岩石硬度仪简介.doc

岩石硬度测试仪
一、概述
本装置实验原理是利用手摇泵将液压传给液缸，推动液压罐的活塞上升，使岩样与压模和位移传感器同时接触，随着压力的增加，压模将逐渐压入岩样，压入的深度由位移传感器测出，压力由载荷传感器测出，测出的信号传给函数记录仪，这样函数记录仪便自动记录下岩石的载荷和压入深度的数据，再由U盘导入计算机中进行编辑。
二、基本结构与使用
载荷传感器
仪器示意图如下：
上板

位移传感器

压模
支柱

无纸记录仪
液压罐
手摇泵

下板

仪器由手摇泵、液压罐、外罩、支柱、上板、下板、压模组成，并可固定载荷传感器、位移传感器及岩样，载荷传感器和位移传感器的转换器固定在外罩上。
1、手摇泵
该手摇泵是本厂自制的，容积为100ml，最大压强为20Mpa，主要由泵筒、丝杠、丝杠压帽、活塞、堵头、堵头压帽、手轮、手柄组成，其结构示意图如下：
由图可知手摇泵为柱塞式，通过手轮的转动带动丝杠推动活塞前后移动，来实现加减压力的目的。由于与手摇泵相连的液压罐由高强度钢制成，两者由管线相连，形成一封闭体系，因此，使用的加压液最好为油类，以防止液压罐生锈。
泵筒
丝杠
堵头压帽
堵头
丝杠压帽
手柄
活塞
手轮

注：往手摇泵和液压罐里灌液时，必须将气泡都赶出来，这样液压罐的活塞才能随手轮的转动而灵活的上下移动。
2、液压罐
液压罐的目的是将手摇泵施加的压力通过液缸内的液体推动活塞，带动岩心托盘上的岩样与压模接触、压裂，进而实现实验的目的。
液压罐主要由液缸、压帽、活塞、活塞压盘、垫块、岩心托盘组成，后三者以活动的镶嵌式结构组成，仪器配有三块垫块，可按实验要求随意加减垫块来调节托盘与压模的距离。
3、压模
压模是由高强度钢制成胚体后镶入硬质合金压头，将硬质合金锥磨成柱体，压头直径d=2mm，使压头与岩石的接触面积始终保持不变，便于计算岩石的抗压与计算强度—硬度值，要求压模两端绝对平行，硬质合金压头应垂直地镶入胚体中。胚体下部外形是六方体便于使用板手安装，上部分外形是螺纹扣与载荷传感器相连，中间有一圆孔是更换硬质合金压头时使用的。
仪器出厂时硬质合金压头与胚体已镶好，可直接使用，同时还配有备用的硬质合金压头，以备压头破损时更换使用，更换硬质合金压头时，用板手卡住胚体的六方部分，逆时针旋转将胚体连同硬质合金压头从载荷传感器上卸下，将胚体上下倒置，用一直径小于6.5mm，长度为40mm的圆柱顶在圆孔中，再找一内径大于13mm，外径大于25mm，高度大于5mm的圆环套在硬质合金压头外，将它们放在岩心托盘的中心，转动手摇泵，使圆环与载荷传感器下端接触，摆正位置，使硬质合金压头对应在载荷传感器下端的腔体位置，再缓慢加压，使圆柱将硬质合金慢慢顶到载荷传感器下端的腔体里，卸压拿出硬质合金压头即可。镶入新硬质合金压头时，将胚体和载荷传感器组装好，把硬质合金压头与胚体对正，用一内径为5mm左右，高度大于5mm的圆环顶在硬质合金压头的锥面上，手摇泵慢慢加压，让圆环将压头顶入胚体。
4、支柱与上、下板
支柱和上、下板都由高强度钢制成，支柱的直径和上下板的厚度具有足够的强度满足实验的需求。
5、位移传感器、载荷传感器
载荷传感器都固定在上板上。位移传感器都固定在左支柱上，可上下移动。位移传感器用来测定压模压入岩样的深度，载荷传感器用来测定岩模压碎岩样所用的力。具体使用方法见附录。工作电源24V用户自配。
6、函数记录仪
本仪器采用的是无纸记录仪，具有液晶图形显示屏，做实验时将位移和载荷的实验数据记录下来，可适时观看图形显示或数字显示，并有记忆功能，可将实验的数据记录下来，用U盘导入计算机进行编辑。具体使用方法见无纸记录仪说明书。
三、实验步骤操作
岩样制备：将岩石切磨成正方（圆柱）体，其高度不小于50mm，被测量端面应加以研磨，使岩样平滑且相互平行（直径50mm的岩样两端面不平行度不应超过0.5mm），岩样制备后应在低于100℃的烘箱中烘干2~2.5小时，然后放在干燥器内备用。
用读数显微镜测出压模压头的直径并记录下来，打开无纸记录仪，将岩样置于硬度仪的岩心托盘上，摇动手摇泵，活塞慢慢上升，移动位移传感器，使岩样先与位移传感器接触，当记录仪显示压力有变化时，说明岩样与压头已接触上，停止摇动手摇泵，此时记录下位移值和压力值，作为零点。
用手摇泵均匀加载，直至岩样破碎（有响声），则该点测试完毕，卸压。
移动岩样，使第一点的破碎坑与第二点相距大于10mm，按3操作方法，测试第二点，每块岩样做2~3次。
实验的数据都自动记录在记录仪中，用U盘导出，关闭记录仪。
在计算机上进行数据编辑。
四、数据处理
根据每点所做出的曲线求出Py=P/S
P—所加载荷Kg（由实验曲线可得，如下图所示）
S—压模面积mm2
Kg
B
E

A
P

P0

C
D
O