深海采矿集矿机的设计

集矿机是用于水深５０００ｍ左右，环境条件复杂恶劣的海底集其表层多金属结核矿石的设备。文章以深海采矿最新研究成果为依据，结合科学技术进步可能实现的目标，对工业开采使用的集矿机设计进行了探讨。     

深海履带式集矿机设计的研究

集矿机是深海流体提升式采矿系统的核心设备。基于太平洋Ｃ－Ｃ区锰结核的赋存条件，介绍集矿机的采集原理、类型及其设计要求，并着重讨论了履带式集矿机在集矿头与行走机构设计方面必须考虑的问题，对我国现阶段的集矿机研制工作具有参考意义。     

深海采矿集矿机的研究与开发

介绍了我国深海采矿集矿机的研制背景和研究开发历程,对我国现有深海采矿集矿机的组成与结构特点、关键技术问题及其解决情况进行了总结。对集矿机在我国深海采矿研究中的应用,及其在深海底栖工程装备方面的移植和拓展前景进行了展望。     

深海履带式集矿机设计的研究

集矿机是深海流体提升式采矿系统的核心设备。基于太平洋Ｃ－Ｃ区锰结核的赋存条件，介绍集矿机的采集原理、炎型及其设计要求，并着重了履带要矿机在集矿头与行走机构设计方面必须考虑的问题，对我国现阶段的集矿机研制工作具有参考意义。     

SGZD-1型深海集矿机惯性导航定位系统的研究

集矿机在数千米以下的深海底进行采矿作业时,如何掌握集矿机所在确切位置,实时跟踪集矿机的运行轨迹,并控制集矿机在特定的矿区按照规划的采集路线进行行走和采矿,是集矿机导航定位系统研究亟待解决的问题。由于深海工作环境的特殊性,目前国内外应用的深海导航定位大多采用应答式的基线水声系统,但在深海应用中暴露出精度不够、干扰严重、滞后严重等问题,无法满足集矿机定位要求。SGZD-1型深海集矿机惯性导航定位系统以萨格奈克效应作为理论基础,利用激光陀螺捷联惯性测量技术,首次将该项新技术成功应用于深海水下移动设备,有效地解决了水声定位存在的问题,使深海水下移动设备的导航定位有了突破性进展,最大误差降至1 m以内,满足了集矿机水下定位要求,并使我国在这一研究领域迈进世界先进行列。     

海底采矿集矿机智能控制系统的研究

海底采矿集矿机需在5000~6000 m的海底沿预设的路线进行采矿作业。由于海底地质环境、海流、输送管道和电缆等诸多因素的影响,其行走路径的控制至关重要。当其方向发生偏移时,采用常规的方向控制,即使修正方向后,也会产生平移误差。把单纯的方向控制变成了具有人工智能的行走路径控制。控制结构上采用方向、速度、行走路径的三环串级控制,从根本上解决了平移误差问题。     

模型集矿机测控系统过程级与测控回路的研究

水力式模型集矿机测控系统的过程级与测控回路是整个遥测遥控系统的主体部分。介绍了测控系统过程级与测控回路的设计思想，系统结构，工作原理，程序流程，实验结果以及由此而引出的结论。     

深海采矿集矿机定位系统的研究

为了采集海底资源,世界有关国家研制了不同结构的集矿机。但确定集矿机与采矿船的行走路线是深海采矿的难题。介绍了利用短基线声学原理进行集矿机定位,并阐述了定位系统的工作原理、系统组成、水下集矿机的运行轨迹,以及抗干扰的对策和延时的修正。     

深海集矿机行走的视景仿真系统设计与实现

针对深海采矿系统在海底黑暗地带工作无法直观、便捷地监测这一问题,设计和实现了一种基于Visual C++和Vega Prime软件联合开发的深海采矿视景仿真系统。利用Terra Vista软件和Multigen Creator软件构建了三维虚拟场景,包括采矿系统三维实体模型的创建和海底地形的生成,并在Vega Prime软件中实现了视景仿真。介绍了利用Visual C++二次开发Vega Prime视景仿真系统的方法,根据加载的实时数据驱动集矿机模型,控制其运动路径。阐述了Vega Prime与OpenGL联合开发的关键技术及方法,并绘制了集矿机的行走轨迹图。仿真结果表明:此方案能逼真、准确、实时地模拟集矿机在海底的动态运动,对深海采矿作业的顺利进行具有一定的参考意义。     

