履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)行走行為及模擬試驗(yàn)系統(tǒng)研究.pdf

1、深海底采礦機(jī)器車(chē)的復(fù)雜性以及作業(yè)環(huán)境的特殊性決定了在實(shí)際開(kāi)采之前必須進(jìn)行多個(gè)階段不同程度的各種模擬試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，為實(shí)際的工程應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)和提供指導(dǎo)作用。為此，本文以國(guó)務(wù)院大洋專(zhuān)項(xiàng):國(guó)際海底區(qū)域研究開(kāi)發(fā)“十一五”項(xiàng)[DYXM-115-04-02-01]和湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目[11JJ3059]為依托，對(duì)履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)行走行為模擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行研究，論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)提出了包括集礦車(chē)履帶與

2、軟底質(zhì)海底沉積物“壓力-下陷”、最佳滑轉(zhuǎn)率、行走動(dòng)力學(xué)性能、障礙物模式識(shí)別和行走系統(tǒng)控制等在內(nèi)的整體試驗(yàn)方案，為深海采礦作業(yè)中履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)海底行走行為問(wèn)題解決提供了必要的前提條件和技術(shù)基礎(chǔ)。
　　(2)設(shè)計(jì)了既可反映集礦車(chē)履帶與軟底質(zhì)海底沉積物相互作用實(shí)際狀態(tài)又便于操作的模擬試驗(yàn)方案，并依據(jù)我國(guó)大洋多金屬結(jié)核合同礦區(qū)海底表層實(shí)際情況開(kāi)展了模擬履帶板與模擬沉積物的壓力-沉陷特性試驗(yàn)研究，得到了集礦車(chē)履帶與軟底質(zhì)海底特定層位沉積

3、物之間相互作用的壓力-沉陷力學(xué)特性關(guān)系曲線(xiàn)及其相關(guān)參數(shù)值，為深海沉積物承載力的計(jì)算方法奠定了基礎(chǔ)。
　　(3)結(jié)合模擬沉積物與模擬履帶板之間相互作用的剪切特性試驗(yàn)結(jié)果，得到了表征海底沉積物剪切應(yīng)力—剪切位移關(guān)系的數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)參數(shù)，揭示了沉積物可提供給海底行走作業(yè)時(shí)集礦車(chē)的牽引力與打滑率間的耦合規(guī)律，為集礦車(chē)軟底質(zhì)海底作業(yè)行走性能分析提供重要參考。
　　(4)結(jié)合構(gòu)建的履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)海底行走虛擬機(jī)構(gòu)和典型的海低虛擬地形建

4、立了履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)海底行走行為模擬試驗(yàn)系統(tǒng)仿真模型，對(duì)履帶式集礦車(chē)軟底質(zhì)海底直線(xiàn)行駛、轉(zhuǎn)向行駛和爬坡行駛過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)性能仿真研究，試驗(yàn)結(jié)果較好地驗(yàn)證了仿真結(jié)果的有效性和合理性。
　　(5)利用車(chē)載超聲波對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)而根據(jù)去噪后超聲波回波信號(hào)確定深海障礙物的確定位置，針對(duì)障礙物復(fù)雜的深海環(huán)境，采用勢(shì)流理論模擬出復(fù)雜的深海海流環(huán)境，進(jìn)行混沌粒子群算法在復(fù)雜深海環(huán)境避障控制的應(yīng)用研究，利用混沌粒子群的方法得到有利于降低路