随着陆地矿产资源的日趋枯竭和人类对海洋的认识日益深化,大洋钴结壳资源已成为世界各国瞩目的21世纪具有商业开发前景的战略资源。根据专家预测,本世纪中叶就有可能进入钴结壳商业开采的阶段。 为正确把握国际海底区域资源研究开发形势,稳步推进我国国际海底资源开发事业,中国大洋矿产资源研究开发协会在其制定的《国际海底区域研究开发“十五”计划》和《国际海底区域研究开发“十五”立项指南》中均将“钴结壳资源评价与研究”(DY105-01)和“钴结壳采集模型机关键技术及装备研究”(DY105-03-02)确立为开发研究的重点项目。 由于我国海洋整体开发能力远远落后于国际水平,投入的资金相对有限,进行耗资巨大的实物模型试验的次数也十分有限,我们必须充分利用现代虚拟仿真技术,对深海资源开发技术的各种过程、关键设备进行虚拟设计,以提高深海资源开发技术研究的进度和效率,降低设备能耗,节约深海资源开发投资。 本论文就是在这种背景和形势下,从理论上对钴结壳深海采矿的螺旋滚筒式采矿头设计进行技术论证,寻求其参数设计较好的技术路线。作者通过对采矿头运动特性的研究,建立了其截齿运动的运动学方程;然后根据深海开采钴结壳的特殊的工作条件,分析了滚筒式采矿头在设计过程中参数的选择依据,建立了采矿头平均能量消耗的数学模型。 最后作者按照能耗最小为目标,采用实值编码遗传算法优化,进行了钴结壳采矿头的参数优化设计,并且编制了专门优化采矿头参数的计算机程序,为优化和校验设计螺旋滚筒式采矿头提供了方便。 虽然本论文设计是专门针对大洋富钴结壳采集进行的,但其中的一些优化设计思想和方法(或稍做调整)仍然可以借鉴到其它海洋资源的开发和有关的切削头设计上。因此,本论文不仅对开发大洋钴结壳等矿产资源具有十分重要的意义,同时它也为传统的螺旋滚筒式采矿头参数设计提供了一种新的设计方法和有力的手段。