摘要：以国际海底区域多金属结核开采及我国深海采矿1000 m海试系统技术方案为工程背景,针对整体系统联动开采作业过程模拟研究的需要,提出并开发海底履带式集矿机单刚体快速动力学仿真模型。根据深海采矿系统整体运动与约束关系,将集矿机单刚体模型与扬矿管三维离散元模型相连接,组成深海采矿整体系统快速动力学仿真模型。提出两种新的整体联动开采作业方式——纵向联动折返式与横向联动折返式。通过分析、设计及仿真控制,实现两种整体联动开采作业方式的快速仿真分析。讨论集矿机按两种新提出的采集路径行走,同时采矿船拖曳扬矿管跟随集矿机运动时,整体系统的纵向与横向联动作业动力学特性。仿真分析结果表明,整体系统联动作业过程中各子系统均能保持在各自的稳定范围内运动,进而证明两种新提出的集矿机采集路径的可行性以及整体系统纵向与横向联动折返式作业方式的合理性。深海采矿系统整体联动开采作业过程动力学分析将为整体联动控制研究奠定基础,并为将来的深海采矿海试以及商业开采过程操控提供重要的理论分析基础与技术参考。

关键词：深海采矿 整体联动 快速动力学仿真模型 集矿机单刚体模型 扬矿管离散元模型 

单位：中南大学机电工程学院 长沙410083 长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室 长沙410012