Результат интеллектуальной деятельности: Станок для распиловки керна

Изобретение относится к области геологоразведочных работ и может быть использовано для распиловки керна горных пород.

Известен станок для распиловки керна (патент US №3008462, опубл. 29.07.1960 г.), содержащий раму, на которой закреплен рабочий стол с узлом крепления образца горной породы, и рабочий орган с ручной подачей керна на круг.

Недостатками этого станка являются ручная подача керна на круг, интенсивный износ отрезного круга в процессе резания, разрушение керна при распиловке, уход плоскости резца от продольной плоскости распиловки керна, низкая производительность.

Также известен станок для распиловки керна (патент на полезную модель RU №43812, МПК B28D 1/02, опубл. 10.02.2005 г., Бюл. №4), содержащий раму, на которой закреплен рабочий стол с узлом крепления подлежащего резке керна горной породы с прямолинейной прорезью по всей длине стола, цилиндрические направляющие с кареткой на роликах с механизмом привода рабочего органа.

Данный станок только частично устраняет недостатки аналога. Его существенными недостатками являются: сложная схема установки роликов каретки, отсутствие элементов для демпфирования колебаний керна при распиловке, нарушение точности резания, невысокая производительность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является станок для распиловки керна (патент RU №2433039, МПК B28D 1/02, опубл. 10.11.2011 г., Бюл №31), содержащий раму, на которой закреплен рабочий стол с узлом крепления подлежащего резке керна горной породы с прямолинейной прорезью по всей длине стола, цилиндрические направляющие с кареткой на роликах для крепления привода рабочего органа и подающее устройство рабочего органа. Привод рабочего органа в виде алмазного отрезного круга размещен на каретке, ролики которой расположены симметрично поперечной плоскости симметрии цилиндрической направляющей и контактируют с ней по поверхности, радиус кривизны которой определяется по зависимости:

R=а ⋅ R₁,

где R - радиус кривизны поверхности взаимодействия ролика и цилиндрической направляющей;

R₁ - радиус окружности поперечного сечения цилиндрической направляющей;

а - опытный коэффициент (1,01÷1,02). При этом с обеих сторон прямолинейной прорези по всей ее длине установлены упругие элементы, выполненные из резины, а подающее устройство рабочего органа выполнено грузового типа с заданным усилием подачи. Недостатки конструкции станка:

- сложность конструкции подающего устройства рабочего органа, состоящего из каретки, роликов, направляющих, тросика, блочка, штыря с набором грузов, а также несовершенство конструкции подающего устройства рабочего органа, не позволяющего плавно регулировать нагрузку на распиливаемый керн;

- низкая точность выполнения распилов керна, связанная с тем, что упругие элементы узла крепления керна не позволяют жестко зажать керн при его распиловке, из-за чего невозможно выполнить распилы в керне толщиной 1-1,5 мм, что необходимо для дальнейшего определения твердости керна на прессе;

- интенсивный износ алмазного отрезного круга, так как не регулируется частота его вращения в зависимости от твердости породы;

- ограниченная функциональная возможность станка, связанная с тем, что рабочий стол не позволяет перемещать керн, подлежащий распилу, в двух взаимно перпендикулярных направлениях;

- металлоемкость конструкции, связанная с наличием рамы и штыря с набором грузов.

Техническими задачами изобретения являются упрощение и усовершенствование конструкции подающего устройства рабочего органа, повышение точности выполнения распилов керна толщиной 1-1,5 мм, снижение износа алмазного отрезного круга, а также расширение функциональной возможности станка для распиловки керна и снижение металлоемкости конструкции.

Поставленные технические задачи решаются станком для распиловки керна, содержащим рабочий стол с узлом крепления подлежащего резке керна горной породы, привод рабочего органа в виде алмазного отрезного круга и подающее устройство рабочего органа.

Новым является то, что узел крепления керна выполнен с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно рабочего стола, при этом распиливаемый керн закреплен хомутом с помощью стягивающего винта, причем на рабочем столе установлена направляющая, на которой жестко закреплены тиски в виде полукруга и неподвижной гайки, при этом в тиски установлен хомут с керном, причем хомут прижат к тискам толкателем, имеющим возможность перемещения в осевом направлении с помощью винта с ручкой относительно неподвижной гайки, при этом подающее устройство рабочего органа выполнено в виде стойки, жестко закрепленной гайками на рабочем столе, причем на стойке с возможностью вертикального осевого перемещения размещены закрепленные между собой барабан с вращающейся рукояткой и привод алмазного отрезного круга, при этом на барабане намотан трос, который с одной стороны жестко закреплен к нижнему концу стойки, а с другой стороны трос жестко закреплен к натяжителю, установленному на верхнем конце стойки, при этом привод выполнен в виде высокооборотного шпинделя с преобразователем, позволяющего плавно регулировать частоту вращения алмазного отрезного круга в зависимости от твердости распиливаемого керна.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен описываемый станок для распиловки керна (виды сбоку и сверху).

На фиг. 3 показан узел крепления керна.

Станок для распиловки керна включает рабочий стол 1 (см. фиг. 1) с узлом крепления 2 подлежащего резке керна горной породы, привода 3 рабочего органа в виде алмазного отрезного круга 4 и подающего устройство 5 рабочего органа 4.

Узел крепления 2 (см. фиг. 1 и 2) керна выполнен с возможность перемещения вручную в двух взаимно перпендикулярных направлениях: горизонтально с помощью пазов 6', 6'' и 7', 7'' и вертикально с помощью пазов 8', 8'' и 9', 9'' относительно рабочего стола 1.

