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浮游式采矿车方案设计及其作业过程仿真研究

龙江志  
【摘要】:课题来源于中国大洋协会“十五”深海技术发展项目“钴结壳采集模型机关键技术及装备研究”(DY105-3-2)。浮游式缆控水下机器人(ROV)是钴结壳开采的四种行走方式之一。本文应用虚拟样机技术,采用多刚体动力学仿真分析的方法研究了一个浮游式缆控水下机器人(浮游式采矿车)在深海钴结壳开采作业中的稳定性和作业情况。 通过进行浮游式采矿车的方案设计,本文建立了该方案下的浮游式采矿车的机械系统模型,并以此为研究对象,对此采矿车进行了力学分析,从而建立起了该采矿车的简化数学模型。在该简化模型的基础上,借助多刚体动力学仿真分析软件ADAMS建立了该采矿车的虚拟样机模型,对此采矿车的近海底着地过程、平地作业过程、越障越沟过程、斜坡作业过程等进行了动力学仿真。并针对影响浮游式采矿车性能的可能因素,仿真分析了软管作用力、前进推进器推进力、采矿车纵倾角等因素对采矿车性能的影响。研究表明: 1.影响此浮游式采矿车性能的主要因素是软管作用力、前进推进器推进力、采矿车纵倾角和切削头作用力。当该采矿车与软管之间的作用力过大时,此采矿车将无法把钴结壳从基岩上削落,甚至无法作业;由于此采矿车上的切削头与地面作用力很强烈,其的前进速度主要受其影响,但前进方向推进器产生反向推力时能使它的前进速度下降较大;该采矿车纵倾角对作业有影响,纵倾角为零时,切削头受力最好,钴结壳容易削落,纵倾角过大,会出现无法将钴结壳削落;平地作业,无地形影响时,此采矿车能稳定作业。 2.该采矿车近海底着地时,与地面存在碰撞冲击,该冲击可能会影响车载设备的安全和性能。建议将切削头的夹持机构设置为活动的,或让采矿车自然下落着地,以减小冲击影响,但采用自然下落着地,需要较长的着地时间。 3.此采矿车在越障(越沟)后重新采矿前,其切削头与地面之间有碰撞冲击。采用自然下落着地后,碰撞强度减弱,但需要更的时间着地重新采矿。在该采矿车越障(越沟)作业过程中,存在着一个最小越障(越沟)行程,该行程决定了它对地形适应性。 本文的研究成果对于该浮游式采矿车用于深海采矿作业可行性 中南人学硕士学位论文 摘要 论证、作业过程的预报和水下机器人的研究具有重要的理论意义和实 用价值。


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