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    一种高精度台式旋转超声岩石取心装置

    韩光超 余雍 潘高峰 李艳云 刘初见 章军锋

    韩光超, 余雍, 潘高峰, 李艳云, 刘初见, 章军锋, 2020. 一种高精度台式旋转超声岩石取心装置. 地球科学, 45(2): 367-373. doi: 10.3799/dqkx.2018.391
    引用本文: 韩光超, 余雍, 潘高峰, 李艳云, 刘初见, 章军锋, 2020. 一种高精度台式旋转超声岩石取心装置. 地球科学, 45(2): 367-373. doi: 10.3799/dqkx.2018.391
    Han Guangchao, Yu Yong, Pan Gaofeng, Li Yanyun, Liu Chujian, Zhang Junfeng, 2020. A High-Precision Bench-Toprotary Ultrasonic Rock Coring Device. Earth Science, 45(2): 367-373. doi: 10.3799/dqkx.2018.391
    Citation: Han Guangchao, Yu Yong, Pan Gaofeng, Li Yanyun, Liu Chujian, Zhang Junfeng, 2020. A High-Precision Bench-Toprotary Ultrasonic Rock Coring Device. Earth Science, 45(2): 367-373. doi: 10.3799/dqkx.2018.391

    一种高精度台式旋转超声岩石取心装置

    doi: 10.3799/dqkx.2018.391
    基金项目: 

    国家自然科学基金项目 41227001

    中国地质大学(武汉)实验技术研发项目 SJ-201516

    机械系统与振动国家重点实验室开放课题 MSV-201910

    详细信息
      作者简介:

      韩光超(1974-), 男, 副教授, 主要从事超声辅助成形加工工艺与装备研究

    • 中图分类号: TG663;P589

    A High-Precision Bench-Toprotary Ultrasonic Rock Coring Device

    • 摘要: 将野外采集或实验室合成的岩石样品制备成小尺寸柱状岩心样品,是进行地质学岩石高温高压物性实验的重要环节.岩石样本的脆硬性和成分不均匀性严重影响常规岩石磨削取心加工过程的稳定性和取心质量.将取样工具的旋转超声振动与岩石磨削加工过程相结合,并通过气动系统实现岩石样本在竖直方向上的柔性进给,所研制的台式旋转超声岩石取心装置可实现实验室小尺寸柱状岩心样品的高精度自动磨削取心加工过程.多种不同地质材料的取心测试结果表明,该装置能进行不同硬度岩石样品的高效率和高质量小直径取心加工,满足地质学高温高压实验的高标准制样需求.

       

    • 图  1  旋转超声岩石磨削取心加工原理图

      Fig.  1.  Schematic diagram of rotary ultrasonic grinding for rock coring

      图  2  超声振动系统结构示意图

      Fig.  2.  Schematic diagram of ultrasonic vibration systems

      图  3  超声系统振动模态仿真图

      Fig.  3.  Simulation diagram of vibration mode of ultrasonic system

      图  4  超声旋转系统结构示意图

      Fig.  4.  Schematic diagram of ultrasonic rotation system

      图  5  旋转超声岩石取心装置

      Fig.  5.  Rotary ultrasonic rock coring device

      图  6  取心加工材料(a)和取心工具头(b)

      Fig.  6.  Coring materials (a) and coring tool head (b)

      图  7  旋转超声工艺参数对磨削取样效率的影响

      Fig.  7.  Effect of rotating ultrasonic parameters on coring efficiency

      图  8  旋转超声取心样品

      Fig.  8.  Rotating ultrasonic coring samples

      表  1  取心加工材料的硬度值

      Table  1.   Hardness value of coring materials

      材料 玻璃 氧化铝陶瓷 灰岩 片麻岩 榴辉岩 橄榄岩 安山岩 石英岩
      莫式硬度/普氏硬度 5.5/- 9/- 3/2~4 -/14~16 6~7/- -/16~18 -/20~25 7.5/ > 25
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      表  2  不同硬度的硬脆材料超声磨削取心加工性能

      Table  2.   Ultrasonic coring properties of hard and brittle materials with different hardness

      材料 样品长度(mm) 取样时间(min) 样品直径(mm) 样品头尾直径偏差(mm) 取样率
      玻璃 10.0 9.0 2.69 0.03 100%
      氧化铝陶瓷 10.0 16.3 2.70 0.02 100%
      灰岩 9.5 4.1 2.68 0.02 100%
      片麻岩 11.0 9.8 2.68 0.01 100%
      榴辉岩 10.6 10.3 2.69 0.01 100%
      橄榄岩 10.4 11.3 2.69 0.01 100%
      安山岩 10.5 12.6 2.69 0.02 100%
      石英岩 10.5 14.5 2.68 0.02 100%
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-12-30
    • 刊出日期:  2020-02-15

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