一种海底富钴结壳切削深度控制方法及液压系统技术方案

一种海底富钴结壳切削深度控制方法及液压系统，该控制方法是根据切削阻力变化对切削深度进行控制，该液压系统包括液压马达、伸缩油缸、第一液压控制单元、第二液压控制单元和根据液压马达工作压力调节伸缩油缸工作压力的自动调控装置，在液压马达工作压力维持预定值不变时，自动调控装置控制伸缩油缸工作压力不变；在液压马达工作压力大于预定值时，自动调控装置控制伸缩油缸工作压力降低以使采矿头向上运动减小切削深度；在液压马达工作压力小于预定值时，自动调控装置控制伸缩油缸工作压力升高以使采矿头向下运动增大切削深度。本发明专利技术能有效适应海底富钴结壳开采过程中的微地形变化与结壳厚度变化，具有成本低廉，简单可靠，易于实施等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海底矿产资源开采
，具体涉及一种海底富钴结壳切削深度控制方法及液压系统。
技术介绍
随着陆地矿产资源的日益枯竭，开发海底矿产资源已成为人类寻求新资源的必然趋势。富钴结壳作为海底最具吸引力的矿产资源之一，一般形成于水深400～4000m的海山斜坡上，大多呈斑块状赋存于海山硬质基岩上。大片结壳层面积有时可达数十平方公里。富钴结壳及其基岩最佳的破碎方法之一为螺旋滚筒式截齿切削。然而，富钴结壳层的厚度变化不一，且其地形复杂，起伏差异很大。为保证足够的富钴结壳采集率和较低的废石混入率，当富钴结壳采矿车在海底作业时，必须对富钴结壳的切削深度进行有效控制，以适应海底微地形及结壳厚度变化，使其尽可能多地剥离富钴结壳，同时尽量减少基岩的切割。目前研究中的富钴结壳切削深度的控制往往依赖于对微地形和富钴结壳厚度的探测，通过采集的微地貌信息自动调节采矿头至最佳切削位置，以提高富钴结壳开采率。这种方法成本较高，控制方法复杂，且探测精度容易受开采过程产生的碎屑颗粒影响，在推广和应用上存在一定难度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种海底富钴结壳切削深度控制方法及液压系统，该方法及液压系统能有效适应海底富钴结壳开采过程中的微地形变化与结壳厚度变化，具有成本低廉，简单可靠，易于实施等特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种海底富钴结壳切削深度控制方法，采用采矿车带着采矿头对海底富钴结壳进行切削作业，在作业过程中，根据采矿头的切削阻力的变化对采矿头的切削深度进行控制；当切削阻力维持预定值不变时，保持采矿头当前切削深度不变；当切削阻力大于预定值时，控制采矿头向上运动以减小切削深度；当切削阻力小于预定值时，控制采矿头向下运动以增大切削深度。一种适用于上述海底富钴结壳切削深度控制方法的液压系统，包括用于驱动采矿头旋转切削运动的液压马达、用于驱动采矿头升降运动的伸缩油缸、用于控制液压马达工作的第一液压控制单元和用于控制伸缩油缸工作的第二液压控制单元，还包括根据液压马达工作压力调节伸缩油缸工作压力的自动调控装置，在液压马达工作压力维持预定值不变时，所述自动调控装置控制伸缩油缸工作压力不变；在液压马达工作压力大于预定值时，所述自动调控装置控制伸缩油缸工作压力降低以使采矿头向上运动减小切削深度；在液压马达工作压力小于预定值时，所述自动调控装置控制伸缩油缸工作压力升高以使采矿头向下运动增大切削深度。上述的液压系统，优选的，所述第一液压控制单元包括第一压力油源和第一换向阀，所述液压马达的两个工作油口分别与第一换向阀的两个工作油口连通，所述第一换向阀的进油口和出油口分别与第一压力油源的出口和油箱连通，所述第二液压控制单元包括第二压力油源和第二换向阀，所述伸缩油缸的两个工作油口通过一双向液压锁与第二换向阀的两个工作油口连通，所述第二换向阀的进油口和出油口分别与第二压力油源的出口和油箱连通。