深海水力提升式采矿系统的研究

介绍深海水力提升式采矿系统所拟用的采矿船、提升系统、集矿机和监控系统，并就其结构、设备配置、设计要点和半工业试验结果等方面进行探讨，给出了本研究结果。     

深海集矿作业车行走控制系统的研究

针对深海稀软底质上采集多金属结核的集矿作业车行走控制问题,采用了上位机-下位机控制模式。采用NI控制器、采集板卡和实时操作系统,基于LabVIEW进行控制系统的软件开发,综合利用惯导、多普勒计程仪(DVL)以及声学定位技术等进行作业车姿态测量和轨迹跟踪,采用分层控制策略实现对集矿作业车水下行走的智能控制。通过实验室水池实验,检验了集矿作业车控制系统的运行性能,为后续海上试验奠定了基础。     

基于CFD方法的海底集矿机模型外形优化

为了减少深海集矿机在工作中所受到的水阻力、提高能量利用率, 利用流体力学软件, 通过求解RANS方程, 选择realizable k-ε湍流模型, 对集矿机模型在海底不同速度下行走进行了流场数值模拟, 得出了模型水阻力随速度变化的一般规律。根据计算结果对集矿机外形进行了优化设计, 得到了几种减小水阻力的优化模型, 数值计算结果表明, 优化模型的外形设计能有效减小集矿机水阻力, 可为今后集矿机外形设计提供参考。     

深海集矿车速度控制与轨迹跟踪设计及实现

对履带式集矿车进行了速度控制与轨迹跟踪系统设计,针对左右两边履带在相同输出情况下速度不一致现象,运用模糊控制调整左右履带速度差。根据长基线水声定位系统的原理设计实验室水池定位系统,在进行水下试验时实现对集矿车的精确定位与轨迹跟踪。实车水下试验结果证实,速度测量精确且稳定,加入模糊控制后左右履带速度达到平衡;水池定位系统可实现对集矿车的轨迹跟踪,行走轨迹表明集矿车可在水底自动直线行走,为集矿系统进行海试提供了基础保障。     

深海采矿海上平台模拟系统的控制研究

基于OPTO22 SNAP控制器, 运用位置反解方法, 构建了深海采矿海上平台模拟六自由度系统。实验结果表明, 该系统可以模拟海上平台的运动姿态, 有助于采矿船与船上工作平台的隔离, 降低工作平台的大幅运动、减少对扬矿管的损伤。     

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。     

智能矿灯充电架通讯系统的研究

探讨、研究并设计了一种并联双通讯线路智能矿灯充电架通讯系统,由采样机和通讯主线组成,若干充电模块均通过通讯主线与采样机信号连接。此系统的液晶屏上设有充电模块,能进行直流供电电压、充电电压和充电电流的数据信息显示。     

深海采矿扬矿实验系统相似条件及相似准数的确定

根据流体动力学原理,从深海采矿扬矿实验系统中流体动力学相似条件入手,利用数学分析方法,研究实验系统中各参数之间的关系,确定实验系统中几何相似、运动相似及动力相似条件以及应遵循的准数。结果表明,主要相似准数为雷诺数(动力相似准数)。试验时根据雷诺数的范围进行速度变化,从而实现运动相似,可为以后建立实验室及具体试验提供理论依据。     

采掘工作面设备智能化控制系统的研究

针对采掘工作面设备智能化的问题,对智能化设备的主要研究内容进行论述,即单机集中操作与智能控制技术、智能监控、检测、故障诊断与维护技术和基于网络的机群智能化管理技术等。煤矿机械装备的智能化不仅可以降低劳动强度,保障人员安全,而且也是采掘工作面无人或少人的前提。采掘工作面设备智能化是煤矿机械装备发展的必然趋势。     

深海采矿机器人行走系统模糊控制研究

为提高矿石采集率,深海采矿工艺要求采矿机器人能恒速高精度跟踪规划的路径。提出了在线自学习并积模糊控制方案,并与常规PID控制算法进行了比较,仿真实验结果表明了改进的模糊控制方法比常规PID控制方法有更好的控制效果。     

坐底式深海采矿系统力学分析

为了隔离中继站与软管及采矿车的相对运动,提出了一种坐底式深海采矿系统,建立了考虑波浪、海流等因素影响的采矿船、张紧器和输送管的全系统耦合分析模型,对各设计工况下张紧器张力、输送管等效应力以及挠性接头转角等参数进行了计算分析,结果均满足相关规范要求,验证了坐底式深海采矿系统的可行性和作业的安全性.