一种高围压下多截齿回转切削试验台制造技术

本发明专利技术公开了一种高围压下多截齿回转切削试验台，包括底座和控制系统，所述底座上设置有高压舱和机架，高压舱内放入矿石试样，模拟海底采矿环境，高压舱上方设置横梁，横梁通过进给液压缸与机架顶部连接，进给液压缸内置位移传感器，横梁上设置有依次传动连接的液压马达、联轴器、旋转轴和刀盘，液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，液压马达的输出轴上设置有扭矩传感器，刀盘底部安装有齿座，齿座上安装有镐形截齿，在试验过程中，通过进给液压缸和液压马达分别带动镐形截齿垂直进给和回转，从而模拟海底采矿作业，再分别通过各类传感器进行数据采集和分析，从而探讨镐形截齿的受力情况和破岩机理，以提高刀具的切削寿命。

A rotary cutting test rig for multi picks under high confining pressure

The invention discloses a multi-pick rotary cutting test bench under high confining pressure, including a base and a control system. The base is provided with a high-pressure cabin and a rack, the ore sample is put into the high-pressure cabin, the seabed mining environment is simulated, a crossbeam is arranged above the high-pressure cabin, and the crossbeam is connected with the top of the rack through a feed hydraulic cylinder, and the feed hydraulic pressure is supplied. A displacement sensor is built in the cylinder, and a hydraulic motor, a coupling, a rotating shaft and a cutter head connected in turn are arranged on the crossbeam, a pressure sensor and a flow sensor are arranged on the oil inlet and outlet of the hydraulic motor, a torque sensor is arranged on the output shaft of the hydraulic motor, a toothed base is installed on the bottom of the cutter head, and a pick is installed on the toothed base. In order to improve the cutting life of the cutting tool, the vertical feed and rotation of the pick are driven by the feed hydraulic cylinder and the hydraulic motor respectively during the test process to simulate the seabed mining operation, and then the data are collected and analyzed by various sensors respectively.

【技术实现步骤摘要】
一种高围压下多截齿回转切削试验台
本专利技术涉及一种用于海洋工程、深海采矿领域的高围压下采掘头镐形截齿的切削实验平台，尤其涉及一种高围压下可调式多截齿回转切削试验平台。
技术介绍
