CN102839977B - 一种深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法 - Google Patents

一种深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法 Download PDF

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一种深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法，该装置包括机架，机架四内角固接四组液压油缸组，油缸组的活塞杆端伸出；机架底部后端设有液压站，机架底部前端固定有工作台，工作台上部与机械臂铰接，机械臂顶端安装有截割头，驱动截割头的液压马达通过油路与液压站相连；截割头上部与滑轨连接，滑板嵌套于滑轨内，截割油缸两端分别与截割头和斗杆铰接；本发明还包括使用深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法。本发明结构紧凑，自动化程度高，工作可靠，效率高，适用范围广。使用本发明，可获得不同截深下的矿体的截割阻力，测试结果精确。

Description

一种深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种矿体截割阻力原位测试装置及方法，尤其是涉及一种深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法。
背景技术
截割头作为深海多金属硫化物矿开采装置中极为重要的一个关键部件，其性能的优劣直接关系着整个系统的开采能力与效率。深海多金属硫化物矿体的截割阻力，作为矿体极为重要的一个力学参量，直接决定了截割头的设计。在现场通过原位测试方法获取深海多金属硫化物矿体的截割阻力，比在实验室的测试结果更为精确。目前尚未有深海多金属硫化物矿体的截割阻力原位测试方法及装置的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种测试精度高的深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置及方法。
本发明之深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置包括机架，机架的四内角固接四组液压油缸组，油缸组的活塞杆端伸出，构成机架的支腿，用于支撑在海底；
机架底部左侧依次固接有压力补偿机构、电子仓和水下变压器，机架底部右侧依次固接有阀箱、水下电池，机架底部后端设有液压站，机架底部前端固定有工作台，工作台上部与机械臂铰接，机械臂顶端安装有截割头，驱动截割头的液压马达通过油路与液压站相连； 
所述机械臂由斗杆、斗杆油缸、动臂和动臂油缸组成，斗杆和动臂铰接，斗杆油缸的油缸端与动臂前部上端面的耳座铰接，斗杆油缸的活塞杆端与斗杆铰接，动臂油缸的活塞杆端与动臂中部的耳座铰接，动臂油缸的油缸端和动臂前后铰接于工作台上；
所述截割头上部与滑轨连接，滑板嵌套于滑轨内，滑板中心开孔，截割油缸穿过滑板中心孔，截割油缸两端分别与截割头和斗杆铰接。
进一步，所述机架为倒锥形框架结构。
进一步，所述滑轨为U形滑轨，截割头上部通过螺纹连接U形滑轨。
截割头按预设的截深截割矿体时，所受到的截割力矩与截割半径的比值即为矿体的截割阻力；在液压马达的的排量及机械效率和截割半径已确定的情况下，截割力矩采用压力传感器测试出驱动截割头的液压马达工作压力，经换算为矿体的截割阻力；计算公式为：
；
式中：∑Z—截齿所受到的截割力之和；
      p—液压马达的工作压力；
q 0 —液压马达的排量；
η—液压马达的的机械效率；
R—截割头的截割半径。
使用本发明之深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法为：
在驱动截割头的液压马达上设置一压力传感器，在截割头工作时，用于检测驱动截割头的液压马达的工作压力；在截割油缸内置一位移传感器，在截割头工作时，用于预先设定需截割矿体的截深；
将机架着底后，启动液压站，机械臂伸出，控制截割头贴近矿床表面，启动截割头，机械臂的斗杆、斗杆油缸、动臂和动臂油缸联合动作，带动截割头除去矿床表层沉积物，之后截割头停止工作，机械臂回位；
再次启动截割头，截割油缸的活塞杆端伸出，在位移传感器的作用下，截割头按照预设的截深截割矿体，固定动臂，斗杆油缸和截割油缸联合控制截割头沿截深截面按预设的截深截割矿体；
在矿体截割过程中，通过压力传感器测得驱动截割头的液压马达的工作压力p；按照以下计算公式即可获得预设截深下矿体的截割阻力，预设截深通过设于截割油缸上的位移传感器预先设定，计算公式为：
；
式中：∑Z—截齿所受到的截割力之和；
      p—液压马达的工作压力；
q 0 —液压马达的排量；
η—液压马达的的机械效率；
R—截割头的截割半径；
其中，液压马达的排量q 0 和机械效率η在购买液压马达时即定，能从产品说明书上获得；截割头的截割半径R通过对截割头进行测量获得，截割半径R为一固定值。
本发明结构紧凑，自动化程度高，工作可靠，效率高，适用范围广。使用本发明，可获得不同截深下的矿体的截割阻力，测试结果精确。
附图说明
图1为本发明矿体截割阻力原位测试装置结构示意图；
图2为图1所示矿体截割阻力原位测试装置A处放大结构示意图；
图3为本发明矿体截割阻力原位测试装置工作状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明之深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置包括机架10，机架10的四内角固接四组液压油缸组，油缸组的活塞杆端伸出，构成机架的支腿17，用于支撑在海底。
机架10底部左侧依次固接有压力补偿机构16、电子仓15和水下变压器14，机架10底部右侧依次固接有阀箱11、水下电池12，机架10底部后端设有液压站13，机架10底部前端固定有工作台8，工作台8上部与机械臂铰接，机械臂顶端安装有截割头1，驱动截割头1的液压马达通过油路与液压站13相连。
所述机械臂由斗杆4、斗杆油缸5、动臂6和动臂油缸7组成，斗杆4和动臂6铰接，斗杆油缸5的油缸端与动臂6前部上端面的耳座铰接，斗杆油缸5的活塞杆端与斗杆4铰接，动臂油缸7的活塞杆端与动臂6中部的耳座铰接，动臂油缸7的油缸端和动臂6前后铰接于工作台上。
参照图2，截割头1上部与滑轨19连接，滑板18嵌套于滑轨19内，滑板18中心开孔，截割油缸3穿过滑板18中心孔，截割油缸3两端分别与截割头1和斗杆4上的耳销铰接。
所述机架10为倒锥形框架结构。
所述滑轨19为U形滑轨，截割头1上部通过螺纹连接U形滑轨19。
参照图3，使用本发明之深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法为：
在驱动截割头1的液压马达上设置一压力传感器，在截割头工作时，用于检测驱动截割头的液压马达的工作压力；在截割油缸3内置一位移传感器，在截割头工作时，用于预先设定需截割矿体的截深；
将机架10着底后，启动液压站13，机械臂伸出，控制截割头1贴近矿床9表面，启动截割头1，机械臂的斗杆4、斗杆油缸5、动臂6和动臂油缸7联合动作，带动截割头1除去矿床9表层沉积物，之后截割头1停止工作，机械臂回位；
再次启动截割头1，截割油缸3的活塞杆端伸出，在位移传感器的作用下，截割头1按照预设的截深截割矿体，固定动臂6，斗杆油缸5和截割油缸3联合控制截割头1沿截深截面2按预设的截深截割矿体；
在矿体截割过程中，通过压力传感器测得驱动截割头的液压马达的工作压力p；按照以下计算公式即可获得预设截深（预设截深通过内置于截割油缸3上的位移传感器预先设定）下矿体的截割阻力：
；
式中：∑Z—截齿所受到的截割力之和；
      p—液压马达的工作压力；
q 0 —液压马达的排量；
η—液压马达的的机械效率；
R—截割头的截割半径。
其中，液压马达的排量q 0 和机械效率η在购买液压马达时即定，能从产品说明书上获得；截割头的截割半径R通过对截割头进行测量获得，截割半径R为一固定值。

