專利名稱：一種深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦體截割阻力原位測試裝置及方法，尤其是涉及一種深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置及方法。
背景技術(shù)：
截割頭作為深海多金屬硫化物礦開采裝置中極為重要的一個關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系著整個系統(tǒng)的開采能力與效率。深海多金屬硫化物礦體的截割阻力，作為礦體極為重要的一個力學(xué)參量，直接決定了截割頭的設(shè)計。在現(xiàn)場通過原位測試方法獲取深海多金屬硫化物礦體的截割阻力，比在實驗室的測試結(jié)果更為精確。目前尚未有深海多金屬硫化物礦體的截割阻力原位測試方法及裝置的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種測試精度高的深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置及方法。本發(fā)明之深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置包括機架，機架的四內(nèi)角固接四組液壓油缸組，油缸組的活塞桿端伸出，構(gòu)成機架的支腿，用于支撐在海底；
機架底部左側(cè)依次固接有壓力補償機構(gòu)、電子倉和水下變壓器，機架底部右側(cè)依次固接有閥箱、水下電池，機架底部后端設(shè)有液壓站，機架底部前端固定有工作臺，工作臺上部與機械臂鉸接，機械臂頂端安裝有截割頭，驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)通過油路與液壓站相連；
所述機械臂由斗桿、斗桿油缸、動臂和動臂油缸組成，斗桿和動臂鉸接，斗桿油缸的油缸端與動臂前部上端面的耳座鉸接，斗桿油缸的活塞桿端與斗桿鉸接，動臂油缸的活塞桿端與動臂中部的耳座鉸接，動臂油缸的油缸端和動臂前后鉸接于工作臺上；
所述截割頭上部與滑軌連接，滑板嵌套于滑軌內(nèi)，滑板中心開孔，截割油缸穿過滑板中心孔，截割油缸兩端分別與截割頭和斗桿鉸接。進(jìn)一步，所述機架為倒錐形框架結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述滑軌為U形滑軌，截割頭上部通過螺紋連接U形滑軌。截割頭按預(yù)設(shè)的截深截割礦體時，所受到的截割力矩與截割半徑的比值即為礦體的截割阻力；在液壓馬達(dá)的的排量及機械效率和截割半徑已確定的情況下，截割力矩采用壓力傳感器測試出驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)工作壓力，經(jīng)換算為礦體的截割阻力；計算公式為
— 2M ;
式中Z—截齒所受到的截割力之和；
/7—液壓馬達(dá)的工作壓力；
%—液壓馬達(dá)的排量；7—液壓馬達(dá)的的機械效率；
一截割頭的截割半徑。使用本發(fā)明之深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置進(jìn)行原位測試的方法為
在驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)上設(shè)置一壓力傳感器，在截割頭工作時，用于檢測驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)的工作壓力；在截割油缸內(nèi)置一位移傳感器，在截割頭工作時，用于預(yù)先設(shè)定需截割礦體的截深；
將機架著底后，啟動液壓站，機械臂伸出，控制截割頭貼近礦床表面，啟動截割頭，機械臂的斗桿、斗桿油缸、動臂和動臂油缸聯(lián)合動作，帶動截割頭除去礦床表層沉積物，之后截割頭停止工作，機械臂回位；
再次啟動截割頭，截割油缸的活塞桿端伸出，在位移傳感器的作用下，截割頭按照預(yù)設(shè) 的截深截割礦體，固定動臂，斗桿油缸和截割油缸聯(lián)合控制截割頭沿截深截面按預(yù)設(shè)的截深截割礦體；
在礦體截割過程中，通過壓力傳感器測得驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)的工作壓力P ;按照以下計算公式即可獲得預(yù)設(shè)截深下礦體的截割阻力，預(yù)設(shè)截深通過設(shè)于截割油缸上的位移傳感器預(yù)先設(shè)定，計算公式為
