基于螺旋切削法破碎钴结壳分形行为研究

将分形理论应用于滚筒式采矿头截割钴结壳破碎情况的研究, 建立了富钴结壳破碎的分形模型, 推出了分形维数的理论计算公式和利用称重法处理的实际计算公式, 并通过大量实验验证了该模型的正确性。初步测定, 在2 ～4 cm 切削深度内, 破碎钴结壳分布的分形维数为2.5 左右, 由此证明破碎过程中的能耗比较符合邦德的裂缝学说。对破碎情况的研究表明滚筒式采矿头破碎剥离钴结壳的方法是比较理想的。     

深海富钴结壳滚筒式采矿头最佳切削位姿问题建模

滚筒式采矿头在起伏不定的微地形上切削富钴结壳，本文就滚筒的切削深度及姿态问题或称滚筒最佳切削位姿问题建立了数字模型，并给出了数学上原则解答与简化解答。此问题的建模对于钴结壳的厚度检测，及微地形起伏的检测等也有重要的指导意义。     

滚筒式采矿头最佳切削位姿的建模

用滚筒式采矿头在起伏不定的微地形上切削海底富钴结壳时，需按开采要求确定其切削厚度。就滚筒的切削深度及姿态问题或称滚筒最佳切削位姿问题建立了数学模型，并给出了数学上的原型解答与简化解答。此问题的建模对于钴结壳厚度及微地形起伏的检测也具有重要指导意义。     

基于遗传算法的螺旋滚筒最小能耗设计

深海钻结壳开采的关键是如何设计出采集覆盖于复杂基岩上的钻结壳的采矿头,这是钻结壳采集技术研究的重点,也是钴结壳采矿系统的关键装置。在几千米深的海底进行采矿作业,能量的供应是突出的难题之一。设汁出来的切削头必需具有能耗低的特点。钴结壳采掘机器人在一段时间内的功耗正比于工作速度。因此,研究采掘机器人采矿头采集钴结壳消耗的功率和采集头与其工作速度之间的相互关系,具有十分重要的理论和实际意义。     

深海浮游式采矿车性能的影响因素研究

游式采矿车（ROV采矿车）是切削头和集矿头作业的载体,是采矿系统的行走平台,该平台的性能直接关系到切削头和集矿头作业。因此根据钴结壳矿床赋存区矿岩的物理力学特性和微地形地貌特点,研究浮游式采矿车在钴结壳富存地面上的行驶特性,分析牵引性、稳定性。分析其部件受力情况,找出对浮游式采矿车作业性能有重要影响的因素,并进行尺寸预测,对于论证浮游式缆控水下机器人用于钴结壳开采的可行性具有重要的参考价值,对于钻结壳开采具有指导意义。     

深海钴结壳螺旋采集式采矿头仿真研究

利用虚拟样机技术,采用Pro／E软件三维参数化建模、ADAMS软件可视化仿真,建立了一个钴结壳螺旋采集式采矿头的虚拟样机。结合虚拟样机和相似理论建立了一个具有双螺旋线、可安装36个截齿的采矿头试验台,并通过大量试验验证了所建立虚拟样机的正确性,为采矿头的结构参数和运动学、动力学参数的优化提供了设计平台和验证场所。     

洋底富钴结壳的开采方法

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了日本进行的CLB（连续绳斗）法开采试验。重点介绍了美国富钴结壳矿床开采系统方案，包括采矿机切割头、水力吸矿、行走机构的设计、软管、缓冲仓的功能以及扬矿钢管的振动和应力问题。     

基于ADAMS的大洋钴结壳采矿头研究

对海洋钴结壳采矿头进行方案设计,利用ADAMS软件建立虚拟样机,并对其进行仿真,为采集模型机进一步研制提供技术基础。     

深海履带采矿车稳定性的分析与讨论

关于深海履带螺旋滚筒式采矿车的采掘头针对车体的位置进行分析和讨论,从而研究采矿车的稳定性;分析了采矿车上坡、下坡及平地工作时的稳定性,而在工作时根据采掘头所处的位置不同,车体工作时的稳定性亦不同;根据理论分析得出的方程式和实验数据得出:采掘头下置时,车体在工作状态中更为稳定,为深海履带螺旋滚筒式采矿车整体设计提供了理论参考。     

深海钴结壳螺旋采集式实验采矿头虚拟样机分析

利用虚拟样机技术 ,建立了一个三维实体造型、动力学建模、控制与可视化仿真于一体的深海钴结壳螺旋采集式采矿头的仿真模型 ,并通过试验验证了该模型的正确性 ,从而为采矿火的结构参数和运动学、动力学参数的优化提供了设计依据和验证场所     

