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在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量（38.1%～48.4%）、含水率（88.13%～137.79%）和压缩性（压缩系数：1.86～3.73 MPa-1,压缩模量：1.26～2.13 MPa）,具有更低的密度（1.3～1.5 g/cm3）和强度特性（贯入阻力：0.19～1.32 N,黏聚力：3.7～6.9 k... 相似文献
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针对深海采矿机器人"鲲龍500"行走液压系统,建立深海采矿机器人行走液压系统理论模型,分析深海高压和低温环境对油液特性影响,并基于AMESim软件平台,建立深海采矿机器人行走液压系统数值模型,研究了0～6 000 m不同作业深度下的行走液压系统泵和马达的动态特性,以及在6 000 m水深时不同牌号液压油和行走启动特性对其行走性能的影响,对比分析了深海采矿机器人水池行走试验和500 m海底行走试验的行走泵的输出压力与流量曲线与其数值模拟曲线。研究表明,随着超过1 000 m作业水深的增加,深海行走液压系统的动态响应性能和稳定性显著降低,通过减小行走输入电压斜坡斜率和减小控制电压可以提高行走液压系统的稳定性,并通过试验验证了行走液压系统数值建模与仿真的正确性,为深海液压系统研究提供理论基础。 相似文献
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为预测复杂海底环境下的小型履带式机器人转向运动性能,运用履带与土壤之间的剪切应力-剪切位移关系,考虑履带滑转以及转向离心力因素,并将水中浮力和水阻力参数引入构建履带式机器人深海底质土壤环境下的稳态转向动力学模型。将海底土壤参数、机器人结构参数代入动力学模型迭代求解,分析得到影响海底履带式机器人运动性能的因素。以一款深海小型履带式机器人为研究对象,在动力学仿真软件Recurdyn中构建动力学模型,通过动力学仿真得到的数据与理论计算数据具有较高的一致性,最后通过水池试验对比验证了动力学仿真的正确性。本文提出的稳态动力学模型可以作为海底履带式机器人不同机械结构参数、土壤条件下通过性预测的理论依据。 相似文献
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深海采矿作业中,由于海底软泥稀软,采矿机器人极易打滑,以及海底地形、海流等干扰,采矿机器人容易偏离预定路径。针对采矿机器人的海底作业过程中路径跟踪问题,设计并分析了深海采矿机器人的路径跟踪控制系统。首先提出了艏向控制实现采矿机器人路径跟踪的控制算法,通过采矿机器人与当前目标点相对位置计算采矿机器人的目标艏向角,后基于运动学模型建立模糊比例积分微分(PID)的控制方法控制采矿机器人两侧转速差值进而控制采矿机器人艏向,从而使机器人按目标路径行走;同时为了防止输入过大引起打滑,基于动力学模型数值分析了采矿机器人主动轮角加速度与打滑率之间的关系,采取限制主动轮角加速度方式防止采矿机器人过度打滑;最后通过Matlab/Simulink建立系统模型对系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法能够良好地完成采矿机器人的路径跟踪任务。 相似文献
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对海底不同作业形式的深海大型爬行机器人进行了分类综述，依据当前深海大型爬行机器人在各方面的应用，将其分为了深海采矿机器人和深海挖沟机器人两大类，并对这两类中的一些性能突出的机器人进行了详细的介绍。重点介绍我国第一代、第二代多金属结核采矿机器人，SMD的3个多金属硫化物开采机器人，中科院深海所的富钴结壳规模采样爬行机器人，喷射式挖沟爬行机器人QT2800和机械式挖沟爬行机器人BT2400。并对深海大型爬行机器人的海底复杂行走技术和导航定位技术进行了阐述。行走技术方面，重点介绍Nexans公司的带有铰接式行走腿系统的Spider Dredger，中南大学的铰接履带式采矿机器人和北京矿冶研究总院的复合轮式机器人。导航定位方面，介绍了当前一些在用的深海导航定位技术。最后，对未来深海大型爬行机器人的发展趋势进行了展望。 相似文献
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基于最优切削深度的深海采矿车定位研究 总被引：1，自引：0，他引：1
最优切削深度对矿石开采有着重要意义.为了获取相关深海地貌数据计算采矿车最优切削深度,实现最优开采,先要获得该地貌的准确位置数据,即采矿车准确定位的位置.考虑到深海地貌崎岖不平、车轮打滑、周围能见度低等复杂的工作环境,提出了一种基于从动轮的航位推算定位.通过建立非平坦地形上采矿车的运动学模型,采用电子罗盘等传感器测量采矿车的动态参数,依据运动学模型进行航位推算,从而实现采矿车的准确定位.试验结果较好地达到了预期的要求,为深海采矿车的最优切削深度控制、自主导航、路径规划等提供了前提条件. 相似文献
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实现高精度的定位导航是深海采矿车完成海底工作任务的基础条件。在采矿车行进过程中,声呐设备生成的图像信息能够反映海底场景的变化,从而体现采矿车本身的运动,由此建立了一种声呐图像里程计,并将其与轮式里程计和USBL测量数据相结合提出了一种深海采矿车组合定位导航算法。首先对多波束前视声呐图像进行预处理,然后使用Canny算法进行特征检测并对特征点云进行配准,再结合声呐成像原理构建了声呐图像里程计运动模型,最后通过轮式里程计运动模型推导预测方程、声呐图像里程计运动模型和USBL测量数据推导更新方程,利用EKF（extended Kalman filter）算法实现基于多传感器融合的定位与姿态估计。海试数据验证了该组合定位算法能实现轮式里程计、声呐里程计和超短基线在速度、位置、艏向角估计、定位速率的精度互补,具有一定的有效性和精确性,该算法为深海采矿车的定位与导航算法研发提供了参考。 相似文献
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深海采矿作为新领域资源重点开发项目,国外已开展部分试验研究,国内现阶段仅停留在重点设备部件级功能验证,还未开展过系统整体联动,距离海洋油气等正在进行的规模化商业开采还有很大距离。本文以深海采矿系统整体联动模型为基础,与海洋油气工程作业平台技术模型进行对比,对整体联动风险点进行深度分析,并根据重点风险部件开展其悬挂模式、力学模型研究,探讨深海采矿系统整体联动时应急撤离的策略。研究总结了深海采矿系统整体联动的特点,提出了管道摇摆幅度超出设计范围、平台升沉行程超出伸缩冲程范围等两大关键风险点、提升硬管受力分析方法和对应的应急撤离方案,对深海采矿工程总体设计和工程实施具有指导意义和参考价值。 相似文献