權(quán)利要求
1.深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置，其特征在于，包括機架，機架的四內(nèi)角固接四組液壓油缸組，油缸組的活塞桿端伸出，構(gòu)成機架的支腿； 機架底部左側(cè)依次固接有壓力補償機構(gòu)、電子倉和水下變壓器，機架底部右側(cè)依次固接有閥箱、水下電池，機架底部后端設(shè)有液壓站，機架底部前端固定有工作臺，工作臺上部與機械臂鉸接，機械臂頂端安裝有截割頭，驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)通過油路與液壓站相連； 所述機械臂由斗桿、斗桿油缸、動臂和動臂油缸組成，斗桿和動臂鉸接，斗桿油缸的油缸端與動臂前部上端面的耳座鉸接，斗桿油缸的活塞桿端與斗桿鉸接，動臂油缸的活塞桿端與動臂中部的耳座鉸接，動臂油缸的油缸端和動臂前后鉸接于工作臺上； 所述截割頭上部與滑軌連接，滑板嵌套于滑軌內(nèi)，滑板中心開孔，截割油缸穿過滑板中心孔，截割油缸兩端分別與截割頭和斗桿鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置，其特征在于，所述機架為倒錐形框架結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置，其特征在于，所述滑軌為U形滑軌，截割頭上部通過螺紋連接U形滑軌。
4.一種使用如權(quán)利要求1-3之一所述深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置進(jìn)行原位測試的方法，其特征在于， 在驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)上設(shè)置一壓力傳感器，在截割頭工作時，用于檢測驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)的工作壓力；在截割油缸上內(nèi)置一位移傳感器，在截割頭工作時，用于預(yù)先設(shè)定需截割礦體的截深； 將機架著底后，啟動液壓站，機械臂伸出，控制截割頭貼近礦床表面，啟動截割頭，機械臂的斗桿、斗桿油缸、動臂和動臂油缸聯(lián)合動作，帶動截割頭除去礦床表層沉積物，之后截割頭停止工作，機械臂回位； 再次啟動截割頭，截割油缸的活塞桿端伸出，在位移傳感器的作用下，截割頭按照預(yù)設(shè)的截深截割礦體，固定動臂，斗桿油缸和截割油缸聯(lián)合控制截割頭沿截深截面按預(yù)設(shè)的截深截割礦體； 在礦體截割過程中，通過壓力傳感器測得驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)的工作壓力P ;按照以下計算公式即可獲得預(yù)設(shè)截深下礦體的截割阻力，預(yù)設(shè)截深通過設(shè)于截割油缸上的位移傳感器預(yù)先設(shè)定，計算公式為 L — 27& ; 式中Z—截齒所受到的截割力之和； /7—液壓馬達(dá)的工作壓力； %—液壓馬達(dá)的排量； 7—液壓馬達(dá)的的機械效率； 一截割頭的截割半徑； 其中，液壓馬達(dá)的排量％和機械效率η在購買液壓馬達(dá)時即定，能從產(chǎn)品說明書上獲得；截割頭的截割半徑R通過對截割頭進(jìn)行測量獲得，截割半徑R為一固定值。
全文摘要
一種深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置及方法，該裝置包括機架，機架四內(nèi)角固接四組液壓油缸組，油缸組的活塞桿端伸出；機架底部后端設(shè)有液壓站，機架底部前端固定有工作臺，工作臺上部與機械臂鉸接，機械臂頂端安裝有截割頭，驅(qū)動截割頭的液壓馬達(dá)通過油路與液壓站相連；截割頭上部與滑軌連接，滑板嵌套于滑軌內(nèi)，截割油缸兩端分別與截割頭和斗桿鉸接；本發(fā)明還包括使用深海多金屬硫化物礦體截割阻力原位測試裝置進(jìn)行原位測試的方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，自動化程度高，工作可靠，效率高，適用范圍廣。使用本發(fā)明，可獲得不同截深下的礦體的截割阻力，測試結(jié)果精確。
文檔編號E21C50/00GK102839977SQ20121036828
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者吳鴻云, 高宇清 申請人:長沙礦山研究院有限責(zé)任公司