一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置及方法

本发明涉及类岩石试样制备，尤其涉及一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置及方法，具体应用于矿区煤岩样力学性质分析中胶结均匀类岩石试样的制备。

背景技术：

1、在矿井煤岩样力学性质分析领域，为精准获取煤岩样的力学参数，常需制配类岩石试样，即按一定水泥、粉煤灰比例合成胶结均匀的类岩石试样，该胶结均匀类岩石试样的均质度直接决定了后续煤岩样力学性质测试结果的可行性和准确性。

2、一般静置胶结凝固过程中易出现由于自重沉降导致的类岩石试样制备成型后非均质问题，严重影响煤样力学性质测定、分析的准确性。胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，是一种用于煤矿区煤岩样力学性质分析配套作业中，按预设水泥、粉煤灰比例混合原料，并对类岩石试样进行充分混合、胶结凝固的专用设备。

3、因此，亟需研制一种能够制备胶结均匀类岩石试样的装置，能够有效消除浆液材料由于自重沉降导致的类岩石试样制备成型后的非均质问题。

技术实现思路

1、为了解决静置凝固过程中由于自重沉降导致的类岩石试样制备成型后非均质问题，本发明提出了一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置及方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，包括制配机架、均质摇罐、摇罐驱动组件；所述制配机架的顶部固定连接有控制器；所述均质摇罐用于盛放浆液材料，其外壁贯穿至内壁的开口处铰接有用于对开口进行封堵的翻盖；所述制配机架与均质摇罐之间设置有摇罐驱动组件，所述摇罐驱动组件设有两个，两个摇罐驱动组件沿制配机架、均质摇罐的中心轴镜像对称设置；每个摇罐驱动组件包括连接架、轴承座、安装架、旋转轴及驱动电机；所述连接架分别转动设置在均质摇罐的两侧，用于使均质摇罐往复旋转，且任一连接架的两端之间的连线垂直于另一连接架的两端之间的连线；所述旋转轴用于驱动与其连接的连接架转动，且两个所述旋转轴的转动方向相反。

4、进一步地，所述旋转轴靠近于与其连接的连接架的端部铰接有铰接座，所述铰接座固定连接在其侧边的连接架的中心处，所述铰接座用于为旋转轴与连接架的连接提供活动关节。

5、进一步地，两个所述旋转轴分别由与其对应的驱动电机驱动，且两个所述驱动电机的输出方向相反；所述旋转轴外壁固定连接有从动轮，驱动电机的输出端固定连接有主动轮，同侧的主动轮与从动轮的外壁传动连接有传动带。

6、进一步地，所述均质摇罐的上表面设有两个翻盖，两个翻盖沿均质摇罐上表面的中心轴镜像设置，且两个翻盖上表面的相邻一侧之间固定连接有插销锁。

7、进一步地，所述均质摇罐一端的开口中安装有风机，另一端的开口中固定安装有出风网；所述均质摇罐底部至少安装有一根排水管，所述排水管上安装有单向阀。

8、进一步地，所述均质摇罐内部设置有试样容器固定组件和浆液材料存储组件；所述试样容器固定组件包括安装滑槽、导向杆、双向螺纹杆、调节滑座、固定夹具及防护垫；所述浆液材料存储组件包括试样容器罐和罐盖，所述试样容器罐内壁设置有用于单向过滤浆液材料中游离水的非对称多孔pes膜，所述浆液材料的外部包覆设置有匀透膜。

9、进一步地，所述试样容器罐外壁和罐盖端面均开有多个水孔，水孔孔径为1.2mm，相邻两个水孔之间的孔距为3mm；所述匀透膜为复合高分子透水透气薄膜，厚度为0.1mm-0.3mm，孔隙率为35%-50%。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果：

11、（1）通过双对称设置的摇罐驱动组件（含连接架、轴承座、旋转轴等部件），实现均质摇罐稳定旋转，为浆液材料均质混合提供充足动力。组件受力均衡、运行平稳，驱动力矩充足适配不同均质需求，动力传递灵活精准，保障均质效果与装置运行稳定性。在后续控制摇速使得浆液材料均匀凝固过程中，解决由于自重沉降导致的类岩石试样制备成型后非均质问题。

12、（2）优化排气与排水，消除内部缺陷。包覆的匀透膜在混合过程中允许内部气体均匀排出，有效避免了气泡残留，从根本上杜绝了因气泡导致的试样内部缺陷。此外，该结构保证了浆液材料凝固过程中对透气透水的需求，非对称多孔pes膜实现单向排水，防止游离水回流。

13、（3）试样容器固定组件可适配不同规格试样容器，夹持稳定，防护垫避免硬接触损坏；风机与出风网配合促进气流循环，有利于浆液材料有效胶结凝固。

14、（4）方法步骤完整，混合与凝固过程可控，转速量化匹配，操作便捷，制备的类岩石试样成型均匀、力学性能稳定，显著提高后续煤样力学性质测试、分析的准确性。

1.一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于，包括制配机架（1）、均质摇罐（3）、摇罐驱动组件（6）；

2.根据权利要求1所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：所述旋转轴（64）靠近于与其连接的连接架（62）的端部铰接有铰接座（65），所述铰接座（65）固定连接在其侧边的连接架（62）的中心处，所述铰接座（65）用于为旋转轴（64）与连接架（62）的连接提供活动关节。

3.根据权利要求1所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：两个所述旋转轴（64）分别由与其对应的驱动电机（67）驱动，且两个所述驱动电机（67）的输出方向相反；所述旋转轴（64）外壁固定连接有从动轮（66），驱动电机（67）的输出端固定连接有主动轮（68），同侧的主动轮（68）与从动轮（66）的外壁传动连接有传动带（69）。

4.根据权利要求1所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：所述均质摇罐（3）一端的开口中安装有风机（9），所述均质摇罐（3）两端的开口中固定安装有透风网（10），所述风机（9）用于将空气自均质摇罐（3）一端的透风网（10）导入均质摇罐（3）内部，并从均质摇罐（3）另一端的透风网（10）鼓出；所述均质摇罐（3）安装有风机（9）一端的底部至少安装有一根排水管（31），所述排水管（31）上安装有单向阀（311）。

5.根据权利要求1所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：所述均质摇罐（3）内部设置有用于固定试样的试样容器固定组件（7）以及用于存储浆液材料的浆液材料存储组件（8）。

6.根据权利要求1所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：所述浆液材料存储组件（8），包括试样容器罐（81），所述试样容器罐（81）内壁设置有用于单向过滤浆液材料（831）中游离水的非对称多孔pes膜（86），所述浆液材料（831）的外部包覆设置有匀透膜（84）。

7.根据权利要求6所述的一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转装置，其特征在于：所述试样容器罐（81）外壁和罐盖（82）端面均开有多个水孔（85），水孔（85）孔径为1.2mm，相邻两个水孔（85）之间的孔距为3mm；所述匀透膜（84）为复合高分子透水透气薄膜，厚度为0.1mm-0.3mm，孔隙率为35%-50%。

8.一种制备胶结均匀类岩石试样的全空间旋转方法，其特征在于：包括以下步骤：