CN105673016B - 一种集矿机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集矿机包括机架、行走机构、铲板、输送装置、破碎装置、动臂、第一控制器和液压源。水面船体的第一控制器通过水密电缆向第二控制器发送控制指令，第二控制器控制液压源向集矿机的行走机构、输送装置、第一驱动马达、举升缸和第一摆动缸提供动力，实现集矿机在海底行走和采矿过程，且通过举升缸和第一摆动缸配合实现了动臂在四个方向上的运动，也就是实现了破碎装置在四个方向上的位置调节，可以根据地形的变化改变破碎装置的采集方位，从而实现了破碎装置采集方位的灵活调整，在一定程度上提高了采集率。

Description

一种集矿机

技术领域

本发明涉及采矿资源装备技术领域，特别涉及一种集矿机。

背景技术

随着世界工业和经济的高速发展，矿产资源消耗量急剧增加，陆地矿产资源在全球范围内日趋短缺甚至枯竭，人类将目光转向占地球表面积71％的海洋，海洋矿产资源开采是弥补陆地资源枯竭的有效方式。

在国际海底区域蕴藏着如锰结核、富钴结壳、热硫化物和多金属软泥等丰富的金属矿产资源，由于各种资源在海底环境的差异以及古海洋的变化，各个矿产分布不同，而且同种矿产资源在不同区域的储存量、品位也都各不相同，为了保证对海底资源的最大化利用，在采集时应该尽可能地减少资源的浪费。

现有技术中一般采用水力集矿方式为主，通过水力将剥离的矿产资源吸入至收集箱，该方式需要将大量的能量用于水流，存在能源利用率低和采集成本增加等问题。机械集矿方式能够解决上述问题，但是现有技术中的机械集矿装置在集矿过程中破碎装置不能根据地形的变化改变采集的方位，导致矿产的采集率低。

因此，如何实现集矿机的破碎装置采集方位的灵活调整，提高矿产的采集率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种集矿机，以实现集矿机的破碎装置采集方位的灵活调整，提高矿产的采集率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集矿机，包括：

机架，所述机架上设置有集料仓；

与所述机架连接的行走机构；

设置在所述机架上用于将矿物收集至所述集料仓的铲板；

设置在所述集料仓内用于将所述铲板上的矿物输送至所述集料仓内的输送装置；

用于破碎矿物的破碎装置，所述破碎装置包括滚筒、设置在所述滚筒外壁上的截齿、用于固定所述滚筒的第一安装板和用于驱动所述滚筒转动的第一驱动马达；

与所述第一安装板连接的动臂，所述动臂在举升缸的驱动下上下运动，且所述动臂在第一摆动缸的作用下左右摆动，所述第一摆动缸通过第二安装板固定在所述机架上，所述第二安装板包括与所述第一摆动缸的上下两端连接的第二水平安装板和用于连接两个所述第二水平安装板的第二竖直安装板，所述动臂与所述第二竖直安装板铰接；

设置在所述机架上用于控制所述集矿机工作的第一控制器，所述第一控制器与水面船体的用于控制所述第一控制器的第二控制器通过水密电缆通信连接；

与所述第一控制器通信连接为所述集矿机的工作提供动力的液压源。

优选的，在上述集矿机中，所述动臂包括平行布置的第一动臂和第二动臂，所述第一动臂和所述第二动臂通过连接杆连接，所述第一动臂和所述第二动臂均包括第一工作段和第二工作段，所述第一工作段和所述第二工作段之间的夹角为钝角，所述第一工作段与所述第一安装板连接，所述第二工作段与所述第二竖直安装板铰接。

优选的，在上述集矿机中，所述滚筒的个数为两个，两个所述滚筒平行布置。

优选的，在上述集矿机中，还包括能够带动两个所述滚筒上下摆动的第二摆动缸；

所述第一安装板包括用于安装滚筒的第一水平安装板和设置在所述第二摆动缸两端的第一竖直安装板；

还包括：

第三安装板，所述第三安装板包括第三水平安装板和第三竖直安装板，所述第二摆动缸固定在所述第三水平安装板上，所述第三竖直安装板与所述动臂的第一工作段连接，且所述第三竖直安装板与所述第二竖直安装板连接。

