一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统
阅读说明：本技术 一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统 (Prefabricated different geometric characteristics middle locking type rock mass crack cutting system ) 是由 苏占东 李昆泽 周思哲 夏京 李高 李娴 王厚帅 裴森龙 杜斌 高常祺 陶嘉伟 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统,包括：驱动机箱；所述驱动机箱内安装有切割发动机和齿轮发动机,滑轨组和切割机构；切割机构包括金刚砂线锯和滑动安装在滑轨组上的U型角度尺下盘；U型角度尺下盘顶面开设有滑槽,U型角度尺下盘顶面通过滑槽滑动安装有U型角度尺上盘；U型角度尺上盘两端还安装有调节组件；调节组件上固定设置有岩石。本发明确保了预制中部锁固型断续裂隙岩体的完整性；并通过切割机构和驱动组件的配合使用解决了节理倾角、长度难以精确控制的问题；可以在预制裂隙时对裂隙的倾角和长度进行精确控制切割,同时保证岩体的完整性,且操作简单易于上手。(The invention discloses a prefabricated middle locking type rock mass fracture cutting system with different geometrical characteristics, which comprises: a drive chassis; a cutting engine, a gear engine, a sliding rail set and a cutting mechanism are arranged in the driving machine box; the cutting mechanism comprises a carborundum wire saw and a lower disc of a U-shaped angle ruler which is slidably arranged on the sliding rail group; the top surface of the lower disc of the U-shaped angle ruler is provided with a chute, and the top surface of the lower disc of the U-shaped angle ruler is slidably provided with an upper disc of the U-shaped angle ruler through the chute; adjusting components are further mounted at two ends of the upper disc of the U-shaped angle ruler; the adjusting component is fixedly provided with rocks. The invention ensures the integrity of the prefabricated middle locking type discontinuous fractured rock mass; the problem that the joint inclination angle and the length are difficult to control accurately is solved through the matching use of the cutting mechanism and the driving assembly; the method can accurately control and cut the inclination angle and the length of the crack when the crack is prefabricated, meanwhile, the integrity of the rock body is guaranteed, and the method is simple to operate and easy to operate.)
