小型潛器參數(shù)辨識(shí)與懸?？刂茖?shí)驗(yàn)研究

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1、第一章緒論1．1課題的背景和意義帚一早三百下匕在人類邁入二十一世紀(jì)，世界的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人類的生活更加富足。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)資源的需求更加的需求與日俱增，快速消耗導(dǎo)致陸地資源的不足，國際汽油價(jià)格近幾年來成倍增長?，鋼鐵、有色金屬等原料也居高不下，陸地資源已不能滿足人類的長期需要，因此，海洋資源將成為人類開發(fā)和利用的重要資源。深海中蘊(yùn)藏有豐富礦藏，如石油、天然汽、金屬結(jié)核等重要資源，其中最能引起人們注意的是多金屬錳結(jié)核，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值僅次于石油和天然氣，廣泛分布在3000—6000米深大洋海底瞳1，整個(gè)大洋

2、底的多金屬結(jié)核儲(chǔ)量約為3萬億噸，且錳結(jié)核是一種采之不竭的礦產(chǎn)資源，每年產(chǎn)生大量的沉積量。因此，對(duì)海洋資源的開采對(duì)人類的發(fā)展有著重要而深遠(yuǎn)的影響。1．1．1深海采礦現(xiàn)狀深海采礦是開發(fā)和利用海洋資源的重要手段，越來越多的國家加入研發(fā)采礦技術(shù)行列，采礦技術(shù)也在不斷提高。1872’1876年間，英國“挑戰(zhàn)號(hào)”做環(huán)球考察時(shí)口1，發(fā)現(xiàn)世界大多數(shù)都有金屬結(jié)核礦。但對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)勘探研究是在二次世界大戰(zhàn)以后，此時(shí)，全球經(jīng)濟(jì)在迅速復(fù)蘇，人類對(duì)多金屬結(jié)核需求急劇擴(kuò)大。上世紀(jì)七十年代，以美國人首的發(fā)達(dá)國家研究了一系列的采礦裝置及實(shí)驗(yàn)，并

3、取得了一定的成果，初步確定了采礦系統(tǒng)可采用挖采和提升的方法。挖采可采用高壓水射流的水力集礦方式和機(jī)械挖掘的機(jī)械集礦方式；提升式可采用氣力和水力提升H1。進(jìn)入二十世紀(jì)八十年代以后，發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)蕭條，世界多數(shù)海洋強(qiáng)國對(duì)深海廣東T業(yè)大學(xué)丁學(xué)碩}j學(xué)位論文采礦研究和實(shí)驗(yàn)進(jìn)入低潮，而一些發(fā)展中國家，如中國、印度為代表的積極開展了深海底多金屬結(jié)核的調(diào)查和勘探工作，在此基礎(chǔ)上，積極開展深海底多金屬結(jié)核的開發(fā)技術(shù)的研究。目前，印度已經(jīng)成功才了一套采礦裝置，并于2000年410米淺海實(shí)驗(yàn)成功，并正積極籌劃6000米深海采礦實(shí)驗(yàn)。我

4、國早在上世紀(jì)七十年代就開始了多金屬結(jié)核的調(diào)查工作畸3。1999年3月5日，我國獲得了太平洋中部7．5萬平方公里金屬結(jié)核礦專屬勘探權(quán)和優(yōu)先商業(yè)開采權(quán)，拓展了我國戰(zhàn)略資源的儲(chǔ)備總量，我國已初步研究出一套自己的深海采礦系統(tǒng)，并于2001年6’9月在去南撫仙湖進(jìn)行了130米水深實(shí)驗(yàn)，采回模擬結(jié)核900克，取得滿意的結(jié)果。1．1．2采礦系統(tǒng)從深海中把金屬結(jié)核傳送到海面采礦船上是采礦系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，目前采用較多的幾種采礦系統(tǒng)有連續(xù)繩斗式(CLB)開采系統(tǒng)、自動(dòng)穿梭式采礦車開采系統(tǒng)、集礦機(jī)加管道輸送采礦系統(tǒng)∞1。在這些采礦系