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深海采矿系统中的长距离垂直输运管道在工作中具有复杂的流固耦合力学特性,在生产作业中其结构安全性和可靠性面临严峻考验。建立深海采矿系统从海底到水面的完整模型,采用集中质量法对于其中的长距离垂直输运管道的环境载荷进行了研究,并将计算结果与模型试验测量值进行对比验证,重点分析管道顶部轴向张力和剪力的大小关系以及变化规律。分析结果表明:在深海采矿系统的长距离垂直输运管道中,轴向张力在结构载荷占主要成分,由波浪引起的结构轴向张力增加会达到管体自重的38%～48%。因此,选择合适的作业工况对降低结构载荷,加强结构安全性能有很大帮助。 相似文献
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The impact load (equivalent impact height) applied to deep-sea sediment by a walking mining machine was first deduced by the energy conservation principle, and the simulative soil was prepared based on the deep-sea sediment collected from the Pacific C-C mining area. The self-designed impact compressive creep tests of the simulative soil were conducted under different ground stresses and impact heights, in order to determine impact compressive creep parameters using a K-H rheological model. Test results show that the impact compressive creep curves have three similar creep stages (transient creep, unstable creep, and stable creep) to static compressive creep curves, where the transient creep deformation and total deformation at the unstable creep stage decrease with the impact load. Among the three impact compressive creep parameters (K1, K2, β) of the simulative soil, K1 is first increased with impact height and finally fluctuated to a certain stable value, while K2 and β are approximately linearly increased with impact height. The maximum subsidence of the mining machine under a specific designed ground stress and walking velocity predicted by the impact compressive creep constitutive equation can be used for safety assessment of the mining machine. 相似文献
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AbstractDue to the low shear strength of deep-sea sediment, crawled mineral collector is easily slips in the deep-sea mining process, therefore, high-traction bionic grouser is needed to be studied to improve the working efficiency. Based on the rate-dependent characteristics of deep-sea sediment, a rate-dependent extended Drucker-Prager material constitutive model is used to define the deep-sea sediment. The Arbitrary Lagrange-Euler finite element (LEA-FE) was used to simulate the cutting process of different bionic grousers at different speeds. By comparing the simulation of different grousers, it was found that the maximum traction of grouser is related to the grouser parameters (distance L from the top to the curvature change point and curvature radius R). By analyzing the traction characteristics of different bionic grousers, the binary quadratic regression equation between maximum traction and bionic grouser parameters was established and the best bionic grouser parameters were obtained by the optimization algorithm. Based on the rate-dependent properties of deep-sea sediment, the traction characteristics at different speeds were analyzed and the relationship between maximum traction and speeds was established, the best bionic grouser walking speed was obtained, which can provide the theoretical basis for the crawled mineral collector. 相似文献