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统。
背景技术
工程岩体的破坏通常由节理和岩桥共同破坏组成，其中所含节理、裂隙与断层等的空间位置(如裂纹长度、裂纹倾角和岩桥长度等)都显著影响工程岩体在外荷载作用下的力学特性，进而对其变形、强度和稳定性产生影响。国内外大量工程实践表明：工程岩体的破坏失稳通常是由于开挖面附近应力重分布使得岩体在某些结构面或薄弱部位开始变形或扩展，致使岩体中的断续裂隙面不断蠕变、扩展，进而产生宏观断裂。且断续节理岩体中岩桥的贯通破坏模式及其变形和强度特性在很大程度上受断续节理面的规模、密度和空间分布特征的控制，岩桥的倾角和长度将直接影响其变形和破坏机制。因此对于共面断续节理岩体，尤其是中部锁固型岩体的破坏机理和强度特性的研究，具有重要的理论意义和实践价值。目前，对于共面断续节理岩体的研究目前多采用相似材料配比，通过采用预埋金属片或纤维玻片来制作裂隙，虽然可以满足一定的相似准则、脆性特性和剪胀特性，但还与真实岩石有所差别，因此在真实岩石上预制裂隙进行试验更具有真实性和科学性。如CN211250907U一种可水平与竖向切割的岩石切割机，通过电动机带动丝杆旋转来实现不同长度裂隙切割，但是无法实现不同角度切割；CN201610804880A虽然可以通过数字控制加工工件形状，但其结构复杂、调试困难、操作有一定难度；CN107520892A解决了金刚砂线切割机运丝的问题但对于加工时所切割岩石是否水平并不能校准检测；CN207888935U虽然实现了自动切割且提高了切割精度，但采用锯片切割，锯片高速转动与岩体接触时可能会产生微裂隙，影响实验结果的准确性且制作不同角度裂隙操作难度大；采用金刚砂线锯手动切割耗时太长且精度难以控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统，以解决上述现有技术存在的主要问题，能够实现在预制裂隙时对裂隙的倾角和长度进行精确控制切割，同时保证岩体的完整性，操作简单易于上手。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统，包括：
驱动机箱；所述驱动机箱内安装有切割发动机和齿轮发动机；
滑轨组；所述滑轨组对称安装于所述驱动机箱顶面中部，所述滑轨组内还滑动安装有U型尺竖向卡槽和驱动所述U型尺竖向卡槽的驱动组件；所述驱动组件与所述齿轮发动机传动连接；
切割机构；所述切割机构包括金刚砂线锯和滑动安装在所述滑轨组上的U型角度尺下盘；所述U型角度尺下盘顶面开设有滑槽，所述 U型角度尺下盘顶面通过所述滑槽滑动安装有U型角度尺上盘；所述 U型角度尺上盘两端还安装有调节组件；所述调节组件上固定设置有岩石；
所述金刚砂线锯竖直设置，与所述U型尺竖向卡槽位置对应；所述金刚砂线锯的线锯限定于所述调节组件与U型角度尺上盘之间；所述金刚砂线锯与通过曲柄连杆组件与所述切割发动机传动连接。
所述U型角度尺下盘和所述U型角度尺上盘设置于所述U型尺竖向卡槽内；所述U型角度尺下盘底部形成有安装环；所述滑轨组包括两个关于所述驱动机箱顶面中心线对称设置的滑轨；所述滑轨顶部安装有滑动杆；所述U型角度尺下盘通过套设在所述滑动杆上的安装环滑动设置。
所述调节组件包括水平仪；所述水平仪安装于所述U型角度尺上盘端部外周面；所述水平仪底部还设置有用于调平所述水平仪的调节旋钮；两所述水平仪相对侧均还安装有间距旋钮的一端；所述间距旋钮的另一端安装有安装盘；所述安装盘上还开设有卡槽；所述岩石两端分别固定设置在卡槽内。
所述曲柄连杆机构包括竖直设置的连杆和传动安装于所述连杆底部的曲柄；所述连杆顶部贯穿所述驱动机箱且与所述金刚砂线锯框体底部固定连接；所述曲柄底部转动连接在圆盘上。
所述切割发动机包括切割发动机主体和安装在所述切割发动机主体上的第一传动齿轮和第二传动齿轮；所述第一传动齿轮与第二传动齿轮之间通过传动带传动连接；所述切割发动机主体中部还开设有用于安装主体连接轴的连接轴插孔；所述主体连接轴上还固定安装有所述圆盘。
所述驱动组件包括传动齿条和传动齿轮；所述传动齿条设置于两所述滑轨之间，且与两所述滑轨滑动设置；所述传动齿条靠近所述金刚砂线锯的一端还固定连接有所述U型尺竖向卡槽；所述传动齿条顶部还设置有与所述传动齿条相啮合的传动齿轮；所述传动齿轮通过齿轮连接轴安装在齿轮安装座上；所述齿轮安装座设置于远离所述金刚砂线锯的一侧边。
