船-缆-机器人采矿系统中非均匀张力缆振动特征分析

深海采矿越来越重要,本文针对采矿船-缆索-水下机器人采矿系统的作业模式,考虑采矿船和水下机器人运动引起的非均匀张力缆索横向振动问题,建立了船-缆-机器人系统简化的数学模型,给出了二阶线性变系数偏微分控制方程和初边值条件。基于变量分离法求解模型得到非均匀张力缆自然频率和振动模态的Bessel函数解析表达式。分析了采矿船和水下机器人运动引起的端致运动规律,给出了上下端运动幅度和频率对缆索振动的影响。研究发现:端部运动幅度逐渐增大时,缆索的横向最大振幅均呈线性增长;端部运动频率与缆索各阶自然频率相等时,系统会发生共振现象,分析了各阶振型的响应函数,对非均匀张力缆的设计参数确定提供参考。

深海采矿脐带缆管理系统分析

为解决采矿作业过程中海洋载荷、硬质提升管道、关键设备对脐带缆的潜在损伤,采用新设计的背负式管夹将脐带缆紧固在提升硬管上,在伸缩装置区域对脐带缆进行升沉运动补偿。在前期研究的基础上,对脐带缆绑扎中的现场作业环境、正常与特殊管段绑扎以及脐带缆升沉补偿中的顶部支撑及弯曲限制等内容进行分析研究,尝试建立一套适用于深海采矿“泵-管”连续提升作业的脐带缆管理系统。该系统可为深海采矿系统脐带缆的安全服役提供一种可靠的工程实例借鉴。