海底钴结壳破碎过程理论分析及试验研究

发布时间：2017-08-31 10:12

  本文关键词：海底钴结壳破碎过程理论分析及试验研究

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【摘要】：随着陆地固体矿产资源日趋减少及开采成本快速攀升,海洋固体矿产资源逐渐受到越来越多的关注,其中最具代表性的便是深海富钴结壳。无论是国内还是国外钴结壳的开采技术已然变成一个重点发展方向。获取钴结资源的第一步便是从深海底将其与基岩分离、破碎。破碎头是开采的关键部件。正确的破碎头设计是确保开采系统高效工作的基础。本文首先对国内外钴结壳开采现状进行了对比分析。通过对几种典型岩石切割机理的分析对比研究确定了钴结壳的破碎适用机理。对钴结壳的物理特性参数进行了分析说明,依此设计制作了用于破碎实验的模拟钴结壳。根据钴结壳物理特性参数设计了一种破碎头,并利用LS-DYNA软件开展了破碎仿真研究。通过求解获得了破碎头工作中在X、Y、Z三个方向受到的截割阻力Fc、进给阻力Ff和侧向阻力Fs,它们构成破碎头工作过程中所受的主要外力,Z轴方向的侧向阻力表明在截割过程中产生了轴向力。根据仿真结果设计优化并制作了钴结壳破碎头,最后在实验室建立了钴结壳破碎试验系统,对其作业参数进行了试验。通过高速摄影仪记录的截齿破碎过程验证了钴结壳破碎机理。开展了钴结壳滚筒截齿切削试验及滚筒破碎性能试验。对不同转速、进给速度及切削深度参数下所获得的切削物料进行了粒径分析,根据分析结果对于钴结壳破碎建议其转速为70r/min、切削深度为40mm、进给速度0.2m/s。
【关键词】：钴结壳 破碎头 截齿 仿真 粒度分布
【学位授予单位】：长沙矿冶研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD857
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-16
• 1.1.1 国外研究现状11-14
• 1.1.2 国内研究现状14-16
• 1.2 研究的目的和意义16
• 1.3 本文的主要内容16-18
• 第二章 钴结壳破碎特性研究18-28
• 2.1 岩石切割机理研究18-21
• 2.2 钴结壳物理特性研究21-25
• 2.2.1 含水率和饱和含水率21-22
• 2.2.2 湿密度与干密度22
• 2.2.3 比重22-23
• 2.2.4 孔隙率23
• 2.2.5 莫氏硬度23
• 2.2.6 抗压强度和抗拉强度23-24
• 2.2.7 抗剪断强度24
• 2.2.8 弹性模量和泊松比24-25
• 2.3 截齿破碎钴结壳的断裂过程研究25-26
• 2.3.1 破碎细观机理研究25-26
• 2.3.2 切削图与矿粒粒径的关系26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 富钴结壳截齿破碎头设计28-44
• 3.1 截齿结构形式28-30
• 3.2 破碎头截齿方案布置30-36
• 3.2.1 螺旋头数31-32
• 3.2.2 螺旋升角32-33
• 3.2.3 截齿的排列模式与截齿间距33-35
• 3.2.4 圆周方向两相邻截齿尖相位差35-36
• 3.3 截齿安装角度的研究36-39
• 3.3.1 截齿的切削前角36-37
• 3.3.2 截齿的切削后角37
• 3.3.3 刀具的侧向倾角37-38
• 3.3.4 截齿切入角38-39
• 3.4 切削厚度的确定39-40
• 3.5 破碎头及其截齿布置40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 基于LS-DYNA的破碎头仿真研究44-58
• 4.1 LS-DYNA显式有限元分析44-46
• 4.2 截齿切削过程计算原理46-47
• 4.3 截齿滚筒模型切削过程有限元模拟47-55
• 4.3.1 切削模型模拟方案47-48
• 4.3.2 破碎头三维仿真模型的建立48-51
• 4.3.3 单元类型及材料模型的选择51
• 4.3.4 几何模型网格划分51
• 4.3.5 定义接触和边界条件及载荷条件51-52
• 4.3.6 求解52
• 4.3.7 计算结果分析52-55
• 4.4 本章小结55-58
• 第五章 钴结壳破碎试验58-70
• 5.1 破碎头试验系统58-60
• 5.2 实验目的60
• 5.3 试验内容60-63
• 5.3.1 钴结壳和基岩模拟料的制作61
• 5.3.2 模拟钴结壳物理力学性能参数测试结果61-62
• 5.3.3 钴结壳滚筒切削试验及破碎性能试验62-63
• 5.4 试验结果分析63-69
• 5.4.1 钴结壳滚筒截齿切削实验63-64
• 5.4.2 钴结壳滚筒破碎性能实验64-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论及展望70-74
• 6.1 结论70-71
• 6.2 工作展望71-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读学位期间主要的研究成果80

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本文编号：764980