所述齿轮发动机安装于所述驱动机箱内腔顶部，且所述齿轮发动机传动连接有传动杆；所述传动杆竖直贯穿所述驱动机箱顶面与所述齿轮连接轴传动连接。
所述驱动机箱侧壁还安装有存放箱；所述存放箱内安装有机体控制器；所述机体控制器分别与所述齿轮发动机和切割发动机电性连接。
所述机体控制器还电性连接有机体控制器屏幕和机体控制器开关；所述机体控制器屏幕为触屏式结构。
所述驱动机箱底部还设置有四角卡槽；所述切割发动机限定于所述四角卡槽内。
本发明公开了以下技术效果：本发明确保了预制中部锁固型断续裂隙岩体的完整性；并通过切割机构和驱动组件的配合使用解决了节理倾角、长度难以精确控制的问题；可以在预制裂隙时对裂隙的倾角和长度进行精确控制切割，同时保证岩体的完整性，且操作简单易于上手。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的前视图；
图3是本发明的切割发动机图；
图4是本发明的曲柄滑杆机构图；
图5是本发明的齿轮发动机图；
图6是本发明切割机构示意图；
其中，1、卡槽，2、安装盘，3、金刚砂线锯，4、U型角度尺上盘，5、滑轨组，6、驱动机箱，7、圆盘，8、切割发动机，9、四角卡槽，10、间距旋钮，11、U型角度尺下盘，12、U型尺竖向卡槽，13、齿轮机体控制器，14、传动齿轮，15、传动齿条，16、机体控制器，17、机体控制器屏幕，18、机体控制器开关，19、存放箱，20、齿轮发动机，21、连杆，22、曲柄，23主体连接轴，24、齿轮连接轴，25、第一传动齿轮，26、连接轴插孔，27、第二传动齿轮，28、传动带，29、切割发动机主体，30齿轮安装座，31齿轮发动机主体， 32传动杆，33、转动齿轮，34、水平仪，35调节旋钮，36滑动杆。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种预制不同几何特征中部锁固型岩体裂隙切割系统，包括：
驱动机箱6；驱动机箱6内安装有切割发动机8和齿轮发动机20；
滑轨组5；滑轨组5对称安装于驱动机箱6顶面中部，滑轨组5 内还滑动安装有U型尺竖向卡槽12和驱动U型尺竖向卡槽12的驱动组件；驱动组件与齿轮发动机20传动连接；
切割机构；切割机构包括金刚砂线锯3和滑动安装在滑轨组5上的U型角度尺下盘11；U型角度尺下盘11顶面开设有滑槽，U型角度尺下盘11顶面通过滑槽滑动安装有U型角度尺上盘4；U型角度尺上盘4两端还安装有调节组件；调节组件上固定设置有岩石；
金刚砂线锯3竖直设置，与U型尺竖向卡槽12位置对应；金刚砂线锯3的线锯限定于调节组件与U型角度尺上盘4之间；金刚砂线锯3与通过曲柄连杆组件与切割发动机8传动连接。
U型角度尺下盘11和U型角度尺上盘4设置于U型尺竖向卡槽 12内；U型角度尺下盘11底部形成有安装环；滑轨组5包括两个关于驱动机箱6顶面中心线对称设置的滑轨；滑轨顶部安装有滑动杆 36；U型角度尺下盘11通过套设在滑动杆36上的安装环滑动设置。
调节组件包括水平仪34；水平仪34安装于U型角度尺上盘4端部外周面；水平仪34底部还设置有用于调平水平仪34的调节旋钮 35；两水平仪34相对侧均还安装有间距旋钮10的一端；间距旋钮 10的另一端安装有安装盘2；安装盘2上还开设有卡槽1；岩石两端分别固定设置在卡槽1内。
曲柄连杆机构包括竖直设置的连杆21和传动安装于连杆21底部的曲柄22；连杆21顶部贯穿驱动机箱6且与金刚砂线锯3框体底部固定连接；曲柄22底部转动连接在圆盘7上。
切割发动机8包括切割发动机主体29和安装在切割发动机主体 29上的第一传动齿轮25和第二传动齿轮27；第一传动齿轮25与第二传动齿轮27之间通过传动带28传动连接；切割发动机主体29中部还开设有用于安装主体连接轴23的连接轴插孔26；主体连接轴23 上还固定安装有圆盘7。
驱动组件包括传动齿条15和传动齿轮14；传动齿条15设置于两滑轨之间，且与两滑轨滑动设置；传动齿条15靠近金刚砂线锯3 的一端还固定连接有U型尺竖向卡槽12；传动齿条15顶部还设置有与传动齿条15相啮合的传动齿轮14；传动齿轮14通过齿轮连接轴 24安装在齿轮安装座30上；齿轮安装座30设置于远离金刚砂线锯3 的一侧边。
齿轮发动机20安装于驱动机箱6内腔顶部，且齿轮发动机20传动连接有传动杆32；传动杆32竖直贯穿驱动机箱6顶面与齿轮连接轴24传动连接。