振动切削钴结壳破碎减阻机理分析

将螺旋滚筒式振动切削应用于深海钴结壳的开采, 对振动切削钴结壳的过程进行了分析, 从理论上研究了振动切削钴结壳的减阻机理, 认为振动所产生的应力脉冲是引起裂纹高速扩展的原因, 只有当振动频率在一定的范围之内时才能引起裂纹的高速扩展、分叉, 最后导致破碎。同时分析了施加振动后对切削阻力的影响。通过实验证实, 引入振动脉冲, 滚筒截齿切削力确有较大幅度的降低, 载荷波动也有所减缓, 并使钴结壳粒度更集中控制在某一范围内。     

深海钴结壳采掘机器人滚筒式采集头优化设计

根据国内外钴结壳开发研究的经验,论证了滚筒式采集头在深海钴结壳开采过 程中的可行性和经济性,讨论了采集头能耗特性的意义,建立了其能耗特性的数学 模型,并按照能耗最小为目标进行了钴结壳采集机器人采集头优化设计。     

适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究

大洋富钴结壳富含战略金属钴等元素,极具开采价值。然而富钴结壳厚度的变化及其赋存的海底微地形的复杂性使得其开采比较困难。为现有的适应富钴结壳微地形的采掘机构合理搭建控制系统,并针对该系统设计有效的控制算法成为目前的关键技术。针对采矿头的特点,对其控制系统的研究与设计,控制系统共由5部分组成:液压系统、微地形检测装置、通讯装置、控制和监测装置及数据存储装置。根据深海实际开采要求采用了广泛用于采掘机械的微控制器和监视器,设计了参数模糊自整定PID控制器。在深水池进行了模拟料切削试验。结果表明,该控制系统各部分协调性好,具有适应微地形的能力。     

碎岩刀具工作面圆弧化机理及解决途径

通过分析孕镶金刚石刀头碎岩和磨损机理，找出引起金刚石刀头工作端面圆弧化的原因，并提出了克服圆弧化现象的几种方法。     

截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响

以变升角螺旋线纵轴式截割头为基础,采用三维设计结合仿真的方式,对截齿按等圆周角间距排布的QC型截割头和按不等圆周角间距排布的UC型截割头进行了设计计算。计算过程的外部参数均相同。当截割头转速为30r/min,横向移动速度为0.04m/s,钻入深度为截割头全长时,QC型截割头主要破岩区切屑图单元面积平均值比UC型截割头大11.7%,可获得更大的岩屑块度;且有效截齿数变动量和截割合力变动量均较小,载荷稳定性更好。仿真模拟结果表明,虽然QC型截割头制造相对复杂,但设计性能优于UC型截割头。     

掘进机截割头多目标优化设计研究

针对掘进机截割头载荷波动和能耗问题,基于各截齿受力均匀和同时参与截割的截齿数保持恒定的优化策略,对截齿排列参数和截割头运动参数进行了多目标优化设计。优化实例表明,截割头的载荷波动和比能耗得到了明显降低,提高了掘进机的工作可靠性和能量利用率。     

掘进机截割头动载荷变化规律的研究

掘进机截割岩石时,需要根据不同的岩层地质条件选择合适的截割头,并调整截割参数。在MATLAB中进行动态仿真模拟,深入研究截割头载荷的变化规律。结果表明,截割头载荷随着截割头截深、截割转速、摆速或钻进速度和截割岩石硬度的不同而发生变化。为截割头的选择和截割参数的调整提供了可靠的依据。     

基于LS-DYNA的掘进机截割头截割过程模拟

应用显示动力学对掘进机截割头截割煤岩的过程进行模拟,以Pro/E、ANSYS/LS-DYNA12.1为分析工具,分截割头横切和钻进煤岩2种工况进行模拟,对结果进行后处理,得到截割头截割煤岩时截割头受到外力的情况,并对其受力情况进行分析比较。     

固定截割方向掘进机截割臂摆角垂直跳动规律

基于系统动力学Lagrange方程,推导建立了掘进机截割臂摆角跳动动力学模型,然后根据其求解的输入问题,提出了一种截割头载荷计算方法,并通过仿真计算分析得到截割头载荷与截割臂驱动油缸压力及截割臂摆角之间的关系。建立了Simulink仿真模型,在截割臂垂直摆动和水平摆动两种截割工况下,分别选取5种截割臂摆角进行仿真求解分析,得到固定截割方向截割摆角垂直跳动规律:截割臂垂直摆动截割时,随截割头载荷的增大,其水平摆角跳动量先减小后增大,最大值可达到5.3°,最小值为0.5°;随截割臂垂直摆角的增大,其水平摆角跳动量先增大后减小,约在20°时达到最大值。截割臂水平摆动截割时,其垂直摆角跳动量先减小后增大,最大值可达到5.4°,最小值为0.3°;随截割臂水平摆角的增大,其垂直摆角跳动量基本呈线性减小。掘进机截割臂摆角跳动规律可为截割臂自动控制及截割头空间位置纠偏提供借鉴。