CN101439312B - 一种深海钴结壳破碎方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海钴结壳破碎方法及装置，该方法采用机械齿和水射流联合破碎深海钴结壳，在机械齿施加机械力破碎深海钴结壳的同时，喷射高压水流冲击深海钴结壳的受力区域以辅助破碎深海钴结壳。该装置包括用于共同作用于深海钴结壳的机械破碎装置和喷水装置；所述的喷水装置包括水箱、高压泵、第一阀门、蓄能器、第二阀门、控制器和喷嘴；所述的水箱、高压泵和单向阀依次串接后再与所述的蓄能器连接；所述的蓄能器还通过第二阀门与喷嘴连接。本发明能减小钴结壳破碎过程中的破碎头受到的冲击载荷，提高集矿机的行走速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石破碎方法及装置，特别是涉及深海钴结壳的破碎方法及装置。
背景技术
深海钴结壳是一种重要的深海矿物资源。随着陆地资源的日益枯竭，开发深海资源已成为一种国际趋势。深海钴结壳的的开采是一项庞大和复杂的工作，涉及到钴结壳的破碎、集矿、扬矿等多项关键技术，其中破碎技术是其中的一项基础技术，它的主要任务是把钴结壳从基岩上剥离下来并破碎成一定尺寸范围的颗粒。
现有的钴结壳破碎方法大多采用机械破碎方法，通过刀具和截齿对钴结壳进行破碎。研究表明：纯机械破碎方法在破碎过程中破碎头会受到强烈的冲击载荷，最大切削力为平均切削力的3～5倍，并且冲击载荷的幅值会随着地形、基岩类型和钴结壳的厚度而波动。过大的冲击载荷影响钴结壳集矿机的安全行走，限制了集矿机的行走速度。
发明内容
为了减小钴结壳破碎过程中破碎头受到的冲击载荷，提高集矿机的行走速度，本发明提出了一种基于机械齿和水射流联合破碎的深海钴结壳破碎方法及装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种深海钴结壳破碎方法，其特征在于，采用机械齿和水射流联合破碎深海钴结壳，在机械齿施加机械力破碎深海钴结壳的同时，喷射高压水流冲击深海钴结壳的受力区域以辅助破碎深海钴结壳。
所述的喷射高压水流过程为间歇式，包括以下2个交替循环的阶段：1)当机械齿施力破碎钴结壳前，高压泵抽水并通过蓄能器蓄水；2)当机械齿施力破碎深海钴结壳时，控制器打开二位二通电磁阀，将蓄能器中的高压水释放并喷射深海钴结壳。
一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，包括共同作用于深海钴结壳的机械破碎装置和喷水装置；所述的喷水装置包括水箱、高压泵、第一阀门、蓄能器、第二阀门、控制器和喷嘴；所述的水箱、高压泵和单向阀依次串接后再与所述的蓄能器连接；所述的蓄能器通过第二阀门与喷嘴连接，所述的第二阀门与所述的控制器连接。
所述的第一阀门为单向阀。
所述的第二阀门为二位二通电磁阀。
所述的机械破碎装置具有滚筒和机械齿结构，所述的机械齿分布在滚筒的外表面上。
所述的喷嘴位于所述的机械齿的正前方。
所述的喷嘴的轴心线与所述的滚筒的轴心线正交。
本发明的有益效果：
本发明巧妙的将水射流引入了机械破碎钴结壳的过程中，从而可以明显降低破碎过程中破碎头承受的冲击载荷，提高集矿机的行走速度。本发明的原理是：钴结壳在机械齿的切削作用下产生初始裂纹，高压水射流进入裂纹后产生水楔作用加速裂纹的扩展，进而加速钴结壳的破碎和剥离。由于高压射流的水楔作用，减小了破碎钴结壳所需的机械切削力，有效降低了钴结壳破碎过程的破碎头受到的冲击载荷，有助于提高钴结壳集矿机的行走速度。另外，引入了控制器来自动控制二位二通电磁阀的开通和关闭，比手动控制二位二通电磁阀具有更高的准确度和效率，即二位二通电磁阀的通断频率可以更高，从而有助于提高钴结壳集矿机的行走速度和工作效率。
附图说明
图1：钴结壳机械齿和水射流联合破碎装置示意图；
图2：钴结壳机械齿和水射流联合破碎实验平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