随着陆地上金属矿产资源的日渐枯竭，人类逐渐开始把目光转向极地、海洋甚至空间。其中深海金属矿产资源由于广泛存在于辽阔的海洋中，被认为是21世纪陆地金属矿产资源最具潜力的可接替资源，已经成为各国发展的重要战略目标。海底块状多金属硫化物(SeafloorMassiveSulfide，SMS)是继多金属结核、富钴结壳等深海矿产资源人类认识到的又一种新的海底矿产资源，其富含铜、铅、锌、金和银等金属。相比多金属结核和富钴结壳，多金属硫化物由于其赋存水深较浅，矿储量大，金属品位高及富含大量贵金属，被认为更容易实现开采和更具有开采价值，按照目前的深海采矿技术发展水平推断，海底多金属硫化物有望成为深海采矿的首采对象。在高围压作用下，截齿切削破碎过程有跃进式冲击压碎转变成挤压、剪切滑移变形的塑性失效过程。此时，高围压下刀具的磨损和失效与陆地上有很大区别，由于刀具的失效，要求在深海采矿过程中更换刀具，这个过程工作量极其巨大而且易造成经济损失，因此有必要对高围压下多把镐形截齿组合切削破碎海底矿样时的切削破碎特性和矿样破碎效果进行分析，从而深入研究高围压下镐形截齿破岩机理，以便对截齿和滚筒采掘头的结构、安装和运动参数进行相应的改进，选取合理的采集方案。由此专利技术了这种高围压下多截齿回转切削试验台。目前荷兰代尔夫特理工大学、国内中国矿业大学、中南大学等高等院校对海水围压对岩石的破碎机理进行了研究，美国堪萨斯州立大学制作了高围压下岩石切削试验装置，但未见到相关专利的发表。为准确地揭示高围压下镐形截齿破岩过程中的破碎机理，系统的反映不同围压、安装参数、运动参数以及排布方式对镐形截齿切削矿体的影响，因此专利技术了这种适用于高围压下镐形截齿位置可调的回转切削试验平台。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种高围压下多截齿回转切削试验台，能够实现多把截齿的安装，模拟高围压下镐形截齿切削矿石的状况，并可实现围压、截齿安装参数和运动参数的调整，从而探讨镐形截齿的受力情况和破岩机理，以提高刀具的切削寿命。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一种高围压下多截齿回转切削试验台，包括底座和控制系统，所述底座上设置有高压舱和机架，所述高压舱顶部设置有舱盖，所述舱盖通过设置在底座上的垂直液压缸实现升降，舱盖上方设置有横梁，所述横梁通过进给液压缸与机架顶部连接，所述进给液压缸内置位移传感器，横梁上设置有回转机构和刀盘，所述回转机构包括依次传动连接的液压马达、联轴器和旋转轴，所述液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，所述旋转轴穿过舱盖且与舱盖转动连接，液压马达的输出轴上设置有扭矩传感器，所述刀盘同轴安装在旋转轴底部，刀盘底部通过齿座连接板安装有齿座，所述齿座上安装有镐形截齿，所述控制系统分别与垂直液压缸、进给液压缸、位移传感器、液压马达、压力传感器、流量传感器和扭矩传感器电气连。进一步，所述横梁底部通过固定柱连接有固定梁，所述固定梁上设置有轴承箱，所述旋转轴穿过轴承箱和固定梁，固定梁用于实现液压马达与扭矩传感器、联轴器以及轴承箱之间的相对位置定位和固定。进一步，所述机架上设置有横梁导向及平衡机构，所述横梁导向及平衡机构包括竖梁、与竖梁并列布置的滑杆以及与滑杆滑动套接的滑槽导轨，所述竖梁通过角钢固定在机架上，所述滑槽导轨通过横梁夹持件与横梁夹持连接。进一步，所述底座上设置有用于舱盖滑动导向的导向立柱，所述舱盖穿过导向立柱且与导向立柱滑动套接。进一步，所述旋转轴与舱盖之间设置有转动密封。进一步，所述机架由多根立柱和多根上梁拼装成矩形框架状，所述立柱一侧通过肋板与底座连接，所述高压舱处于机架的内侧。进一步，所述齿座连接板与刀盘可拆卸连接。本专利技术的有益效果：本专利技术的高围压下多截齿回转切削试验台，包括底座和控制系统，所述底座上设置有高压舱和机架，高压舱内放入矿石试样，模拟海底采矿环境，高压舱上方设置横梁，横梁通过进给液压缸与机架顶部连接，进给液压缸内置位移传感器，横梁上设置有依次传动连接的液压马达、联轴器、旋转轴和刀盘，液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，液压马达的输出轴上设置有扭矩传感器，刀盘底部安装有齿座，齿座上安装有镐形截齿，在试验过程中，通过进给液压缸和液压马达分别带动镐形截齿垂直进给和回转，从而模拟海底采矿作业，再分别通过各类传感器进行数据采集和分析，以便准确获得试验时截齿的切削深度、切削速度和所受的截割力状况，并可观察到截齿破岩后的矿石破裂特征，从而为系统研究高围压下截齿破岩机理和改进截齿结构、延长截齿切削寿命提供依据，以便达到延长刀具寿命的目的。