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以载人深潜器的各种水动力参数和实际尺寸为基础,根据几何空间坐标方程建立了其运动学模型,采用MultiGen公司的Creator建模工具和Vega视景环境完成了在深海虚拟环境下的系统仿真。该系统可以实现深海机器人的可视化,更加直观、生动和实时的反映其位姿状态和水面、水下巡航过程。该系统实际应用在中国科学技术馆深海机器人展馆项目上,一方面展示载人深潜器的水下工作过程,同时也使得观众有机会亲身体验潜水器的操纵与驾驶。实际运行结果表明,该系统逼真地演示了载人深潜器水面备航、无动力下潜以及近海底巡航等仿真过程,能够满足系统仿真的实时性要求。该系统还可以应用到深海环境模拟研究、水下机器人运动仿真、控制系统调试以及操纵驾驶训练等中。 相似文献
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为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明：围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。 相似文献
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针对从中国南海北部海域某深水区采集的表层沉积物柱状样,进行了沉积物微观结构的扫描电镜测试、矿物成分的X射线衍射试验以及物理和力学性质的统计学分析。结果表明,该深水区海底表层沉积物通常为有机质软黏土,具有高含水率、低密度、高孔隙比、高液限、高可塑性、低强度等典型特征。统计分析和假设检验表明,沉积物的物理和力学指标均呈现变异性,且后者普遍高于前者。相对密度、含水率、液塑限和塑性指数服从正态分布;容重、碳酸盐含量、不排水抗剪强度、灵敏度接近假设检验结果,近似服从正态分布。研究结果可为深水海底工程结构设计的海床土性参数取值提供参考。 相似文献
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In deep-sea mining engineering, the compression–shear coupling effect of the sediment on the moving tracked mining vehicle must be considered, since it is proved to be existing in compression–shear creep test of the sediment simulant. Based on the endochronic theory, the compression–shear coupling rheological model is established by the definition of intrinsic time and calculation of deviatoric tensor, where the coupling rheological parameters can be obtained by the compression–shear creep test. For simulating sinkage and traction force of the moving tracked mining vehicle, the compression–shear coupling rheological model as well as compressive rheological model and direct shear rheological model (regardless of coupling rheological effect) is programmed and introduced into RecurDyn software (with only traditional elastic–plastic constitutive model) for comparison. Research results show that the sinkage is the largest, and the traction force is the smallest under the compression–shear coupling rheological model, which could better reflect the worse working situation. The compression–shear coupling rheological model could provide theoretical basis for optimal design and safety assessment of the tracked mining vehicle. 相似文献
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在深海采矿系统中,海底矿石必须经过扬矿泵才能提升到海面船上,但矿石粒径较粗,容易在泵体中形成堵塞,尤其是在扬矿泵导叶区域,因此,研究粗粒在导叶中的运动特性对于保障系统安全工作具有重要意义。针对深海矿物粒径较大的特点,设计并制作了具有宽流道的扬矿泵流道模型,安装于管道输送试验系统。利用高速摄像机对扬矿泵导叶内粗颗粒运动特性进行了记录,并对其运动轨迹、碰撞情况以及颗粒速度等信息进行了分析。结果表明:颗粒在通过导叶区域时,运动轨迹与水流流向基本一致;颗粒与导叶发生碰撞位置主要集中于导叶背面入口处、导叶压力面中部和导叶背面出口处;颗粒粒径越小,跟随性越好,碰撞次数越少。试验结果可为扬矿电泵设计提供参考。 相似文献