图1是钴结壳机械齿和水射流联合破碎装置示意图，包括水箱1、高压泵2、单向阀3(即发明内容部分的第一阀门)、蓄能器4、控制器5、二位二通电磁阀6(即发明内容部分的第二阀门)、滚筒7、机械齿8和喷嘴9。高压泵2的入口与水箱1相连，单向阀3的入口与高压泵2的出口相连，单向阀3的出口与二位二通电磁阀6的入口相连，蓄能器4连接在单向阀3和二位二通电磁阀6之间，二位二通电磁阀6的出口与喷嘴9连接。机械齿8安装在滚筒7的外表面。喷嘴9位于机械齿8的正前方，喷嘴9的轴心线与滚筒7的轴心线正交。
在破碎钴结壳前，高压泵2从水箱1中吸水，高压泵2产生的高压水经过单向阀3进入蓄能器4。当需要破碎钴结壳时，在旋转滚筒7驱动机械齿8切削钴结壳的同时，控制器5打开二位二通电磁阀6，蓄能器4中的高压水经过喷嘴9辅助机械齿8破碎钴结壳。
钴结壳机械齿和水射流联合破碎的实验平台如图2所示：包括水箱1、高压泵2、单向阀3、蓄能器4、控制器5、二位二通电磁阀6、滚筒7、机械齿8、喷嘴9、运动平台10和钴结壳11。
高压泵2的入口与水箱1相连，单向阀3的入口与高压泵2的出口相连，单向阀3的出口与二位二通电磁阀6的入口相连，蓄能器4连接在单向阀3和二位二通电磁阀6之间，二位二通电磁阀6的出口与喷嘴9连接。机械齿8安装在滚筒7的外表面。喷嘴9位于机械齿8的正前方，喷嘴9的轴心线与滚筒7的轴心线正交。钴结壳11固定在可以水平运动的运动平台10上。
在破碎钴结壳前，高压泵2从水箱1中吸水，高压泵2产生的高压水经过单向阀3进入蓄能器4。当需要破碎钴结壳时，运动平台10以一定的速度从右边往左边运动，在旋转滚筒7驱动机械齿8切削钴结壳的同时，控制器5打开二位二通电磁阀6，蓄能器4中的高压水经过喷嘴9辅助机械齿8破碎钴结壳。
钴结壳在机械齿的切削作用下产生初始裂纹，高压水射流进入裂纹后产生水楔作用加速裂纹的扩展，进而加速钴结壳的破碎和剥离。由于高压射流的水楔作用，有效减小了钴结壳破碎过程破碎头受到的冲击载荷，有效降低了钴结壳破碎过程的破碎头受到的冲击载荷，有助于提高钴结壳集矿机的行走速度。
Claims (7)
1.一种深海钴结壳破碎方法，其特征在于，采用机械齿和水射流联合破碎深海钴结壳，在机械齿施加机械力破碎深海钴结壳的同时，喷射高压水流冲击深海钴结壳的受力区域以辅助破碎深海钴结壳；所述的喷射高压水流过程为间歇式，包括以下2个交替循环的阶段：1)当机械齿施力破碎钴结壳前，高压泵抽水并通过蓄能器蓄水；2)当机械齿施力破碎深海钴结壳时，控制器打开二位二通电磁阀，将蓄能器中的高压水释放并喷射深海钴结壳。
2.一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，包括共同作用于深海钴结壳的机械破碎装置和喷水装置；所述的喷水装置包括水箱、高压泵、第一阀门、蓄能器、第二阀门、控制器和喷嘴；所述的水箱、高压泵和单向阀依次串接后再与所述的蓄能器连接；所述的蓄能器通过第二阀门与喷嘴连接，所述的第二阀门与所述的控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，所述的第一阀门为单向阀。
4.根据权利要求2所述的一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，所述的第二阀门为二位二通电磁阀。
5.根据权利要求2～4任一项所述的一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，所述的机械破碎装置具有滚筒和机械齿结构，所述的机械齿分布在滚筒的外表面上。
6.根据权利要求5所述的一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，所述的喷嘴位于所述的机械齿的正前方。
7.根据权利要求6所述的一种深海钴结壳破碎装置，其特征在于，所述的喷嘴的轴心线与所述的滚筒的轴心线正交。
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