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。