申請?zhí)枺?01610642782.8
　　申請人：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
　　發(fā)明人：段隆臣 趙小軍 譚松成 翁華強 段謨東

　　摘要：本發(fā)明涉及一種金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置及方法，測試裝置包括支撐機構(gòu)、加熱與保溫系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、加載與測試系統(tǒng)、壓力檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，加載與測試系統(tǒng)用于測量圓環(huán)狀試樣發(fā)生破壞時的張裂載荷；加熱與保溫系統(tǒng)測量不同工作溫度條件下鉆頭胎體對金剛石的把持力；冷卻系統(tǒng)在測高溫下鉆頭胎體對金剛石的把持力后，實現(xiàn)快速冷卻，以縮短兩次試驗的時間間隔，提高裝置的工作效率；壓力檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)實現(xiàn)對所加載荷的精確測量與數(shù)據(jù)采集、儲存。本發(fā)明可以實現(xiàn)鉆頭胎體對金剛石把持力的定量評價，從而使胎體配方的設(shè)計和制備工藝的優(yōu)化更為科學(xué)和簡便，這對于提高金剛石鉆頭的壽命和效率具有重要意義。 　　主權(quán)利要求：1.一種金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置，其特征在于，至少包括由底座和四個支架組成的支撐機構(gòu)，由加熱器、隔熱倉和測溫裝置組成的加熱與保溫系統(tǒng)，由進水口、出水口、水泵、水管、水箱組成的冷卻系統(tǒng)，由加載油缸、加載頭、受載錐體、傳力環(huán)、測試試樣和試樣支撐組成的加載與測試系統(tǒng)，以及壓力檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)；所述加熱器及隔熱倉設(shè)置在底座的上方，測溫裝置設(shè)置在隔熱倉上；所述進水口設(shè)置于隔熱倉頂部，出水口設(shè)置于隔熱倉底部，進水口通過水管連接到水泵、水箱上，出水口通過水管連接水箱；所述加載油缸設(shè)置在支架上，加載頭布置于加載油缸下方；所述受載錐體連接固定在加載頭底部中心，傳力環(huán)內(nèi)側(cè)與受載錐體為錐面接觸，傳力環(huán)外側(cè)與測試試樣柱面接觸，測試試樣布置于試樣支撐上，試樣支撐設(shè)置在加熱器上；所述壓力檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)安裝在加載油缸上，數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)與計算機連接，用于實現(xiàn)對所加載荷的精確測量與數(shù)據(jù)采集、儲存。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置，其特征在于，所述受載錐體為圓錐體，用于將來自加載油缸上的力施加在傳力環(huán)之上，傳力環(huán)與受載錐體錐面接觸的錐角相同。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置，其特征在于，所述傳力環(huán)由均勻?qū)ΨQ的四部分組成，在加載過程中摩擦力的影響相互抵消，傳力環(huán)用于將來自受載錐體豎直方向的力轉(zhuǎn)換為測試試樣所受到的徑向方向的力。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置，其特征在于，所述測試試樣為圓環(huán)狀試樣，由純胎體以及含金剛石工作層的胎體小塊兩部分組成。
　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置，其特征在于，所述隔熱倉采用雙層不銹鋼隔熱倉，隔熱倉中充滿水，用于隔熱以保護測試人員的安全。
　　6.一種上述權(quán)利要求1～5任一項所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)按照設(shè)計的鉆頭胎體配方和燒結(jié)工藝制備測試試樣；(2)在測試裝置中固定好試樣支撐，將測試試樣放在試樣支撐之上，將傳力環(huán)置于測試試樣內(nèi)側(cè)，并使受載錐體與傳力環(huán)、試樣支撐的中心對齊；(3)關(guān)上雙層不銹鋼隔熱倉的倉門，若需要測高溫下鉆頭胎體對金剛石的把持力，則啟動加熱與保溫系統(tǒng)使測試試樣處于所需溫度下，同時打開水泵，啟動冷卻系統(tǒng)，用于隔熱以及試驗后實現(xiàn)快速冷卻；若不需要，則直接在室溫下測定；(4)啟動加載油缸，讓加載油缸緩慢勻速的向下加載，加載頭帶動受載椎體向下運動，通過傳力環(huán)對測試試樣施力，直到測試試樣張裂，測試裝置處于卸載狀態(tài)，測試完成；在這期間壓力檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)進行壓力數(shù)據(jù)的檢測與采集工作；(5)通過接在數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)上的計算機處理系統(tǒng)得到相應(yīng)的測試曲線以及張裂強度，通過張裂強度定量表征把持力的大小。
　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金剛石鉆頭胎體對金剛石把持力的測試裝置的測試方法，其特征在于，所述步驟(4)測試時，載荷通過受載錐體、傳力環(huán)至測試試樣內(nèi)壁，測試試樣破壞時最大切向應(yīng)力滿足σθmax=r12+r22r12-r22·P(cosα-fsinα)2πr2h(fcosα+sinα)其中，σθmax是測試試樣破壞時最大切向應(yīng)力，即張裂強度；r1是測試試樣外半徑；r2是測試試樣內(nèi)半徑；P是加載載荷；α是受載錐體斜面角；h是測試試樣厚度；f是受載錐體與傳力環(huán)之間的摩擦系數(shù)。