上述的液压系统，优选的，所述自动调控装置为具有比例压力调节功能的压力控制阀，所述压力控制阀的进油口与第二压力油源的出口连通，所述压力控制阀的出油口与油箱连通，所述压力控制阀的控制口与第一压力油源的出口连通。上述的液压系统，优选的，所述压力控制阀的控制口设有阻尼。上述的液压系统，优选的，所述自动调控装置包括电比例溢流阀、控制器和用于检测第一压力油源的出口油压的压力传感器，所述电比例溢流阀的进油口与第二压力油源的出口连通，所述电比例溢流阀的出油口与油箱连通，所述压力传感器安装在与第一压力油源的出口连通的检测腔中，所述控制器与压力传感器相连并根据压力传感器检测的油压信号值控制电比例溢流阀的阀芯开度。上述的液压系统，优选的，所述第一压力油源的出口还连接有第一安全溢流阀，所述第二压力油源的出口还连接有第二安全溢流阀。上述的液压系统，优选的，所述第一压力油源包括第一液压油泵和第一过滤器，所述第一过滤器的进口与第一液压油泵的出口连通，所述第一过滤器的出口与第一换向阀的进油口连通；所述第二压力油源包括第二液压油泵和第二过滤器，所述第二过滤器的进口与第二液压油泵的出口连通，所述第二过滤器的出口与第二换向阀的进油口连通。上述的液压系统，优选的，所述采矿头通过一摆臂安装于采矿车上，所述伸缩油缸的缸体和伸缩杆分别与摆臂和采矿车铰接。上述的液压系统，优选的，所述采矿头为旋转切削式采矿头。本专利技术的原理为：富钴结壳和基岩的物理力学特性存在一定差异，在抗压强度、切削阻力方面，基岩一般均大于钴结壳。在一定的作业行走速度和切削转速下，切削阻力随切削深度的增加而增大。当采矿头从富钴结壳层切削至基岩层时，切削阻力的增加及其上升趋势将更加明显。切削阻力直接作用于采矿头，在液压系统中则直接体现为液压马达驱动采矿头旋转所需的工作压力，因此，切削阻力和马达工作压力的大小和变化趋势在一定程度上反映了当前的切削深度和切削状态，可作为富钴结壳切削深度判断和控制的依据。富钴结壳与基岩抗压强度差异越大，本专利技术的控制效果越好。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术利用富钴结壳与基岩物理力学特性差异以及富钴结壳切削阻力随切削深度变化规律，根据切削阻力变化对切削深度进行控制，无需探测设备对地形与富钴结壳厚度进行检测，能有效适应海底富钴结壳开采过程中的微地形变化与富钴结壳厚度变化，不仅可降低设备和控制成本，而且简单可靠，易于实施。附图说明图1为适用于海底富钴结壳切削深度控制方法的液压系统的示意图。图2为采用电比例溢流阀、控制器和压力传感器组合形式的自动调控装置的结构示意图。图例说明：1、采矿头；2、液压马达；3、伸缩油缸；4、第一压力油源；41、第一液压油泵；42、第一过滤器；5、第一换向阀；6、第二压力油源；61、第二液压油泵；62、第二过滤器；7、第二换向阀；8、双向液压锁；9、压力控制阀；10、电比例溢流阀；11、控制器；12、压力传感器；13、第一安全溢流阀；14、第二安全溢流阀；100、采矿车；200、摆臂。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本实施例的海底富钴结壳切削深度控制方法，具体是，采用采矿车100带着旋转切削式的采矿头1前行对海底富钴结壳进行切削作业，在作业过程中，根据采矿头1的旋转切削阻力的变化对采矿头1的切削深度进行控制；当切削阻力维持预定值不变时，保持采矿头1当前切削深度不变；当地形或富钴结壳厚度变化引起切削阻力增大时，也即当切削阻力大于预定值时，控制采矿头1向上运动以减小对海底富钴结壳的切削深度；地形或富钴结壳厚度变化引起切削阻力减小时，也即当切削阻力小于预定值时，控制采矿头1向下运动以增大对对海底富钴结壳的切削深度。