履齿高度对集矿机牵引性能的影响及参数确定.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报682012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgdcultumlEngineering、，01．28No．1lJun，2012履齿高度对集矿机牵引性能的影晌及参数确定许焰1，吴鸿云2，3※，左立标3(1．长沙学院机电工程系，长沙410003：2．中南大学资源与安全学院，长沙410083：3．长沙矿山研究院有限责任公司海洋所，长沙410012)摘要：为研究履齿高度对集矿机在多金属结核矿区稀软底质卜的牵引性能的影响，并确定履齿高度，以优化集矿机的行走机构。该文基于稀软底质的剪切位移和应力模型，构

2、建了单履带板、齿与稀软底质的驱动力模型和集矿机的附着力模型，研究了履齿高度参数对集矿机在稀软底质上的牵引性能的影响。结果表明，履齿高度能提高集矿机往稀软底质上的牵引性能：集矿机往稀软底七产生的驱动力随履齿高度增加而快速增加；附着力在齿高小于15cm时随齿商增加快速增加，齿高大于15cm后趋缓。集矿机的齿高应不大于15cm。关键词：工程装备，黏附，驱动，集矿机，稀软底质，牵引性能，履齿高度doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2012．11．012中图分类号：THl2，TD98文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一11—0

3、068—07许焰，吴鸿云．左立标．履齿高度对集矿机牵引性能的影响及参数确定[J]．农业工程学报，2012．28(11)：68—74．XuYan，WuHongyun，ZuoLibiao．Influenceofshoetoothheightoftrackedvehicleontractionperformanceanditsparameterdetermination[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(11)：68—

4、74．(inChinesewithEnglishabstract)0引言始于20世纪60年代的大洋多金属结核资源的研究与开发，经过30多年的发展，其采矿技术日趋成熟，基于“集矿机+水力提升输送”的采矿方法较具经济性和可行性‘”1。我国于1999年完成了大洋多金属结核矿产资源研究开发中试采矿系统的总体设计，确定了我国多金属结核采矿系统为“自行式集矿机一水力管道提升一水面船”组成的采矿系统，该系统于2001年成功地进行了130m水深湖试。多金属结核矿区海底表层稀软底质的抗剪性能差，易液化，承载能力弱144]，陆地履带车辆凶接地压力大和低齿结构，在海底作业时易沉陷

5、并凶驱动力不足而原地打滑。集矿机[om】作为一种自行式履带车，具备海底行走和采集功能，采用高齿行走履带，能显著提高其海底牵引性能。Schwarz[¨1、SupHongll21和李力等[13-141针对多金属结核矿区稀软底质的物理力学特性，在实验室进行了模拟稀软底质的土槽剪切试验，建立了稀软底质的剪切模型，基于试验数据获得了不同履齿高度下的牵引力，但收稿口期：2011．12．15修订日期：2012．01．29基金项目：国家“十一五”大洋专项：稀软沉积物上的车辆技术研究(DYXM．115．04．02．03)；湖南省“十一二五”重点建设学科资助项l：1”。作者简介

6、：许焰(1976一)，男(汉族)，湖南长沙人，博上，副教授，主要从事深海设备设计方面的研究。长沙长沙学院机电工程系。410003。Emaihx_v616@163．gom※通信作者：吴鸿云，(1976一)．男(汉族)，湖北洪湖人，中南大学力学博上后。手要从事深海采矿和勘探装备研究与开发方面的研究。长沙长沙矿山研究院有限责任公司海洋所，410012。Email=hongyun_wu76@163．corn未能在理论上给予出履齿高度与牵引力的力学模型以及履齿高度对牵引力的定性描述。姬长英等[15-17]运用错位理论研究了湿软土壤的剪切变形机理，并建立了湿软土壤的“剪

7、切应力一剪切速度一时间”数学模型，推导了单块履带板和履带车辆产生的推力力学模型，并经试验进行了验证，该湿软土壤物理力学特性不同于深海稀软底质，因而其力学模型不一定适宜于深海稀软底质。论文在前期试验和相关理论的基础上，建立集矿机的牵引力力学模型，理论研究履齿高度对集矿机牵引性能的影响，并从附着力方面定量获得集矿机履齿高度，为集矿机的优化设计提供理论依据。1底质的剪切应力一位移模型1．1集矿机集矿机用于采集海底沉积物中的结核并进行初处理，在除去大结核的同时将合格尺寸的结核输入水力管道提升系统中的扬矿管底端，以水力或气力提升方法使管内的水以足够的速度向上运动，将结

8、核输送到水面采矿船上。集矿机采用履带行走方式，产生的