优选的，在上述集矿机中，还包括：

连接板，所述连接板一端与所述第一工作段和所述第二工作段的拐角位置固定连接，所述连接板的另一端为自由端，所述连接板与所述第二竖直安装板平行；

连杆，所述连杆的首端与所述第二竖直安装板铰接，所述连杆的尾端与所述连接板的自由端铰接，所述连杆与所述第二工作段平行；

用于调节所述破碎装置在水平方向倾斜角度的倾斜缸，所述倾斜缸一端与所述连接板铰接，另一端与所述第三竖直安装板连接，所述倾斜缸与所述第一工作段平行。

优选的，在上述集矿机中，还包括：

设置在所述铲板上的耙料杆，所述耙料杆的个数为两个，两个所述耙料杆在第二驱动马达驱动下打开或者收拢。

优选的，在上述集矿机中，所述行走装置为履带。

优选的，在上述集矿机中，所述输送装置为传送带或者链条。

优选的，在上述集矿机中，所述铲板与所述机架铰接；

还包括第三油缸，所述第三油缸的缸体与所述机架铰接，所述第三油缸的活塞杆与所述铲板铰接。

优选的，在上述集矿机中，所述截齿沿着所述滚筒的侧壁螺旋布置。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的集矿机包括机架、行走机构、铲板、输送装置、破碎装置、动臂、第一控制器和液压源。行走机构用来带动集矿机在海底运动；机架用来为集矿机的其他装置提供安装基础；破碎装置用来将海底的矿物打碎；铲板用来收集打碎的矿物，并通过输送装置输送至集料仓；动臂在第一摆动缸的作用下实现了左后位置的调节，在举升缸的作用下实现上下位置的调节。水面船体的第一控制器通过水密电缆向第二控制器发送控制指令，第二控制器控制液压源向集矿机的行走机构、输送装置、第一驱动马达、举升缸和第一摆动缸提供动力，实现集矿机在海底行走和采矿过程，且通过举升缸和第一摆动缸配合实现了动臂在四个方向上的运动，也就是实现了破碎装置在四个方向上的位置调节，可以根据地形的变化改变破碎装置的采集方位，从而实现了破碎装置采集方位的灵活调整，在一定程度上提高了采集率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的集矿机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的集矿机的左视图；

图3为本发明实施例提供的集矿机的主视图；

图4为本发明实施例提供的集矿机的俯视图。

1、机架，101、集料仓，2、行走机构，3、铲板，31、耙料杆，4、滚筒，5、截齿，6、动臂，61、连接杆，7、举升缸，8、第一摆动缸，9、第二安装板，10、第一控制器，11、水密电缆，12、液压源，13、第二摆动缸，14、连接板，15，连杆，16、倾斜缸。

具体实施方式

本发明公开了一种集矿机，以实现集矿机的破碎装置采集方位的灵活调整，提高矿产的采集率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本发明实施例提供的集矿机的结构示意图；图2为本发明实施例提供的集矿机的左视图；图3为本发明实施例提供的集矿机的主视图；图4为本发明实施例提供的集矿机的俯视图。

本发明公开了一种集矿机，包括：机架1、行走机构2、铲板3、输送装置、破碎装置、动臂6、第一控制器10和液压源12，其中破碎装置包括滚筒4、截齿5、第一安装板和第一驱动马达。

机架1上设置有集料仓101，通过破碎装置采集的矿物收集至集料仓101内，再通过其他手段输送至水面船体。

行走机构2能够带动集矿机在海底运动，通过水面船体将集矿机送至待采集矿物的区域，如果集矿机下降至海底的位置存在偏移，则通过行走机构对集矿机的位置进行调整，使集矿机移动至待采集矿物的位置，且对矿物采集一定厚度后，行走装置能够带动集矿机前进与采集厚度相近的距离。

为了方便矿物的收集，在机架1上设置用于将矿物收集至集料仓101内的铲板3，铲板3能够将开采的海底矿物铲起，优选的，铲板3的宽度小于动臂摆动左右过程的覆盖宽度，能够在一定程度上降低对矿物的浪费。

为了方便铲板3上的物料顺利输送至集料仓101，本方案中在集料仓101内设置有用于将铲板3上的矿物输送至集料仓101内的输送装置，输送装置的设计提高了矿物输送至集料仓101的速度，从而在一定程度上提高了物料的收集速率，进一步提高了采集率。