如图1所示，一种适用于上述海底富钴结壳切削深度控制方法的液压系统，包括用于驱动采矿头1旋转切削运动的液压马达2、用于驱动采矿头1升降运动的伸缩油缸3、用于控制液压马达2工作的第一液压控制单元和用于控制伸缩油缸3工作的第二液压控制单元，还包括根据液压马达2工作压力调节伸缩油缸3工作压力的自动调控装置，在液压马达2工作压力维持预定值不变时，自动调控装置控制伸缩油缸3工作压力不变；在液压马达2工作压力大于预定值时，自动调控装置控制伸缩油缸3工作压力降低以使采矿头1向上运动减小切削深度；在液压马达2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底富钴结壳切削深度控制方法，其特征在于：采用采矿车（100）带着采矿头（1）对海底富钴结壳进行切削作业，在作业过程中，根据采矿头（1）的切削阻力的变化对采矿头（1）的切削深度进行控制；当切削阻力维持预定值不变时，保持采矿头（1）当前切削深度不变；当切削阻力大于预定值时，控制采矿头（1）向上运动以减小切削深度；当切削阻力小于预定值时，控制采矿头（1）向下运动以增大切削深度。

【技术特征摘要】
1.一种海底富钴结壳切削深度控制方法，其特征在于：采用采矿车（100）带着采矿头（1）对海底富钴结壳进行切削作业，在作业过程中，根据采矿头（1）的切削阻力的变化对采矿头（1）的切削深度进行控制；当切削阻力维持预定值不变时，保持采矿头（1）当前切削深度不变；当切削阻力大于预定值时，控制采矿头（1）向上运动以减小切削深度；当切削阻力小于预定值时，控制采矿头（1）向下运动以增大切削深度。2.一种适用于权利要求1所述海底富钴结壳切削深度控制方法的液压系统，包括用于驱动采矿头（1）旋转切削运动的液压马达（2）、用于驱动采矿头（1）升降运动的伸缩油缸（3）、用于控制液压马达（2）工作的第一液压控制单元和用于控制伸缩油缸（3）工作的第二液压控制单元，其特征在于：还包括根据液压马达（2）工作压力调节伸缩油缸（3）工作压力的自动调控装置，在液压马达（2）工作压力维持预定值不变时，所述自动调控装置控制伸缩油缸（3）工作压力不变；在液压马达（2）工作压力大于预定值时，所述自动调控装置控制伸缩油缸（3）工作压力降低以使采矿头（1）向上运动减小切削深度；在液压马达（2）工作压力小于预定值时，所述自动调控装置控制伸缩油缸（3）工作压力升高以使采矿头（1）向下运动增大切削深度。3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于：所述第一液压控制单元包括第一压力油源（4）和第一换向阀（5），所述液压马达（2）的两个工作油口分别与第一换向阀（5）的两个工作油口连通，所述第一换向阀（5）的进油口和出油口分别与第一压力油源（4）的出口和油箱连通，所述第二液压控制单元包括第二压力油源（6）和第二换向阀（7），所述伸缩油缸（3）的两个工作油口通过一双向液压锁（8）与第二换向阀（7）的两个工作油口连通，所述第二换向阀（7）的进油口和出油口分别与第二压力油源（6）的出口和油箱连通。4.根据权利要求3所述的液压系统，其特征在于：所述自动调控装置为具...

【专利技术属性】
技术研发人员：双志，李满红，高波，王建华，吕闯，周斌，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43