戈壁地貌机械接触式地形探测器的研制

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1、戈壁地貌机械接触式地形探测器的研制第一章绪论1.1课题背景作为资源大省，目前新疆多种矿产资源的储量和开采量已居我国首位⑴。但是伴随着矿产资源的开发，各种原因造成的土壤污染问题也日益突出。几十年来，新疆铀矿勘探过程中共完成槽探约6.6X10V,由于早期采用的坑探、槽探方式的特殊性和处置的随意性，产生了近5.0Xleft矿渔、废矿石。这些放射性废渔、废石的随意堆放对地表土壤造成了严重污染，见表随着资源开发利用的深入，伴生放射性金属的资源也得到了开发。但由于伴生放射性资源放射性水平普遍较高，在开发过程中极易对周围区域土壤造成放射性污染如新疆伊

2、犁地区某铀伴生煤矿在开发过程中，剥离出的高放射性水平煤石干石、煤炭的堆积洒落造成了环境土壤放射性污染，见表1-2[4]。新疆境内的三大油田（克拉玛依油田、塔里木油田和土哈油田）分布较为广泛，由于石油生产流程复杂，工序繁多且差别大，在不少作业环节中经常会出现非常规性污染，严重破坏周边的生态环境。土壤一旦被石油浸入，其结构将被破坏，理化性质发生变化，并将逐渐失去生态功能「5]。石油中的致癌物多环芳烃PAHs也极易通过呼吸等方式进入人体内[6_8]。新疆某油区内的土壤环境状况调查表明，开采过程中产生的钻井废水、原油脱出水、井下作业废水、钻井废

3、弃泥装、钻井岩肩、污水处理厂污泥、罐底油泥等对其区域内土壤造成了严重污染，土壤中石油类、铬元素、总盐含量升高，有机质含量降低，PH趋于弱酸性。..1.2地形探测器国内外研究现状与发展趋势根据不同用途和要求，地形探测器种类繁多，从古代的目测、竹竿等原始测量手段发展到现代的基于光学、声学、电磁学的高技术探测系统。按照探测器与被测对象接触方式的不同，地形探测器可分为接触式和非接触式两类。接触式地形探测器主要是利用限深轮、滑靴等与地表接触前行时测量限深轮或滑靴随地形起伏产生的位移或角度变化，进而控制机具的作业深度。图1-4为日本研制的一种用于控

4、制旋耕机耕深的地形探测器。该地形探测器主要由整地板和深度传感器构成。当旋耕机的耕深发生变化时，附着在旋耕机上的整地板的角度随之发生变化。整地板上的深度传感器将这种深度变化转化成电信号，并与预定值比较，进而将耕深调整至定值。测量时，探测器仿形地轮在未耕地表上滚动，当地表高程发生变化，地轮上抬，摆杆和摇杆绕点转动，于是滑块沿导杆上下移动并带动拉力弹簧使应变梁产生变形，粘贴在梁上的电阻应变片相应地受到拉伸和压缩，使其电阻值发生变化，进而测得地形起伏变化量，其量程达30an。中南大学研制了主要由回转体、探头、角度传感器等构成的机械接触式微地形探

5、测器。第二章戈壁地貌机械接触式地形探测器设计方案2.1机械接触式地形探测器锐刨切深控制技术分析在目前商业化的产品中，典型的机械接触式地形探测器主要由限深轮（或金属滑靴)、位移传感器等组成。限深轮（或金属滑靴）在路面前行时感知路面的起伏变化，并由连接在其上的位移传感器测量路面起伏变化量，然后将位移传感器测量信号送至切深控制器，切深控制器对测量信号进行处理运算后，发出控制信号控制支撑液压駐的升降，实现机具切削深度的控制。图2-1所示为机械接触式地形探测器统刨切深控制系统原理图。地形探测器中连接滑靴的位移传感器和电磁换向阀分别接入L)(ZY1

6、000型铣刨机地形探测器铣刨切深控制系统中的切深控制器。工作时，首先进行调零，然后根据作业需要设定铣刨切深，铣刨鼓即开始切削，当地形探测器的滑靴与铣刨鼓之间的位置差偏离设定铣刨切深时，控制器就会控制油紅动作，调整铣刨切深与设定切深保持一致。切深控制系统中液压系统是控制的执行机构，它的特性直接影响统刨切深控制系统的控制特性，从而影响洗创切深的控制精度。该系统中液压粟为26005型齿轮菜，流量27L/min;三位四通电磁换向阀为北京华德4Pa，80L/min);液压赶的额定工作压力20MPa，虹径100_,活塞杆直径50mm，行程150mm

7、;分配在单个支腿上的车体负载为35000N。洗刨切深控制系统中的液压系统属于位置伺服控制系统，对该系统主要考察由输入信号、外扰负载力和内扰引起的稳态误差。2.2戈壁地貌砂土本构关系测试及恒接地压力地形探测思想提出上一节分析及实验表明，地形探测器限深轮在戈壁地貌行走探测时其下陷量仅与垂直载荷有关。为避免机械接触式地形探测器的限深轮在戈壁松散砂土地面工作时下陷而失去测量作用，限深轮行走在松软的地面上时，通过控制限深轮接地压力为一个恒定值，从而使其始终与地面保持良好的接触且控制下陷量一致。此时，即可获得地表地形的有效数据，并利用该地形数据实时

8、控制作业机具的切削收集深度。恒接地压力地形探测的核心思想是通过控制探测器限深轮接地压力，保证其下陷量一致，进而提高测量精度。在实际应用中，作业前可实地测取待测区域的接地压力值。根据上一节所述恒接地压力地形探