驱动机箱6侧壁还安装有存放箱19；存放箱19内安装有机体控制器16；机体控制器16分别与齿轮发动机20和切割发动机8电性连接。
机体控制器16还电性连接有机体控制器屏幕17和机体控制器开关18；机体控制器屏幕17为触屏式结构。
驱动机箱6底部还设置有四角卡槽9；切割发动机8限定于四角卡槽9内。
在本发明的一个实施例中，U型角度尺上盘4和U型角度尺下盘 11外周均开设有刻度，且在将岩石试样装夹完成之后将其置于U型尺竖向卡槽12内。
在本发明的另一个实施例中，金刚砂线锯3上的锯条可拆卸安装。
在本发明的另一个实施例中，每一水平仪34底部均设置有两个调节旋钮35，用于调节水平仪34水平度，且通过水平仪34内的气泡位置直观判断。
在本发明的另一个实施例中，传动齿条15下端还可设置有滚轮；通过滚轮推进岩石试样前进。
在本发明的另一个实施例中，齿轮发动机20包括齿轮发动机主体31和设置于齿轮发动机主体31一侧的转动齿轮33；转动齿轮33 与齿轮发动机主体31传动连接，还与传动杆32转动连接。
在本发明的另一个实施例中，切割发动机主体29外部两侧设置有两个相同的第一传动齿轮25，切割发动机主体29顶部设置有第二传动齿轮27；传动带28从切割发动机主体29内部贯穿，依次绕设在两第一传动齿轮25上，且通过第二传动齿轮27压带。
在本发明的另一个实施例中，在齿轮安装座30上还安装有齿轮机体控制器13；齿轮机体控制器13还与机体控制器16传动连接；齿轮机体控制器13用于监测传动齿轮14实际转动齿数是否与机体控制器16输入的数值相符合。
本发明的具体实施方式如图所示：在图1中将U型角度尺移至滑槽5右端，置于滑动杆36远离金刚砂线锯3的一侧；旋动间距旋钮 10调整间距，然后将岩石试样放入两安装盘2间，岩石试样两端扣紧卡槽1，之后旋转U型角度尺上盘4根据想要制得的裂隙倾角来决定旋转角度，U型角度尺上盘4表面指针旋转到对应U型角度尺下盘 11的刻度上，之后将角度尺卡在U型尺竖向卡槽12内；然后调节U 型角度尺两端水平仪34，通过旋转下端四个调节旋钮35使水平仪中气泡居中，根据要制得的裂隙宽度来决定金刚砂线锯3上金刚砂线的粗细，调整正好后将隐藏于机体外壳6右侧存放箱19内的机体控制器16旋转出，按动机体控制器开关18，在机体控制器屏幕17输入切割长度，输入好后点击屏幕17中的“开始”后机体控制器16控制七个发动机8和齿轮发动机20发动，四角卡槽9保证切割发动机8 位置固定。
图2中切割发动机8连接主体连接轴23，主体连接轴23又连接着圆盘7，切割发动机主体29通过转动主体连接轴23使圆盘7转动，从而使其带动曲柄22转动，之后曲柄22带动连杆21上下往复运动从而带动上端的金刚砂线锯3也上下往复运动。
齿轮机体控制器13控制齿轮发动机20来转动齿轮连接轴24使其带动传动齿轮14转动，从而使传动齿条15通过与传动齿轮14的咬合来向前运动，通过先前输入的参数机体控制器16将命令传给齿轮机体控制器13，使其通过控制齿轮发动机20来使控制传动齿轮14旋转圈数来控制传动齿条15前近距离从而达到控制试样切割长度的目的。到达指定距离后机体控制器16控制使机体停下。这样便得到了一条预制裂隙，之后将卡槽1旋转180°后重复上述操作便可制得共面断续节理岩石试样。
图3中切割发动机启动，切割发动机第一传动齿轮25和第二传动齿轮29通过传动带28实现传动，发动机运作使主体连接轴插孔 26转动从而使连接着的一端也转动。
图4为曲柄滑杆机构，曲柄滑杆机构的发动机连接轴23与发动机相连从而转动，带动圆盘7转动，从而使与圆盘7相连的曲柄22 运动，以此来带动其前端相连的连杆21上下往复运动从而使金刚砂线锯3上下往复运动。
图5为齿轮发动机图，齿轮发动机整体31运动带动齿轮发动机转动齿轮33转动，通过传动杆32使齿轮连接轴24转动从而带动传动齿轮14转动。
图6为切割机构图，首先将加工好的岩样放入卡槽1，旋转旋钮 10确保岩石卡紧，之后根据需要预制的裂隙倾角角度来旋转U型角度尺上盘4，使U型角度尺上盘4的刻线对准U型角度尺下盘11的刻度，之后调节U型角度尺两端的水平仪34使岩样保持在水平位置，通过旋转下端四个调节旋钮35来使水平仪34中气泡居中最保证岩样处于水平状态。岩样一端切割完后，若想制得共面断续节理可以旋转卡槽1180°重复上述步骤即可。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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