烧结砖取样设备及强度检测方法

技术领域

本发明涉及烧结砖检测的技术领域，特别地，涉及一种烧结砖取样设备及强度检测方法。

背景技术

砌块材料是广泛使用的建筑材料之一。砌体结构或其他结构中的砌体墙体在服役期内会受到环境和人为因素的影响，从而产生不同程度的损伤，亟需对其安全性进行评估。烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为原料，经成型和高温焙烧而制得的用于砌筑的砖。

烧结砖根据原料不同分为烧结粘土砖、烧结粉煤灰砖、烧结页岩砖等，烧结砖的生产和使用，在中国已有3000多年历史，建设工程中使用的墙体材料中，普通粘土砖仍占主导地位

现有技术中在针对烧结砖的强度检测时，无法精确测量，急需一套对烧结砖取样的设备。

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种烧结砖取样设备及强度检测方法。

发明内容

本发明提供了一种烧结砖取样设备及强度检测方法，以解决现有技术中在针对烧结砖的强度检测时，无法精确测量，急需一套对烧结砖取样的设备的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种烧结砖取样设备，包括：

工作台，所述工作台用于实验用烧结砖的放置；

取样装置，所述取样装置设置于所述工作台上，所述取样装置用于对所述工作台上的实验用烧结砖进行钻孔取样；

恒压装置，所述恒压装置设置于所述工作台上，所述恒压装置连接所述取样装置，所述恒压装置用于对所述取样装置施加一个恒定的压力进行烧结砖的取样；

夹持装置，所述夹持装置设置于所述工作台上，所述夹持装置用于对待检测的烧结砖进行夹持固定，所述夹持装置沿所述工作台移动并将烧结砖上的取样点对应所述取样装置。

通过采用上述技术方案，通过取样装置对工作台上的实验用烧结砖进行钻孔取样；经恒压装置连接取样装置对取样装置施加一个恒定的压力进行烧结砖的取样；将夹持装置设置于工作台上，对待检测的烧结砖进行夹持固定，夹持装置沿工作台移动并将烧结砖上的取样点对应取样装置，根据实验需要对烧结砖进行实验定点，通过取样装置对不同实验点进行取样钻孔测量烧结砖的强度，具有对烧结砖精确取样进行强度测量的效果。

进一步地，所述取样装置包括取样机与取样钻头，所述取样机设置于所述工作台上，所述取样机的输出端连接所述所述取样钻头，所述取样机沿工作台的竖直面移动。

进一步地，所述恒压装置包括安装台，所述安装台、丝杆与导杆，所述安装台设置于所述工作台上，所述丝杆转动连接于所述工作台与所述安装台之间且所述丝杆的一端转动穿设过所述安装台，所述导杆固定连接于所述工作台与所述安装台之间，所述丝杆上螺纹套设有安装块，所述安装块套设于所述导杆上，所述取样机固定连接于所述安装块上，所述丝杆的伸出端设置有传动组件，所述传动组件用于驱动所述丝杆转动。

进一步地，所述传动组件包括蜗轮与蜗杆，所述蜗轮固定连接于所述丝杆的伸出端，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述蜗杆的端部设置有驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述蜗杆转动。

进一步地，所述驱动机构包括第一电机与第二电机，所述第一电机或所述第二电机连接于所述蜗杆的端部，所述蜗杆的两轴端分别设置有多边形轴槽，所述第一电机与所述第二电机的输出轴上均设置有与所述轴槽对应的连接轴，所述连接轴与所述轴槽插接用于连接所述第一电机与所述蜗杆或者所述第二电机与所述蜗杆，所述装台上设置有转换装置，所述转换装置用于对损坏的第一电机或者第二电机进行更换。

进一步地，所述转换组件包括转换盒，所述转换盒内设置有转轴，所述转轴位于所述转换盒的一端设置有齿轮，所述转换盒内设置穿设有滑动设置的连接杆，所述连接杆的外壁上设置有齿圈，所述齿圈与所述齿轮啮合，所述齿轮啮合所述齿圈并带动所述连接杆沿所述转换盒移动，所述连接杆的的一端连接所述第一电机，所述连接杆的另一端连接所述第二电机，所述安装台上设置有供所述第一电机与所述第二电机分别滑动设置的滑槽。

