水射流辅助刀具切削钴结壳

为了减小钴结壳切削过程中产生的冲击载荷,提高集矿机的行走安全性,提出了水射流辅助刀具切削钴结壳的切削方法.分析了单个截齿切削钴结壳时的受力情况,建立了水射流辅助刀具切削钴结壳的力学模型,通过仿真计算获取了水射流压力和刀具在钴结壳表面产生初始裂纹所需最小切削力的作用规律.仿真结果表明:与纯刀具切削相比,当水射流作用点和刀具作用点重合时,刀具在钴结壳表面产生初始裂纹所需的最小切削力明显下降;随着水射流压力的增加,刀具所需的最小切削力急剧下降.开展了水射流辅助刀具切削钴结壳模拟料实验.实验结果表明:与纯刀具切削钴结壳相比,水射流辅助刀具切削钴结壳时,切削过程中冲击载荷的最大值明显下降,当射流压力为5 MPa时,冲击载荷的最大值下降约50%,有效值下降约10%.     

富钴结壳振动剥离破碎的实验研究

在自行设计制造的矿岩振动剥离破碎试验台上,引入振动加载环节,对钴结壳的剥离破碎关键技术进行实验研究,并对模拟钻结壳在有、无振动加载2种情况下的剥离破碎进行正交对比实验.研究结果表明,通过正交对比实验发现振动加载降低了钴结壳的破碎"能耗",获得主要振动参数影响钴结壳剥离破碎的规律,得到实验螺旋滚筒振动剥离破碎钴结壳的一组最优加载参数中偏心块加载,刀具安装角度为45°,振动频率为50 Hz,平台移动速度为0.6 m/min,滚筒转速为25 r/min;施加合适的振动载荷,螺旋滚筒切削破碎时的平均驱动油压下降22.9%,振动剥离破碎能有效地降低螺旋滚筒切削能耗.     

富钴结壳采集头切削特性相似实验研究

螺旋切削式采集头的结构参数和工作参数,尤其是切削深度,直接影响到采集头的力学特性和切削产物的粒度分布规律.通过建立的相似试验台进行了一系列的试验,研究了不同切削深度对截齿截割力、采集头扭矩、功率、比能耗、波动性及粒度分布的影响.相似试验结果表明,当切削深度在30 mm以内时,截齿平均力为160～300 N、采集头平均力矩为400～1100 N·m;比能耗为3～9 kWh/t;截齿力的波动系数为3～4.5、力矩的波动系数0.6～1.2;钴结壳模拟料破碎粒度的粒径都小于50 mm,证明现有结构的模型采集头能够满足钴结壳开采的需要.图7,参9.     

采掘机器人滚筒式采集头载荷谱计算机模拟

从国内外深海开采锰结核的经验出发,通过分析比较钴结壳最新研究成果,提出了深海开采富钴结壳采掘机器人滚筒式采矿头的方案;通过对其切削破碎钴结壳载荷波动性的分析,建立了其载荷波动的数学模型,编制了模拟计算采集头载荷及其波动性指标的计算机程序,并对设计的深海钴结壳采集头理论模型的载荷特性进行了模拟和分析,为设计和优化深海钴结壳采掘机器人滚筒式采集头提供了设计依据.     

富钴结壳模拟材料的研制

富钴结壳模拟材料是研究钴结壳采集模型机的关键,将用它评估钴结壳采矿头的剥矿性能.文章简述了模拟材料研制的现状,及富钴结壳特有的微观结构形态,提出了钴结壳模拟材料制作的基本原理.     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80-240MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究．通过实验及数据分析得出了磨料粒径、质量流量、射流压力、靶距及切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律．结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量的增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量的增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势．     

煤矿井下磨料水射流切割机切割性能试验研究

利用自行设计的煤矿井下磨料水射流切割系统对钢板进行切割实验,研究各切割参数（切割速度、驱动压力、切割靶距和磨料流量）对切割性能的影响规律,为今后开发研制煤矿井下用磨料水射流切割机提供一定的技术依据。试验结果表明：（1）系统驱动压力与切割深度呈线性变化关系;（2）综合考虑切割深度和切割效率,切割速度存在一个最佳范围;（3）切割靶距存在着一个最佳值;（4）磨料流量也存在一个最佳值。     

高压磨料水射流过程流场压力场数值模拟

利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟.应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布.结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径.     

基于LS-SVM的海底微地形预测应用研究

为解决传统机器学习中模型选择、过学习与局部极小值问题,针对自然海底微地形强烈的非线性、不确定性特点,提出海底微地形的LS-SVM预测模型.采用等式约束代替不等式约束,将二次规划问题转化为求解一次线性方程组,提高了收敛速度.实验结果表明,该方法预测结果误差较小,且实时性较好,可满足建立钴结壳最佳切削深度模型的需要.     