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为高围压下多截齿回转切削试验台主视图；图2为高围压下多截齿回转切削试验台A-A向视图；图3为高围压下多截齿回转切削试验台B-B向视图；图4为高围压下多截齿回转切削试验台轴承箱部分C局部视图；图5为高围压下多截齿回转切削试验台转动密封部分D局部视图；图6为高围压下多截齿回转切削试验台高压舱静密封部分E局部视图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术进行详细说明，如图1-6所示：本专利技术提供了一种高围压下多截齿回转切削试验台，包括底座29和控制系统，所述底座居中位置设置有高压舱25，高压舱两侧垂直布置6根立柱，左、右各3根，立柱底部固定在底座上，立柱顶部固接多根上梁1，立柱和多根上梁拼装成呈矩形框架状的机架2，立柱一侧通过肋板28与底座连接，肋板对立柱起支撑稳固作用，高压舱顶部开口，高压舱开口内壁设置有静密封结构24，高压舱开口处设置有舱盖18，所述舱盖两侧设置有2个推动舱盖上下升降的垂直液压缸27，舱盖两侧还布置有4根导向立柱26，所述导向立柱穿过舱盖且与舱盖滑动套接，导向立柱对舱盖的垂直运动起导向作用，舱盖上方设置有横梁7，所述横梁顶部两侧通过2个进给液压缸3与机架顶部连接，所述进给液压缸内置位移传感器，横梁顶部居中位置设置有液压马达4，横梁底部两侧通过4根固定柱13连接有固定梁16，所述固定梁上设置有轴承箱14，所述液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，液压马达的输出轴依次传动连接有联轴器12和旋转轴19，还通过设置扭矩传感器11测量液压马达的输出扭矩，所述旋转轴依次穿过轴承箱、固定梁和舱盖，旋转轴与舱盖之间设置有转动密封17，固定梁实现了液压马达与扭矩传感器、联轴器以及轴承箱之间的相对位置定位和固定，旋转轴底部同轴设置有刀盘20，刀盘底部通过齿座连接板21安装有齿座22，所述齿座连接板通过螺钉30与刀盘连接，所述齿座上安装有镐形截齿23，通过更换齿座连接板与齿座焊接件可实现镐形截齿安装角和排布方式的调整，从而实现了镐形截齿在不同安装参数和运动参数上的调整；齿座连接板数量可调，可模拟多把镐形截齿回转切削岩石，在实验过程中，相邻两把镐形截齿间的距离在30-100mm之间可调，提高了装置的灵活多变性，所述控制系统分别与垂直液压缸、进给液压缸、位移传感器、液压马达、压力传感器、流量传感器和扭矩传感器电气连，控制系统采用PLC控制，由液压系统提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高围压下多截齿回转切削试验台，其特征在于：包括底座(29)和控制系统，所述底座上设置有高压舱(25)和机架(2)，所述高压舱顶部设置有舱盖(18)，所述舱盖通过设置在底座上的垂直液压缸(27)实现升降，舱盖上方设置有横梁(7)，所述横梁通过进给液压缸(3)与机架顶部连接，所述进给液压缸内置位移传感器，横梁上设置有回转机构和刀盘(20)，所述回转机构包括依次传动连接的液压马达(4)、联轴器(12)和旋转轴(19)，所述液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，所述旋转轴穿过舱盖且与舱盖转动连接，液压马达的输出轴上设置有扭矩传感器(11)，所述刀盘同轴安装在旋转轴底部，刀盘底部通过齿座连接板(21)安装有齿座(22)，所述齿座上安装有镐形截齿(23)，所述控制系统分别与垂直液压缸、进给液压缸、位移传感器、液压马达、压力传感器、流量传感器和扭矩传感器电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种高围压下多截齿回转切削试验台，其特征在于：包括底座(29)和控制系统，所述底座上设置有高压舱(25)和机架(2)，所述高压舱顶部设置有舱盖(18)，所述舱盖通过设置在底座上的垂直液压缸(27)实现升降，舱盖上方设置有横梁(7)，所述横梁通过进给液压缸(3)与机架顶部连接，所述进给液压缸内置位移传感器，横梁上设置有回转机构和刀盘(20)，所述回转机构包括依次传动连接的液压马达(4)、联轴器(12)和旋转轴(19)，所述液压马达的进出口油路上设置有压力传感器和流量传感器，所述旋转轴穿过舱盖且与舱盖转动连接，液压马达的输出轴上设置有扭矩传感器(11)，所述刀盘同轴安装在旋转轴底部，刀盘底部通过齿座连接板(21)安装有齿座(22)，所述齿座上安装有镐形截齿(23)，所述控制系统分别与垂直液压缸、进给液压缸、位移传感器、液压马达、压力传感器、流量传感器和扭矩传感器电气连接。2.根据权利要求1所述的高围压下多截齿回转切削试验台，其特征在于：所述横梁底部通过固定柱(13)连接有固定梁(16)，所述固定梁上设置有轴承箱(14)，所述旋转轴穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，王梓勋，吴奇峰，陆鹏，栗梦丹，李钰晴，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43