进一步地，所述夹持组件包括底座、夹持座与压板，所述夹持座固定连接于所述底座上，所述夹持座上设置有导向组件，导向组件用于带动压板沿所述夹持座移动并压紧待检测的烧结砖。

进一步地，所述导向组件包括连接块、导柱，所述压板上设置有固定孔，所述固定孔套设于所述连接块上，所述压板的侧壁上开设有腰型孔，所述导柱抵接于所述腰型孔内并带动所述压板沿所述连接块移动对烧结砖进行压紧，所述压板上设置有驱动螺杆，所述驱动螺杆螺纹穿设过所述压板抵接于所述夹持座上，所述夹持座靠近所述压板的侧端设置有倾斜面，所述驱动螺杆沿所述倾斜面移动带动所述压板对烧结砖进行压紧。

进一步地，所述工作台上设置有移动组件，所述移动组件包括驱动螺杆，所述驱动螺杆螺纹穿设过所述底座，所述工作台上设置有移动槽，所述驱动螺杆水平设置于所述工作台上并螺纹穿设过所述底座位于所述移动槽内且与所述移动槽的侧壁转动连接。

根据本发明的另一个方面提供一种强度检测方法，应用于上述所述的烧结砖取样设备，包括：

步骤一：确定钻头的直径在8-12mm，记录钻头钻孔的恒定转速，测定钻机转孔的恒定力，停止钻孔时测量钻孔后的烧结砖上的孔深；

步骤二：根据烧结砖的破碎过程计算烧结砖的破碎比功，破碎比功即破碎单位体积煤岩所消耗的功，确定钻削破岩比功与岩石的普氏坚固性系数之间的线性关系；

步骤三：根据能量守恒原理,打钻时钻头切削破砖所消耗的净功率，旋转式电钻连续钻进时,电钻上电动机的输出功率就包括了钻头切削破砖所需要的净功率N,当砖体强度变化时,钻削破砖比功am相应变化,N的大小也随之变化,将N的变化按照能量转换和守恒定律与电机的输出功率进行联系；

步骤四：启动钻机后,将控制手轮转动到钻机前进的位置,设置一段空程,使钻头不与煤体接触,实现钻机空载运行,由于此时钻头不切削砖体,N＝0,因此电机的输入功率主要用于克服所有的摩擦阻力和电机本身的功耗,把此时电机的输入功率称为空载运行电机输入功率；

步骤五：通过测量电钻上电动机的输入参数,进而得出电机的输入功率P之后,获得钻头切削破砖所消耗的净功率N的大小，通过钻削功率N与烧结砖强度之间的关系测得烧结砖的强度。

本发明具有以下有益效果：

本发明一种烧结砖取样设备及强度检测方法，在对烧结砖进行强度测量时，通过第一电机驱动蜗杆转动从而驱动蜗轮转动，通过蜗轮带动丝杆转动将安装块带动取样机下移，通过控制第一电机的功率给取样机一个恒定的压力，将取样钻头对准烧结砖进行取样，通过控制驱动螺柱调节压板的位置将烧结砖固定在夹持座上，经驱动螺杆转动带动底座在移动槽上移动实现烧结砖实验点与取样钻头的对准，从而对烧结砖进行钻孔取样完成强度测量，在第一电机损坏时，通过转动转轴带动转动上的齿轮啮合齿圈将连接杆在转换盒上移动从而将第一电机经连接轴脱离多边形轴槽在将第二电机经连接轴插接多边形轴槽实现电机的更换，具有对烧结砖精确取样进行强度测量的效果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的整体结构示意图；