5、統(tǒng)中，又以集礦機(jī)加管道輸送采礦系統(tǒng)應(yīng)力潛力最大。其中流體提升采礦法最為突出，流體提升式采礦系統(tǒng)原理圖如圖卜1所示：圖1-1：流體提升式采礦系統(tǒng)2第一章緒論流體提升式采礦系統(tǒng)的原理是通過揚(yáng)礦管借助流體上升動(dòng)力將海底的集礦機(jī)采集的金屬結(jié)核提升至海面采礦船上。該系統(tǒng)由集礦機(jī)、輸送軟管、中間倉、揚(yáng)礦管及采礦船等組成。集礦機(jī)在海底采集礦物，并對(duì)礦物進(jìn)行清洗、脫泥和破碎處理，礦物隨著流體一起進(jìn)入輸送軟管。中間倉是起暫時(shí)存儲(chǔ)礦物的作用，以減輕動(dòng)力需求。最后礦物經(jīng)過揚(yáng)礦管輸送到海面的采礦船上。由于海浪的作用，采礦船會(huì)隨著海浪的波

6、動(dòng)上下升沉搖擺，揚(yáng)礦管拖動(dòng)采礦裝置隨采礦船一起上下振動(dòng)，由于采礦裝置重量較大，揚(yáng)礦管受到較大的拉力振動(dòng)，從而容易發(fā)生疲勞損壞，揚(yáng)礦管的使用壽命大大降底，從而嚴(yán)重影響采礦裝置的穩(wěn)定性、可靠性和使用壽命，進(jìn)而直接影響到整個(gè)采礦系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性。因此，需在采礦裝置的上部與采礦船之間安裝一套升沉補(bǔ)償系統(tǒng)，對(duì)采礦裝置的升沉進(jìn)行補(bǔ)償，使補(bǔ)償系統(tǒng)下面的采礦裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，減少揚(yáng)礦管的疲勞損壞，從而保證采礦系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，提高采礦系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。1．1．3升沉補(bǔ)償參考坐標(biāo)目前應(yīng)用于海洋中物體位置測定的主要方法有船載藍(lán)

7、綠激光技術(shù)、GPS全球定位、岸基雷達(dá)定位、海底基定位等方法。藍(lán)綠激光在水中存在衰減快，測深小的缺點(diǎn)，而GPS全球定位、岸基雷達(dá)定位、海底基定位等方法在精度上無法滿足要求。廣東工業(yè)大學(xué)在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“深海采礦工程升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的研究”中提出了“零波面"概念，即把海水看成理想流體，波浪除了在海面?zhèn)鞑ネ?，還在重力方向傳播，隨著水深的增加，波高將以幾何級(jí)數(shù)減小，當(dāng)水深達(dá)到一定高度時(shí)，波高衰減到零，認(rèn)識(shí)此存處在一個(gè)“零波面”，在“零波面’’處，波浪的影響為零。如果在“零波面"以下放置一潛器，通過控制使其保存在某一深度

8、，潛器就可以作為升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的靜止參考坐標(biāo)。我們把這個(gè)潛器稱之為潛式坐標(biāo)。在潛式坐標(biāo)上裝上信號(hào)發(fā)射裝置，在船上安裝信號(hào)接收裝置，通過信號(hào)處理便可知道船受波浪引起的位移的變化，把位移變化量輸給升沉補(bǔ)償系統(tǒng)控制器，使升沉補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)位移的變化作出相應(yīng)的補(bǔ)償，以減小揚(yáng)礦管受到的振動(dòng)。采礦船升沉位移檢測簡圖如圖卜2所示。廣東T業(yè)大學(xué)丁學(xué)碩}j學(xué)位論文圖卜2采礦船升沉位移檢測簡圖1