螺旋滚筒破碎头切削富钴结壳过程仿真及其载荷波动性研究

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1、生直太堂亟±堂僮捡塞摘要深海钴结壳是大洋底部最具吸引力的矿产资源之一，产出在水深800—3000m的平坦海山、岛屿斜坡上，其平均厚度仅为4—6cm，富含钴、铂、镍、锰、铜、铁、磷、钛、锌、铅、铈等战略物质。由于其巨大的战略意义和经济价值，深海钴结壳开采技术与装备的研究已成为国内外研究的一个热点。钴结壳开采的难点之一就是如何将薄薄的一层钴结壳从高低不平的基岩上破碎剥离下来，而且保证螺旋滚筒破碎头长期稳定的工作。为此，必须研究掌握破碎头及其截齿所受最大载荷(极限参数)的分布范围，和工作参数对破碎头载荷波动

2、性影响的规律。但由于海底钴结壳微地形的不同和海洋采矿环境的恶劣、复杂性，难以进行耗资巨大的海上实物试验。本文基于螺旋滚筒破碎头及其截齿的运动学、受力分析和实验室试验等方法，建立了螺旋滚筒破碎头工作载荷的数学模型；基于具有方向性随机中点移位算法实现了钴结壳微地形的生成和重构，在此基础上，研制了螺旋滚筒破碎头切削富钻结壳过程仿真程序。利用计算机仿真程序，生成200组模拟海底钴结壳微地形数据，将其作为随机钴结壳微地形总体的一个样本，并对该样本进行破碎头切削过程的仿真。通过仿真研究，得出破碎头及其截齿所受载荷

3、的分布范围，和工作参数对破碎头载荷波动性影响的规律，为截齿、破碎头及相关联结部件设计提供理论依据，为减小破碎头载荷波动性提供了理论指导。论文的研究成果，对此类钴结壳开采装备的设计提供了理论基础。关键词钴结壳，破碎头，波动系数，分布特征，计算机仿真生盈太堂砸±堂僮论塞△旦SⅡ坠盟ABSTRACTCobalt-richcrust，whichgrowsinthesmoothslopeofseamountrangedfrom800to3000m，isoneofthemostattractivemineralr

4、esourcesinthedeep-seabed．Itsaveragethicknessisonly4to6centimeters，andisrichinstrategicresourcessuchascobalt，platinum,nickel，manganese，copper,iron，phosphorus，titanium,zinc，leadandceriumetc．Becauseofitspracticallystrategic，economicandpoliticalsignificance

5、，cobalt-richcrusthasbecomeagreatconcerninoceanresourceexploitationforeverycountry．Thefirstproblemofminingcobalt．richcrustiShowtocrushthethinlayerofcobaltcrustfromthefluctuantsurfaceofbedrock,andguaranteethattheminingheadcansteadilyworkforthelonghaul．Iti

6、snecessarytoascertainthedistributionrangeofmaximumloadoftheminingheadanditscuttingtooth，andconcludethelawofworkparametershowtoinfluenceloadfluctuationofthemininghcadbythemeanofexperiment．Becauseofthedifferenceofseabedtinyterrainandthecomplexityofoceanmi

7、ningenvironment．itisdi伍culttodosoexpensiveoceanexperiment．Basedonmethodsofkinematicanalysis，loadanalysis，andexperiment，themathematicalmodelofworkingloadoftheminingheadhasbeenestablished；basedonmidpointdisplacementtypifieddirectivity,seabedtinyterrainhas

8、beenrealizedbygeneratingandreconstruction，then，theprogramofsimulatingcuttingprocessofminingheadhasbeendeveloped．Basedonsimulationprogram，twohundredsdatasimulatingseabedtinyterrainsaregenerated，andterrainsareregardeda8asampleofran