高压水柱往外移动此距离时与端板4进行接触，对端板4造成损伤。

实施例二：请参阅图7和图10，本实施方式对于实施例一进一步说明，其区别点在于实现对中单元6进行优化。

具体的，夹持单元8包括两个抱夹在岩芯端部外侧的弧形夹板23，弧形夹板23的一端固定有固定块24，固定块24内通过螺丝固定有连接柱25，连接柱25远离固定块24的一端通过螺丝固定有第一L型板26，第一L型板26靠近端板4的一端固定有限位柱27，端板4的外侧开设有与限位柱27滑动连接的滑槽29，第一L型板26的一端穿插有双头螺柱28，两块第一L型板26相互靠近端均固定有与双头螺柱28螺纹配合的第二限位螺母30，双头螺柱28的数量与端板4数量相等，相邻两个双头螺柱28之间焊接固定有光杆31，第二连接板5远离端板4的一端安装有用于驱动光杆31进行旋转的驱动件32，设计的夹持单元8可以对岩芯端部进行进一步夹紧定位，防止切割后的岩芯掉落在水箱1内；

同时，为了使得多组夹持单元8进行同步夹紧定位工作，驱动件32包括通过螺丝与第二连接板5端部固定连接的第二L型板33，第二L型板33上固定有第二伺服电机34，第二伺服电机34的输出轴上固定套接有主动带轮35，主动带轮35上套有同步带36，主动带轮35通过同步带36传动连接有从动带轮37，从动带轮37固定套接在其中一个光杆31的外侧。

需要说明的是：在对中单元6进行端部夹持结束后，通过启动第二伺服电机34工作，第二伺服电机34带动主动带轮35转动，主动带轮35通过同步带36带动从动带轮37转动，从动带轮37带动其中一个光杆31转动，由于多个双头螺柱28之间都是有光杆31进行焊接固定的，所以其中一个光杆31转动时会带动多个双头螺柱28同步转动，而双头螺柱28转动会带动对称分布的两个第一L型板26进行相互靠近运动，最后通过限位柱27和固定块24带动两个弧形夹板23抱夹处岩芯，进而增加了对岩芯的夹持点个数，如此设计是在因为岩芯在切开后，整体的重力被分散开了，若两边的重量大小不同，则仅靠着对中单元6的夹持力根本不够，则在切割完之后会有向下掉落的危险，而增加夹持点个数后，即使切割好以后也会有两侧的夹持力进行夹紧，从而不会出现掉落的问题。

同时，值得注意的是，双头螺柱28的中部固定套接有第三轴承座43，第三轴承座43的一端通过螺丝与端板4固定连接，由每个双头螺柱28均套有一个第三轴承座43，让双头螺柱28在第三轴承座43内转动更加稳定，从而可以对双头螺柱28进行定位，提高其旋转精度。

另外，值得注意的是，连接柱25上开设有贯穿孔45，光杆31贯穿设于贯穿孔45内，由于连接柱25的移动需要光杆31进行转动，所以在连接柱25移动的平面内不能够有阻挡物，图中的光杆31和连接柱25呈垂直分布的，因而设计的贯穿孔45可以让光杆31在转动时和连接柱25不会产生干涉。

实施例三：请参阅图1和图8，本实施方式对于其它实施例进一步说明，区别点在于对切割方式进行优化。

具体的，一种用于矿山钻探的岩芯劈芯装置，包括水箱1，其用于储存和回流切割岩芯时所需要的水，水箱1的顶部两侧均对称固定有两个第一连接板2；安装于第一连接板2顶部的劈芯单元9，劈芯单元9用于对多个位置夹持的岩芯进行自动劈芯切割；劈芯单元9包括X轴直线模组38、龙门架39、Z轴直线模组40、Y轴直线模组41和高压水切割模组42，X轴直线模组38安装在第一连接板2的顶部，龙门架39的底部与X轴直线模组38的输出端固定，Z轴直线模组40安装在龙门架39的顶部，Y轴直线模组41与Z轴直线模组40的输出端固定，高压水切割模组42与Y轴直线模组41的输出端固定连接。

需要说明的是：对多组岩芯进行切割时，由高压水切割模组42的喷嘴喷出的高压水柱，由于水喷出的速度可以达到800米每秒，喷嘴通常采用硬度极高的材料，所以高压水流以极高的速度喷射到岩芯中轴面上，产生剧烈的冲击力和磨削作用，从而将岩芯切开一条缝隙，再利用Z轴直线模组40带动高压水切割模组42沿着岩芯的轴线方向进行缓慢行走，最后便会自动将岩芯对半切割开来，然后利用X轴直线模组38带动高压水切割模组42移至下一个岩芯位置，对第二个岩芯进行对中切割处理，如此便会将多个岩芯逐个自动切割开；在对岩芯劈芯处理时采用水切割的方式可以在切割过程中不会产生刀痕，不会破坏岩芯表面，同时不会产生其他切割方法所产生的粉尘、毒物等有害物质，切割精度高。

本方案中，X轴直线模组38、Z轴直线模组40和Y轴直线模组41均采用高精度滚珠丝杠结构，从而能够更加精准地带动高压水切割模组42移动至切割位置进行切割，三个方向的直线模组均为现有技术，在此不进行过多地结构展开叙述。

本方案中，为了顺利完成切割工作，劈芯单元9还配备有高压泵和控制系统（图中未标出），其中高压泵通过增压将水压提升到极高的能量，供给切割头进行切割工作，控制系统由电脑、数控器、软件等部分组成，在数控程序的控制下，可实现高精度、无人化、批量化生产，高压泵和控制系统均为现有技术，在此不进行过多赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明范围由所附权利要求及其等同物限定。