Распиливаемый керн 10 закреплен хомутом 11 (см. фиг. 3) с помощью стягивающего винта 12. На рабочем столе 1 установлена направляющая 13. На направляющей 13 жестко установлены с помощью соединения винт-гайка (на фиг. 3 показано условно) тиски 14 в виде полукруга и неподвижной гайки 15.

В тисках 14 установлен хомут 11 с керном 10. Хомут 11 прижимают к тискам 14 толкателем 16, перемещающимся в осевом направлении с помощью винта 17 с ручкой 18 относительно неподвижной гайки 15. Причем для жесткой фиксации керна 10 в узле крепления 2 радиус R тисков 14 (см. фиг. 3) на 0,5-1 мм больше радиуса r хомута 11.

Подающее устройство 5 (см. фиг. 1 и 2) рабочего органа 4 выполнено в виде стойки 19, жестко закрепленной гайками 20 на рабочем столе 1.

На стойке 19 с возможностью вертикального осевого перемещения размещены закрепленные между собой барабан 21 с вращающейся рукояткой 22 и привод 3 алмазного отрезного круга 4. На барабане 21 намотан трос 23, который с одной стороны закреплен к нижнему концу стойки 19. С другой стороны трос 23 жестко закреплен к натяжителю 24, установленному на верхнем конце стойки 19. Натяжитель 24 обеспечивает регулировку натяжения троса 23.

Привод 3 имеет возможность вертикального осевого перемещения относительно стойки 19 и выполнен в виде высокооборотного шпинделя с преобразователем, позволяющего плавно регулировать частоту вращения алмазного отрезного круга 4, например от 8000 до 18000 об/мин в зависимости от твердости распиливаемого керна. Применяют любой известный высокооборотный шпиндель с преобразователем.

Станок работает следующим образом.

Распиливаемый керн 10 горной породы, например, диаметром 100 мм и высотой 35 мм подготавливают для определения твердости путем надавливания на прессе (на фиг. 1, 2 и 3 не показан). Для этого распиливаемый керн 10 (см. фиг. 3) устанавливают в хомут 11 и зажимают с помощью стягивающего винта 12.

Далее хомут 11 радиусом r с керном 10 вставляют в тиски 14 радиусом R, R на 0,5-1 мм больше r хомута 11. Затем производят крепление хомута 11 в тисках 14. Для этого вращением ручки 18 по часовой стрелке с помощью винта 17 относительно неподвижной гайки 15 перемещают толкатель 16 в осевом направлении, который жестко прижимает хомут 11 к тискам 14.

Повышается точность выполнения распилов, так как сначала керн 10 зажимается в хомуте 11 с помощью стягивающего винта 12, а затем уже хомут 11 зажимается жестко в тисках 14. Это позволяет выполнить распилы в керне 10 толщиной 1-1,5 мм, что необходимо для дальнейшего проведения испытания керна на прессе с целью определения твердости.

Далее регулируют узел крепления 2 (см. фиг. 1 и 2). Вручную в двух взаимно перпендикулярных направлениях: горизонтально с помощью пазов 6', 6'' и 7', 7'' и вертикально с помощью пазов 8', 8'' и 9', 9'' перемещают узел крепления 2 относительно рабочего стола 1 так, чтобы алмазный отрезной круг 4 находился непосредственно в месте распила керна 10.

Расширяется функциональная возможность станка, так как узел крепления 2 керна 10 позволяет перемещать керн 10, подлежащий распилу, относительно рабочего стола 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Запускают в работу привод - высокооборотный шпиндель 3 с преобразователем, например, с частотой вращения 10000 об/мин в зависимости от твердости керна 10, который передает крутящий момент на рабочий орган - алмазный отрезной круг 4. Например, вал высокооборотного шпинделя 3 (см. фиг. 3) имеет диаметр 16 мм с глубиной крепления в шпинделе 55 мм.

Вручную, например, по часовой стрелке, вращают рукоятку 22 (см. фиг. 1 и 2) барабана 21, при этом трос 23 разматывается и барабан 21 совместно с приводом 3 алмазного отрезного круга 4 опускается вниз, при этом вращающийся с частотой 10000 об/мин алмазный отрезной круг 4 выполняет распил на керне 10. Глубину распила регулируют плавно вручную вращением по часовой стрелке. После выполнения распила полностью или на требуемую глубину, например 10 мм, вращают рукоятку 22 в противоположную сторону, т.е. против часовой стрелки, и выводят алмазный отрезной круг 4 из керна 10. Таким образом, керн 10 отрезан или выполнен распил на требуемую глубину.

Снижается износ алмазного отрезного круга 4, так как частота его вращения регулируется в зависимости от твердости породы.

Упрощена и усовершенствована конструкция подающего устройства рабочего органа, так как из конструкции исключены каретка, ролики, направляющие, тросик, блочок, штыри с набором грузов. Также конструкция подающего устройства рабочего органа позволяет плавно регулировать нагрузку на распиливаемый керн 10, а не ступенчато с помощью груза, как описано в прототипе.

Снижается металлоемкость, так как из конструкции устройства исключены рама и штыри с набором грузов.

Предлагаемый станок для распиловки керна позволяет:

- упростить и усовершенствовать конструкцию подающего устройства рабочего органа;

- повысить точность выполнения распилов керна;

- снизить износ алмазного отрезного круга;

- расширить функциональные возможности станка;

- снизить металлоемкость.