一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置，包括水池、管道形态采集装置、底部位移模拟装置、输送软管模拟装置和摄像头。底部位移模拟装置固定于水池的底面，管道形态采集装置固定于水池的上端。管道形态采集装置包括软管位置探测器和软管位置探测器移位装置，输送软管模拟装置连接于底部位移模拟装置和管道形态采集装置之间，通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，摄像头固定于水池的侧壁用于捕捉管道在水下的空间形态，管道在水下的空间形态通过改变软管位置探测器的位置采集管道各个位置的空间坐标来体现，同时记录下该位置处管道的空间坐标，以获得管道在水下的实际空间形态。

An experimental device for spatial configuration of deep sea mining conveying hose

The utility model discloses an experimental device for the spatial configuration of a conveying hose in deep-sea mining, including a pool, a pipeline shape acquisition device, a bottom displacement simulator, a conveying hose simulator and a camera. The bottom displacement simulator is fixed on the bottom of the pool, and the pipeline shape acquisition device is fixed on the top of the pool. Pipe shape acquisition device includes hose position detector and hose position detector displacement device. The transport hose simulator is connected between the bottom displacement simulator and the pipeline shape acquisition device. The transverse and longitudinal position of the lower end of the transport hose simulator is changed by the bottom displacement simulator, and the camera is fixed in water. The side wall of the pool is used to capture the spatial shape of the pipeline under water. The spatial shape of the pipeline under water is reflected by changing the position of the hose position detector and collecting the spatial coordinates of the pipeline at each position. At the same time, the spatial coordinates of the pipeline at that position are recorded to obtain the actual spatial shape of the pipeline under water.

