履带板、齿间黏附底质对集矿机附着性能的影响.pdf

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1、第26卷第10期1402010年10月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVbl．26No．10Oct．2010履带板、齿间黏附底质对集矿机附着性能的影响吴鸿云1，一，陈新明2，刘少军1，高宇清2，(1．中南大学机电学院，长沙410083：2．长沙矿山研究院，陈秉正2长沙410012)摘要：为优化设计集矿机的机构，分析了行走履带板、齿间黏附稀软底质对集矿机附着性能的影响。该文分析了集矿机的履带板、齿与稀软底质的黏附，通过建立集矿机在稀软底质上的附着力数学模型，理论研究稀软底质的物理力学参数和集矿机结构参数对其附着性能的影响。稀软底质的物理力学特性和履带板、

2、齿材料特性等因素影响了底质的黏附，稀软底质在链环上依次分布沿前进方向逐渐减少，黏附底质使集矿机的附加重量和接地压力约增加25％。集矿机的附着力由内聚作用力、驱动力、摩擦阻力和内摩擦作用力等组成，前二者分别约占附着力的40．6％和33．8％，内摩擦作用力和摩擦阻力可忽略。履齿的有效剪切高度降低，大大降低了集矿机的附着力，集矿机的齿高应设计为15cm。履带板、齿问黏附底质降低了集矿机的附着性能。关键词：工程装备，黏附，行驶，阻力，集矿机，稀软底质doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．10．023中图分类号：THl2，TD98文献标志码：A文章编号：

3、1002—6819(20lO)一10-0140-06吴鸿云，陈新明，刘少军，等．履带板、齿间黏附底质对集矿机附着性能的影响[J]．农业工程学报，2010，26(10)：140——145．WuHongyun，ChenXinming，“uShaojtin，eta1．Influenceofsofisedimentadheredtotrackonadhesionperformanceofseabedtrackvehicle[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：140一145．(inChinesewithEnglishabstract)0引言伴随

4、着现代工业的迅猛发展，金属矿产资源数量消耗量与曰俱增，为应对地球陆地金属矿产资源枯竭的资源危机，上世纪中叶，世界各国先后开展了海洋矿产资源的开发利用研究1¨。在中国大洋协会的组织下，通过实施深海多金属结核开采系统研究“八五”、“九五”2个5年计划，我国完成了深海多金属结核中试采矿系统的技术设计，于2002年成功进行了采集系统的深水试验【2-4]。试验发现，集矿机的行走履带黏附有大量的稀软底质，降低了集矿机的履齿的有限剪切高度，影响了集矿机在稀软湖底的牵引性能。XiuLunWangt副等理论分析了履带车辆产生最大推力和牵引力时的履带板厚度与履带板宽度比以及履齿的高度。Mare

5、kM．Poncyliusel6J究了履齿参数、滑转率等对履带车辆的牵引力的影响。z．Asaf等【_7】并计算了不同接地压力下不同履齿高度采用DEM、McKyes和Beker等不同模型下的牵引力。宁素俭【8I研究了长度、履齿高度对牵引力的影响。曹光民掣9J研究了齿高及数量对工程机械牵引附着性能。本论文在对中试采矿系统的集矿子系统进行了改进与完善取得的成果的基础上，针对集矿机在稀软底质上收稿日期；2010-05．20修订日期：2010-06-08基金项目：中国大洋协会深海资源勘查技术子项目(DYXM，115-04-02-03)作者简介：吴鸿云(1976一)，男，湖北洪湖人，博士

6、生，机械工程专业，主要从事深海设备的研究与开发。长沙长沙矿山研究院海洋所，410012，Email：why@,eimr．eom．cn行驶过程中出现的滑转沉陷问题，理论研究集矿机在稀软底质上的牵引性能，进而为研制适用于深海环境作业的集矿机行走机构提供理论依据与技术支撑。1履带板、齿与稀软底质的黏附机理1．1土壤与非土壤材料的黏附力行为土壤黏附是土壤与各种非土壤材料的黏附行为，反映了土壤的力学性质，是一种界面现象，发生在土壤与非土壤固体材料的接触界面。根据土壤的力学性质，土壤黏附分为2种形式：正向黏附和切向黏附。土壤在其他材料上黏附能力的高低，通常由黏附力测量。土壤黏附力又称黏

7、着力或外附力，是指土壤与其他物体表面间的作用力，这种作用力可以是在土壤与物体问加压之后产生，也可以是不加压就存在。当土壤与非土壤同体材料发生相对滑动时，土壤对非土壤固体材料表面沿运动方向的黏附阻力，称为土壤的切向黏附力。当土壤与非土壤困体材料紧密接触时，在工作接触界面投影面的垂直方向的抗拉强度，或单位面积的拉脱力，称为土壤的法向黏附力。土壤对地面机械行走装置触土部件的黏附，基本上属于法向黏附力[10-11。1．2履带板、履齿与深海稀软底质的黏附影响因素影响稀软底质黏附于履带板、齿间的因素有很多，主要包括稀软底质的物