图2是本发明丝杆的轴向截面示意图；

图3是图1中的A处放大示意图；

图4是图2中的B处放大结构示意图。

图例说明：

1、工作台；2、取样装置；21、取样机；22、取样钻头；3、恒压装置；31、安装台；32、丝杆；33、导杆；34、安装块；35、传动组件；351、蜗轮；352、蜗杆；36、驱动机构；361、第一电机；362、第二电机；363、多边形轴槽；364、连接轴；37、转换装置；371、转换盒；372、转轴；373、齿轮；374、连接杆；375、齿圈；4、夹持装置；41、底座；42、夹持座；43、压板；431、固定孔；432、腰型孔；44、导向组件；441、连接块；442、导柱；443、驱动螺柱；5、移动组件；51、驱动螺杆；52、移动槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1、图2、图3、图4，所示，本实施例公开一种烧结砖取样设备，包括工作台1、取样装置2、恒压装置3以及夹持装置4，通过取样装置2对工作台1上的实验用烧结砖进行钻孔取样；经恒压装置3连接取样装置2对取样装置2施加一个恒定的压力进行烧结砖的取样；将夹持装置4设置于工作台1上，对待检测的烧结砖进行夹持固定，夹持装置4沿工作台1移动并将烧结砖上的取样点对应取样装置2，根据实验需要对烧结砖进行实验定点，通过取样装置2对不同实验点进行取样钻孔测量烧结砖的强度，具有对烧结砖精确取样进行强度测量的效果。

参照图1、图2、图3、图4，取样装置2包括取样机21与取样钻头22，取样机21设置于工作台1上，取样机21的输出端连接取样钻头22，取样机21沿工作台1的竖直面移动。恒压装置3包括安装台31，安装台31、丝杆32与导向杆，安装台31设置于工作台1上，丝杆32转动连接于工作台1与安装台31之间且丝杆32的一端转动穿设过安装台31，导杆33固定连接于工作台1与安装台31之间，丝杆32上螺纹套设有安装块34，安装块34套设于导杆33上，取样机21固定连接于安装块34上，丝杆32的伸出端设置有传动组件35，传动组件35用于驱动丝杆32转动。传动组件35包括蜗轮351与蜗杆352，蜗轮351固定连接于丝杆32的伸出端，蜗杆352与蜗轮351啮合，蜗杆352的端部设置有驱动机构36，驱动机构36用于驱动蜗杆352转动。

参照图1、图2、图3、图4，驱动机构36包括第一电机361与第二电机362，第一电机361或第二电机362连接于蜗杆352的端部，蜗杆352的两轴端分别设置有多边形轴槽363，第一电机361与第二电机362的输出轴上均设置有与轴槽对应的连接轴364，连接轴364与轴槽插接用于连接第一电机361与蜗杆352或者第二电机362与蜗杆352，装台上设置有转换装置37，转换装置37用于对损坏的第一电机361或者第二电机362进行更换。

参照图1、图2、图3、图4，转换组件包括转换盒371，转换盒371内设置有转轴372，转轴372位于转换盒371的一端设置有齿轮373，转换盒371内设置穿设有滑动设置的连接杆374，连接杆374的外壁上设置有齿圈375，齿圈375与齿轮373啮合，齿轮373啮合齿圈375并带动连接杆374沿转换盒371移动，连接杆374的的一端连接第一电机361，连接杆374的另一端连接第二电机362，安装台31上设置有供第一电机361与第二电机362分别滑动设置的滑槽。

参照图1、图2、图3、图4，夹持组件包括底座41、夹持座42与压板43，夹持座42固定连接于底座41上，夹持座42上设置有导向组件44，导向组件44用于带动压板43沿夹持座42移动并压紧待检测的烧结砖。导向组件44包括连接块441、导柱442，压板43上设置有固定孔431，固定孔431套设于连接块441上，压板43的侧壁上开设有腰型孔432，导柱442抵接于腰型孔432内并带动压板43沿连接块441移动对烧结砖进行压紧，压板43上设置有驱动螺杆51，驱动螺杆51螺纹穿设过压板43抵接于夹持座42上，夹持座42靠近压板43的侧端设置有倾斜面，驱动螺杆51沿倾斜面移动带动压板43对烧结砖进行压紧。在对烧结砖进行夹持时，通过转动驱动螺柱443将压板43经腰型孔432与导柱442上下滑动，将压板43顶部抵紧在烧结砖上，通过将驱动螺柱443抵紧在夹持座42的倾斜面上经压板43固定孔431与连接块441的插接以及导柱442与腰型孔432的连接实现三角支撑，从而将烧结砖稳定锁紧在夹持座42上进行钻孔取样。

参照图1、图2、图3、图4，工作台1上设置有移动组件5，移动组件5包括驱动螺杆51，驱动螺杆51螺纹穿设过底座41，工作台1上设置有移动槽52，驱动螺杆51水平设置于工作台1上并螺纹穿设过底座41位于移动槽52内且与移动槽52的侧壁转动连接