【技术实现步骤摘要】
一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置
本技术属于深海锰结核、深海多金属硫化物以及富钴结壳等深海固体矿产资源开采领域，具体为一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置。
技术介绍
在业已开发的深海固体矿产资源连续生产系统中，管道提升采矿系统最具有开发应用前景。输送软管是管道提升采矿系统中连接扬矿子系统和集矿子系统的关键部分。深海采矿软管输送系统设计的一项关键内容是软管采矿车端的约束反力估算和软管空间构型设计。深海采矿软管输送系统包含的零部件多，边界条件也较为复杂，理论分析方法只能采用简化分析模型，难以准确反映输送软管作业过程中的真实形态。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能准确反映输送软管作业过程中的真实形态的实验装置。本技术提供的这种深海采矿输送软管空间构型的实验装置，包括水池、管道形态采集装置、底部位移模拟装置、输送软管模拟装置和摄像头。底部位移模拟装置固定于水池的底面，管道形态采集装置固定于水池的上端。管道形态采集装置包括软管位置探测器和软管位置探测器移位装置，输送软管模拟装置连接于底部位移模拟装置和管道形态采集装置之间。通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，摄像头固定于水池的侧壁用于捕捉管道在水下的空间形态，管道在水下的空间形态通过改变软管位置探测器的位置采集管道各个位置的空间坐标来体现。所述水池为上部开口的长方体形大型储水结构体，其上部设有进水口，下部设有排水口。所述底部位移模拟装置包括横向和纵向移位组件，纵向移位组件有对称布置的两组，它们均为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接于丝杠的一端；横向移位组件的导轨两端分别通过螺纹孔连接于纵向移位组件的丝杠上，横向位移组件上连接有滑块。所述软管位置探测器移位装置包括与所述底部位移模拟装置结构相同的横向和纵向移位组件，还包括垂向移位组件，垂向移位组件也为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接于丝杠的一端；垂向移位组件的导轨上端通过螺纹孔连接于横向移位组件的丝杠上；所述软管位置探测器为金属探测器或低照度水下摄像头，通过螺纹孔连接于垂向移位组件的丝杠上。所述驱动电机为伺服电机。所述输送软管模拟装置包括中间仓模拟件、所述管道、浮力块模拟件、采矿车模拟件、输送泵模拟件和测力计，管道的两端分别与中间仓模拟件和测力计连接，测力计连接于采矿车模拟件上，浮力块模拟件固定于模拟软管上，输送泵模拟件固定于中间仓模拟件的侧壁，其抽吸口与模拟软管的内腔连通。所述中间仓模拟件为刚性连接座，其顶面固定于所述管道形态采集装置纵向移位组件的导轨底面，所述浮力块模拟件为中心带圆孔的圆柱状或球状浮体，可拆卸连接于所述模拟软管上；所述采矿车模拟件为刚性连接座，连接于所述滑块上。所述模拟软管为双层结构，包括测量元器件附着层和强度模拟层，强度模拟层的内腔构成输送腔。所述测量元器件附着层上沿管道轴线方向布置有标尺和水下灯带，标尺用于模拟软管形变位置的显示，水下灯带用于模拟软管形态的标识。本技术在水池的顶部和底部分别设置管道形态采集装置和底部位移模拟装置，将输送软管模拟装置连接于管道形态采集装置和底部位移模拟装置之间的水中，通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，通过摄像头捕捉管道在水下的空间大致形态画面，通过管道形态采集装置的管道位置探测器探测移位装置改变探测器的位置来探测到不同位置的管道，同时记录下该位置处管道的空间坐标，以获得管道在水下的实际空间形态。附图说明图1为本技术一个实施例的系统总成示意图。图2为图1中管道形态采集装置的放大结构示意图。图3为图1中底部位移模拟装置的放大结构示意图。图4为图1中输送软管模拟装置的放大结构示意图。图5为本实施例模拟软管的放大结构示意图。图6为本实施例模拟软管的测量元器件附着方案。具体实施方式下面结合附图对本技术进行详细的描述。如图1所示，本技术的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，包括水池1、管道形态采集装置2、底部位移模拟装置3、输送软管模拟装置4、侧视摄像头5和前视摄像头6。水池1为一上部开口的长方体型大型储水结构，其上部设有进水口11、下部排水口12。管道形态采集装置2固定安装于水池1上部。底部位移模拟系统3通过焊接或螺栓固定的形式固定安装于水池1底部。侧视摄像头5和前视摄像头6为水下高清摄像头，固定于水池的侧壁，分别用于捕捉管道在YOZ平面和XOZ平面的水下大致形态。如图2所示，管道形态采集装置2包括软管位置探测器21和软管位置探测器移位机构22。软管位置探测器21为一金属探测器或低照度水下摄像头。软管位置探测器移位机构22包括纵向导轨221、纵向丝杠222、纵向丝杠驱动电机223；横向导轨224、横向丝杠225、横向丝杠驱动电机226；垂向导轨227、垂向丝杠228和垂向丝杠驱动电机229。横向导轨224、纵向导轨221和垂向导轨227分别沿X方向、Y方向和Z方向布置。纵向丝杠驱动电机223、横向丝杠驱动电机226和垂向丝杠驱动电机229均为伺服电机。纵向导轨221的内侧有沿其长度方向的安装槽，纵向丝杠222位于安装槽中，两端分别固定于纵向导轨的端部，纵向丝杠驱动电机223连接于纵向丝杠的一端。纵向导轨、纵向丝杠和纵向丝杠驱动电机的装配件有对称布置的两组。纵向导轨的下侧固定于水池1的顶部。横向丝杠225平行布置于横向导轨224的上方、两端固定于横向导轨上，横向丝杠驱动电机226连接于横向丝杠的一端。横向导轨224两端分别与纵向丝杠222螺纹连接，在纵向丝杠222的驱动下，横向丝杠沿纵向导轨221在Y方向移动。垂向导轨227垂直连接于横向导轨上，横向丝杠与垂向导轨螺纹连接，在横向丝杠的驱动下，垂向导轨沿横向导轨在X方向滑动。软管位置探测装置21通过螺母座连接于垂向丝杠上，在垂导轨丝杠的驱动下沿垂向导轨在Z方向滑动。如图3所示，底部位移模拟系统3包括滑块31、移动导轨32、移动丝杠33、移动丝杠驱动电机34、固定导轨35、固定丝杠36和固定丝杠驱动电机37。移动丝杠驱动电机34和固定丝杠驱动电机37均为防水伺服电机。固定导轨35、固定丝杠36和固定丝杠驱动电机37的装配件有对称布置的两组。固定导轨的下侧固定于水池1的底部。移动导轨32和固定导轨35分别沿X方向和Y方向布置。移动导轨两端分分别与固定丝杠螺纹连接，在固定丝杠的驱动下，移动导轨沿固定导轨在Y方向滑动。滑块31通过螺纹连接于移动丝杠上，在移动丝杠驱动下，滑块沿移动导轨在X方向滑动。如图4所示，输送软管模拟装置4包括中间仓模拟件41、模拟软管42、浮力块模拟件43、采矿车模拟件44、输送泵模拟件45和测力计46。中间仓模拟件41和采矿车模拟件44均为刚性连接座。模拟软管42为将实际软管根据一定相似比缩小的软管，浮力块模拟件3为中心带圆孔的圆柱状或球状浮体，输送泵模拟件45为抽吸泵，测力计46为机械式或水密型电子式测力计。中间仓模拟件41的顶面通过螺栓固定于纵向导轨211的底面，模拟软管42的上端连接于中间仓模拟件的底面，浮力块模拟件3通过卡箍固定于模拟软管42上，实验过程中浮力块模拟件3在模拟软管上的布置数量和布置位置可随时调整。测力计46的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：它包括水池、管道形态采集装置、底部位移模拟装置、输送软管模拟装置和摄像头，底部位移模拟装置固定于水池的底面，管道形态采集装置固定于水池的上端，包括软管位置探测器和软管位置探测器移位装置，输送软管模拟装置连接于底部位移模拟装置和管道形态采集装置之间，通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，摄像头固定于水池的侧壁用于捕捉管道在水下的空间形态，管道在水下的空间形态通过改变软管位置探测器的位置采集管道各个位置的空间坐标来体现。

【技术特征摘要】
1.一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：它包括水池、管道形态采集装置、底部位移模拟装置、输送软管模拟装置和摄像头，底部位移模拟装置固定于水池的底面，管道形态采集装置固定于水池的上端，包括软管位置探测器和软管位置探测器移位装置，输送软管模拟装置连接于底部位移模拟装置和管道形态采集装置之间，通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，摄像头固定于水池的侧壁用于捕捉管道在水下的空间形态，管道在水下的空间形态通过改变软管位置探测器的位置采集管道各个位置的空间坐标来体现。2.如权利要求1所述的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：所述水池为上部开口的长方体形大型储水结构体，其上部设有进水口，下部设有排水口。3.如权利要求1所述的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：所述底部位移模拟装置包括横向和纵向移位组件，纵向移位组件有对称布置的两组，它们均为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接于丝杠的一端；横向移位组件的导轨两端分别通过螺纹孔连接于纵向移位组件的丝杠上，横向位移组件上连接有滑块。4.如权利要求3所述的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：所述软管位置探测器移位装置包括与所述底部位移模拟装置结构相同的横向和纵向移位组件，还包括垂向移位组件，垂向移位组件也为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣耀，高宇清，陈国明，廖逍钊，
申请(专利权)人：长沙矿山研究院有限责任公司，中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：湖南,43