钴结壳开采装置及方法

海底钴结壳的开采,需要一种能适应海底特殊条件、针对钴结壳特殊性能的开采方法.作者根据现有钴结壳开采方法,提出了激振破碎开采法,并研究了相关机电技术:通过调节激振频率及振幅以适应厚度差距较大的钴结壳分布状况;激振作业不需反力以适应高低不平、悬崖遍布的海底地形;通过比例电液减压阀来改变液控变量马达的排量以改变激振频率;通过结合比例电液减压阀、密封氮气压力位移转换器和机液伺服阀以实现对独立回转的2个偏心体进行等偏心距控制,以消除侧向振动.研究结果表明:该开采方法装备能使破碎设备在海底斜坡上作业,即使悬吊于悬崖堑沟之中也能正常作业;设备能根据钴结壳自身特点进行参数最优调节,实现高效共振剥落.     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

超高压水射流破岩及切割实验研究

利用国产高压水射流切割系统 ,对不同性质的材料进行了切割实验 ,考察了泵压、喷嘴横移速度、喷距和聚丙烯酰胺质量分数对射流切割效果的影响。实验结果表明 ,射流的驱动泵压与其切割深度成正比 ,喷嘴横移速度和喷距增加将使切割深度降低。聚丙烯酰胺对射流切割系统具有双重作用 ,因而其质量分数存在一个最佳值。对大理石、花岗岩和标准铝板等材料的切割实验表明 ,在其他实验条件一定的情况下 ,无孔隙材料的切割深度远低于有孔隙材料。     

增压器全液压自动换向装置及其计算方法

为了研究更为新颖可靠的增压器全液压自动换向装置和与增压器换向频率有关的参数计算方法，对超高压水射流发生器及增压器的工作原理进行了分析，研制了1种对现行增压器自动换向装置的分类方法及具有结构独特、系统简单、机械噪音小、故障率低等优点的全液压自动换向装置.实验结果表明该分类方法概念明确，有利于规范此类装置的设计；将计算方法和新装置应用于水射流切割机产品的设计中，简化了水射流发生器结构，提高了其工作的可靠性，对提高超高压水射流切割机产品质量和促进水射流切割技术的发展起到了积极的推动作用.     

水能切割废钢喷嘴的设计与实验研究

喷嘴是水射流切割系统的关键元件，通过研究一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合腔直径和喉管距、系统工作压力、磨料直径大小等对轴向射流速度的影响，为水切割喷嘴的优化设计奠定了基础，其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据。     

高压水射流切割装置和切割试验研究

高压水射流切割是一项正在发展中的新技术,由于它具有许多其它切割技术所不能比拟的优点,因此日益受到人们的注意和重视。本文介绍了高压水射流切割的装置和对非金属板材切割试验的情况,得到了射流压力、喷嘴口径、靶距、进给速度与切割深度之间的关系,探讨了高分子聚合物对射流性能的影响。此外,还介绍了对板材进行复杂形状的切割等。     

深海作业用喷嘴性能仿真

为获取深海环境下喷嘴的工作性能,建立了深海围压环境下喷嘴射流的流体动力学仿真模型.采用可实现k-ε模型对射流的运动进行了数值计算.通过数值仿真获取了喷嘴性能与环境压力和喷嘴工作压力的作用规律.仿真结果表明：提高喷嘴的工作压力有助于提高射流的作业能力,但对提高有效作业距离不明显;与大气环境相比,深海围压环境下喷嘴的最大射...     

高压水射流切割流场的数值模拟研究

利用计算流体动力学(CFD)的方法对高压水射流切割进行了多相流的数值模拟,研究并分析了淹没流与非淹没流的影响、压力的影响、喷嘴直径的影响、喷嘴对射流的影响以及淹没与非淹没流下磨料的流动特性关系,其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据.     

磨料水射流旋转切割岩石深度计算模型

针对地下洞库结构防护设计,需对洞库围岩实施人工致裂,从而在围岩中构建人工裂隙群以达到抗爆消波的目的,提出利用环形磨料水射流切割围岩施工方法。根据磨料颗粒去除非岩石材料体积模型,推导了磨料粒子对岩石的体积去除量与磨料速度关系模型;基于磨料射流切口形状假设了环形磨料射流切割深度估算模型,并与已有数据进行对比验证了模型的有效性;定义磨料射流在外流场的流量衰减系数,提出了磨料射流岩石极限切割深度计算方法,通过算例分析了特定工况下磨料水射流切割砂岩及花岗岩的理想极限深度,得到磨料水射流对岩石的切割半径满足围岩人工割缝半径目标。研究表明:磨料水射流对花岗岩的制缝深度约为切割砂岩的55.7%;使用磨料水射流进行围岩割缝在工程应用中具备施工可行性。     

水射流切割粘弹性药柱的仿真研究

针对要求安全性高的水射流切割药柱操作,研究了如何安全有效的切割清除固体火箭发动机药柱问题。为改善和优化影响切割效果和安全性的射流器工艺参数,提出了基于LS-DYNA软件对五种不同条件下水柱冲击药柱的仿真方案。通过分析,得出水射流切割药柱的机理和合理的切割工艺参数。结果表明,喷口直径越大,导致切割深度越大但对药柱表面压强影响不明显。射流速度越大,导致切割深度越大并且药柱表面压强也越大。采取倾斜切割方式为佳。验证了仿真方案的有效性和实用性。