本实施例一种烧结砖取样设备的工作原理：在对烧结砖进行强度测量时，通过第一电机361驱动蜗杆352转动从而驱动蜗轮351转动，通过蜗轮351带动丝杆32转动将安装块34带动取样机21下移，通过控制第一电机361的功率给取样机21一个恒定的压力，将取样钻头22对准烧结砖进行取样，通过控制驱动螺柱443调节压板43的位置将烧结砖固定在夹持座42上，经驱动螺杆51转动带动底座41在移动槽52上移动实现烧结砖实验点与取样钻头22的对准，从而对烧结砖进行钻孔取样完成强度测量，在第一电机361损坏时，通过转动转轴372带动转动上的齿轮373啮合齿圈375将连接杆374在转换盒371上移动从而将第一电机361经连接轴364脱离多边形轴槽363在将第二电机362经连接轴364插接多边形轴槽363实现电机的更换，具有对烧结砖精确取样进行强度测量的效果。

根据本发明的另一个方面提供一种强度检测方法运用于上述烧结砖强度检测设备，包括：

步骤一：确定钻头的直径在8-12mm，记录钻头钻孔的恒定转速，测定钻机转孔的恒定力，停止钻孔时测量钻孔后的烧结砖上的孔深；

步骤二：根据烧结砖的破碎过程计算烧结砖的破碎比功，破碎比功即破碎单位体积煤岩所消耗的功，确定钻削破岩比功与岩石的普氏坚固性系数之间的线性关系；

步骤三：根据能量守恒原理,打钻时钻头切削破砖所消耗的净功率，旋转式电钻连续钻进时,电钻上电动机的输出功率就包括了钻头切削破砖所需要的净功率N,当砖体强度变化时,钻削破砖比功a

步骤四：启动钻机后,将控制手轮转动到钻机前进的位置,设置一段空程,使钻头不与煤体接触,实现钻机空载运行,由于此时钻头不切削砖体,N＝0,因此电机的输入功率主要用于克服所有的摩擦阻力和电机本身的功耗,把此时电机的输入功率称为空载运行电机输入功率；

步骤五：通过测量电钻上电动机的输入参数,进而得出电机的输入功率P之后,获得钻头切削破砖所消耗的净功率N的大小，通过钻削功率N与烧结砖强度之间的关系测得烧结砖的强度。

计算烧结砖的破碎比功，破碎比功即破碎单位体积煤岩所消耗的功，即

式中,a为破碎比功,J/m

由式(1)可以看出,破碎比功是破碎方法、煤坚固性系数和破碎程度三者的函数.当采用同一种方法,破碎程度差不多时,破碎比功可以用来衡量煤岩的坚固性.

前人的研究表明,钻削破岩比功与岩石的普氏坚固性系数之间存在线性关系[1],即

a＝ζf, (2)

式中,ζ为比例常数,J/m3.

由于煤是岩石的一种,因此钻削破煤比功am与煤的坚固性系数之间也应存在类似式(2)的线性关系；

根据能量守恒原理,打钻时钻头切削破煤所消耗的净功率

N＝a

式中,N为钻头切削破煤所消耗的净功率,W；a

式(3)中,若d和v是确定的常数,则N与a

N∝f. (4)

通过式(2)～式(4),便可把打钻过程和煤体强度的测定联系起来:旋转式电钻连续钻进时,电钻上电动机的输出功率就包括了钻头切削破煤所需要的净功率N,当煤体强度变化时,钻削破煤比功a

笔者选用KHYD40KBA型矿用隔爆电动岩石钻作为打预测钻孔时使用的钻机,该电钻所配电动机的额定功率为2kW.电钻本身具有自牵引系统,自牵引力F主要用以克服钻头上的总推进阻力F

因此,通过测量电钻上电动机的输入参数,进而得出电机的输入功率P之后,便可由式(17)获得钻头切削破煤所消耗的净功率N的大小.注意到在推导式(17)时作了一些简化,该式右端之值只是近似等于钻头切削破煤所消耗的净功率,在此简称其为钻削功率N,在下节中将通过实验来寻求钻削功率N与煤体强度之间的关系。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。