[發明專利]一種高圍壓下多截齒回轉切削試驗臺

有效

• 申請號: 201810180554.2
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108414434B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 李艷;王梓勛;吳奇峰;陸鵬;栗夢丹;李鈺晴
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發明公開了一種高圍壓下多截齒回轉切削試驗臺，包括底座和控制系統，所述底座上設置有高壓艙和機架，高壓艙內放入礦石試樣，模擬海底采礦環境，高壓艙上方設置橫梁，橫梁通過進給液壓缸與機架頂部連接，進給液壓缸內置位移傳感器，橫梁上設置有依次傳動連接的液壓馬達、聯軸器、旋轉軸和刀盤，液壓馬達的進出口油路上設置有壓力傳感器和流量傳感器，液壓馬達的輸出軸上設置有扭矩傳感器，刀盤底部安裝有齒座，齒座上安裝有鎬形截齒，在試驗過程中，通過進給液壓缸和液壓馬達分別帶動鎬形截齒垂直進給和回轉，從而模擬海底采礦作業，再分別通過各類傳感器進行數據采集和分析，從而探討鎬形截齒的受力情況和破巖機理，以提高刀具的切削壽命。

技術領域

本發明涉及一種用于海洋工程、深海采礦領域的高圍壓下采掘頭鎬形截齒的切削實驗平臺，尤其涉及一種高圍壓下可調式多截齒回轉切削試驗平臺。

背景技術

隨著陸地上金屬礦產資源的日漸枯竭，人類逐漸開始把目光轉向極地、海洋甚至空間。其中深海金屬礦產資源由于廣泛存在于遼闊的海洋中，被認為是21世紀陸地金屬礦產資源最具潛力的可接替資源，已經成為各國發展的重要戰略目標。海底塊狀多金屬硫化物(Seafloor Massive Sulfide，SMS)是繼多金屬結核、富鈷結殼等深海礦產資源人類認識到的又一種新的海底礦產資源，其富含銅、鉛、鋅、金和銀等金屬。相比多金屬結核和富鈷結殼，多金屬硫化物由于其賦存水深較淺，礦儲量大，金屬品位高及富含大量貴金屬，被認為更容易實現開采和更具有開采價值，按照目前的深海采礦技術發展水平推斷，海底多金屬硫化物有望成為深海采礦的首采對象。

在高圍壓作用下，截齒切削破碎過程有躍進式沖擊壓碎轉變成擠壓、剪切滑移變形的塑性失效過程。此時，高圍壓下刀具的磨損和失效與陸地上有很大區別，由于刀具的失效，要求在深海采礦過程中更換刀具，這個過程工作量極其巨大而且易造成經濟損失，因此有必要對高圍壓下多把鎬形截齒組合切削破碎海底礦樣時的切削破碎特性和礦樣破碎效果進行分析，從而深入研究高圍壓下鎬形截齒破巖機理，以便對截齒和滾筒采掘頭的結構、安裝和運動參數進行相應的改進，選取合理的采集方案。由此發明了這種高圍壓下多截齒回轉切削試驗臺。

目前荷蘭代爾夫特理工大學、國內中國礦業大學、中南大學等高等院校對海水圍壓對巖石的破碎機理進行了研究，美國堪薩斯州立大學制作了高圍壓下巖石切削試驗裝置，但未見到相關專利的發表。為準確地揭示高圍壓下鎬形截齒破巖過程中的破碎機理，系統的反映不同圍壓、安裝參數、運動參數以及排布方式對鎬形截齒切削礦體的影響，因此發明了這種適用于高圍壓下鎬形截齒位置可調的回轉切削試驗平臺。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種高圍壓下多截齒回轉切削試驗臺，能夠實現多把截齒的安裝，模擬高圍壓下鎬形截齒切削礦石的狀況，并可實現圍壓、截齒安裝參數和運動參數的調整，從而探討鎬形截齒的受力情況和破巖機理，以提高刀具的切削壽命。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：一種高圍壓下多截齒回轉切削試驗臺，包括底座和控制系統，所述底座上設置有高壓艙和機架，所述高壓艙頂部設置有艙蓋，所述艙蓋通過設置在底座上的垂直液壓缸實現升降，艙蓋上方設置有橫梁，所述橫梁通過進給液壓缸與機架頂部連接，所述進給液壓缸內置位移傳感器，橫梁上設置有回轉機構和刀盤，所述回轉機構包括依次傳動連接的液壓馬達、聯軸器和旋轉軸，所述液壓馬達的進出口油路上設置有壓力傳感器和流量傳感器，所述旋轉軸穿過艙蓋且與艙蓋轉動連接，液壓馬達的輸出軸上設置有扭矩傳感器，所述刀盤同軸安裝在旋轉軸底部，刀盤底部通過齒座連接板安裝有齒座，所述齒座上安裝有鎬形截齒，所述控制系統分別與垂直液壓缸、進給液壓缸、位移傳感器、液壓馬達、壓力傳感器、流量傳感器和扭矩傳感器電氣連。

進一步，所述橫梁底部通過固定柱連接有固定梁，所述固定梁上設置有軸承箱，所述旋轉軸穿過軸承箱和固定梁，固定梁用于實現液壓馬達與扭矩傳感器、聯軸器以及軸承箱之間的相對位置定位和固定。