适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统研究与设计.pdf

中南大学硕士学位论文适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统研究与设计姓名：李爱强申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：何清华20060101摘要大洋富钻结壳富含战略金属钻等元素极具开采意义。然而富钻析。通过简化建模和地形匹配的方法详细研究了采矿头的切削位姿结壳厚度的变化以及其赋存的海底微地形的复杂性使得其开采具有较大的技术难度。因此没计一套适应富钴结壳微地形的机构及其控制系统是开采富钻结壳的关键。基于这一课题本文展开了对采矿头控制系统的研究与设计。本文首先对富钴结壳微地形进行了系统论述并对相应的开采机构及其控制方法、富钻结壳厚度和微地形探测方法进行了对比研究分特别研究了由采矿车本身引起的切削位姿补偿并设计了软件实现方案。然后进行了控制方案研究与设计根据深海实际开采要求采用了广泛用于采掘机械的微控制器和监视器。完成了控制系统设计实现了微地貌探测信号与监视器之间的串口通讯以及微控制器和监视器之间的ㄑ叮懔嗽谙叩魇院筒问凳倍允镜男枰#芯分析了液压冲击问题及抗干扰措施等问题。另外考虑到液压系统的非线性、时变不确定性以及将来实际开采时影响因素的复杂性等设计了参数模糊自整定刂破鳎抡娼峁砻髌渚哂薪虾玫亩蔡特性表现出较强的自适应能力。最后在深水池进行了模拟料切削试验研究。结果表明该控制系统各部分协调性很好稳定性、快速性、准确性等性能较好具有适应微地形的能力为将来的实际开采进行了必要的前期研究和技术储备。关键词富钻结壳开采微地形采矿头切削位姿控制系统’。甿．．．印·甌甌甌．．疭甌哆．．．瑃—．Ⅱ。第一章绪论富钴结壳开发背景及意义富钴结壳畆核之后人类发现的又一深海矿产资源其广泛分布于各大洋盆地的海山斜坡或平顶海山顶部。据估计海底有蚱椒角妆桓活芙峥歉哺牵缮诙值钴。富钻结壳一般形成于．米水下较厚及含钴较多的结壳位于米的洋底。陆地上钴矿含钴量一般低于％而钴结壳中钴的含量可达ヒ陨希虽然富钴结壳的化学成份与锰结核大致相同但钴含量为锰结核的倍。结壳不仅富含重要的金属钴而且钛、铈、镍、铂、锰铊锑等稀有金属含量也较高【。富钴结壳中的钴、锰、镍一般甩于钢铁生产中以增强其硬度、强度及抗腐蚀性。％的钴用于生产航天领域的超合金。钴、锰、镍还可用于化学及其它高科技产业如生产太阳能电池、超导体、高级激光系统及切削刀具。目前钴的主要生产地为非洲的扎伊尔赞比亚以及俄罗斯、澳大利亚和加拿大等国捌。目前世界每年钴消耗量为郑⑶乙％左右的速度递增】。因此从世纪年代开始美国、德国、日本、俄罗斯、法国、澳大利亚韩国以及我国等对大洋富钴结壳展开了勘探调查并对关键技术进行了研究美国、日本等国还进行了富钴结壳试采。年德国克劳斯塔尔一策勒费尔德工业大学甖琓钠ぬ亍す秃太平洋一号”埠酱韵耐哪喜康睦扯魅旱进行了第一次系统地调查。年以后德国将注意力转到深海采矿的环境研究上【”Ｃ拦缭甏统闪⒘艘悦拦J椎挠ⅰ⒌隆⒁狻⑷盏裙斡氲暮Ｑ采矿联合公司⒖夏峥绿亓:瞎⒑Ｑ蠊芾砉以及对富钴结壳的研究步伐随着年里根总统宣布＠锏淖ㄊ艟们涌臁—年美国地质勘探局、夏威夷大学等对夏威夷、约翰斯顿、马绍尔群岛、加利福尼亚以及中太平洋的海山区等进行了龊酱蔚牡鞑椋凰婧的研究表明太平洋的马绍尔群岛专属经济区、约翰斯顿岛莱恩群岛及大西洋又称为富钴锰结壳羌堂探率领的“德国中海洋矿产公司等国际集团以开发深海资源饕J敲探岷Ｃ拦的布莱克海底高原最具开发前景其中莱恩群岛的钴含量达兰年代日本金属矿业事业团开始组织人员进行富钴结壳调查。中南大学硕士学位论文第一章绪论年日本海洋资源委员会在夏威夷群岛东南用ń辛烁活芙峥强2墒匝椤Ｊ验海域水深郾├律本全长每隔乙桓网状桶斗尺寸为：长