Claims (3)

1.一种使用深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法，
所述深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置，包括机架，机架的四内角固接四组液压油缸组，油缸组的活塞杆端伸出，构成机架的支腿；
机架底部左侧依次固接有压力补偿机构、电子仓和水下变压器，机架底部右侧依次固接有阀箱、水下电池，机架底部后端设有液压站，机架底部前端固定有工作台，工作台上部与机械臂铰接，机械臂顶端安装有截割头，驱动截割头的液压马达通过油路与液压站相连； 
所述机械臂由斗杆、斗杆油缸、动臂和动臂油缸组成，斗杆和动臂铰接，斗杆油缸的油缸端与动臂前部上端面的耳座铰接，斗杆油缸的活塞杆端与斗杆铰接，动臂油缸的活塞杆端与动臂中部的耳座铰接，动臂油缸的油缸端和动臂前后铰接于工作台上；
所述截割头上部与滑轨连接，滑板嵌套于滑轨内，滑板中心开孔，截割油缸穿过滑板中心孔，截割油缸两端分别与截割头和斗杆铰接；
其特征在于，
在驱动截割头的液压马达上设置一压力传感器，在截割头工作时，用于检测驱动截割头的液压马达的工作压力；在截割油缸上内置一位移传感器，在截割头工作时，用于预先设定需截割矿体的截深；
将机架着底后，启动液压站，机械臂伸出，控制截割头贴近矿床表面，启动截割头，机械臂的斗杆、斗杆油缸、动臂和动臂油缸联合动作，带动截割头除去矿床表层沉积物，之后截割头停止工作，机械臂回位；
再次启动截割头，截割油缸的活塞杆端伸出，在位移传感器的作用下，截割头按照预设的截深截割矿体，固定动臂，斗杆油缸和截割油缸联合控制截割头沿截深截面按预设的截深截割矿体；
在矿体截割过程中，通过压力传感器测得驱动截割头的液压马达的工作压力p；按照以下计算公式即可获得预设截深下矿体的截割阻力，预设截深通过设于截割油缸上的位移传感器预先设定，计算公式为：
；
式中：∑Z—截齿所受到的截割力之和；
p—液压马达的工作压力；
q 0 —液压马达的排量；
η—液压马达的的机械效率；
R—截割头的截割半径；
其中，液压马达的排量q 0 和机械效率η在购买液压马达时即定，能从产品说明书上获得；截割头的截割半径R通过对截割头进行测量获得，截割半径R为一固定值。
2.根据权利要求1所述的使用深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法，其特征在于，所述机架为倒锥形框架结构。
3.根据权利要求1或2所述的使用深海多金属硫化物矿体截割阻力原位测试装置进行原位测试的方法，其特征在于，所述滑轨为U形滑轨，截割头上部通过螺纹连接U形滑轨。
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