破碎装置包括滚筒4、设置在滚筒4外壁上的截齿5、用于固定滚筒4的第一安装板和用于驱动滚筒4转动的第一驱动马达。第一驱动马达带动滚筒4转动，进而带动设置在滚筒4上的截齿5随着滚筒4转动，截齿5打碎海底矿物，实现对矿物的开采。

与第一安装板连接的动臂6，动臂6在举升缸7的驱动下上下运动，在第一摆动缸8的作用下左右摆动，该方案中动臂6的上下运动是指动臂6在举升缸7的作用下在竖直方向上作弧形运动，且上下运动的方向与第一摆动缸8的轴线方向平行，动臂6在第一摆动缸8的作用下在水平方向上作弧形运动，弧形运动的方向与第一摆动缸8的轴线方向垂直。举升缸7与第一摆动缸8配合实现动臂6在上、下、左、右四个方向上的运动，从而实现对设置在动臂6一端的破碎装置的位置调节，使得破碎装置可以根据地形的变化改变采集方位，提高了矿物采集的灵活性，也在一定程度上提高了矿产的采集率。

第一摆动缸8通过第二安装板9固定在机架1上，第二安装板9包括第二水平安装板和第二竖直安装板，第二水平安装板与第一摆动缸8的上下两端连接，第二竖直安装板用于连接两个第二水平安装板且第二竖直安装板与第二水平安装板垂直，第二安装板9为第一摆动缸8提供了安装基础，第一摆动缸8转动的过程中带动整个第二安装板9运动，进而第二安装板9带动动臂6摆动。

如图2所示，举升缸7的缸体与第二竖直安装板铰接，活塞杆与动臂6铰接，动臂6与第二竖直安装板铰接，举升缸7升降带动动臂6绕着铰接点转动，实现动臂6在竖直方向上的上下运动，动臂6的上下运动的方向与第一摆动缸8的轴线延伸方向相同。

第一摆动缸8带动动臂6在水平开采面内做弧形运动；动臂6在水平开采面的开采动作结束后，举升缸7带动动臂6上升或者下降一定高度，使破碎装置移动至相邻开采面，第一摆动缸8再次带动动臂6运动对该水平开采面进行开采。对矿物进行逐层开采，开采过程中可以根据矿物的地形调整动臂6的高度，在一定程度上降低了地形对开采难度的影响，且逐层开采能够提高矿物的开采率，减少对矿物的浪费。

第一控制器10作为集矿机的控制装置，第一控制器10设置在机架1上，第一控制器10与水面船体的第二控制器通过水密电缆11通信连接，工作人员通过操作第二控制器对第一控制器10进行控制。

液压源12是集矿机工作的动力源，第一控制器10控制液压源12的工作。在实际工作的过程中液压源12为行走机构、输送装置、第一驱动马达、举升缸7和第一摆动缸8提供动力。

具体的工作过程如下：

1)集矿机送至待采矿区域：水面船体将集矿机吊入待采矿区域，如果集矿机的下降位置存在偏差，工作人员通过第二控制器向第一控制器发出指令，第一控制器控制液压源12向行走机构2提供动力，使集矿机在海底运动至待采矿位置，如果集矿机的下降位置准确，则不需要对集矿机的位置进行调整；

2)开采定位：水面船体工作人员通过第二控制器向集矿机的第一控制器10发出指令，第一控制器10接收指令后控制液压源12向集矿机的举升缸7和第一摆动缸8提供动力，将动臂6调整至开采位置并使破碎装置位于开采层的起始端；

3)开采：液压源12向第一摆动缸8提供动力，第一摆动缸8转动带动动臂6在水平面上运动，对相应层的矿物进行开采，在第一摆动缸8的作用下，动臂6自该层的起始端运动至末端，第一摆动缸8停止运动，该层开采结束，举升缸7对动臂6进行高度调整，破碎装置换层开采，再次启动第一摆动缸8，第一摆动缸8带动动臂6自该层的末端运动至起始端；重复上述操作；

4)矿物收集：开采一定量的矿物后，铲板3对矿物进行收集，在铲板3收集矿物的过程中集矿机可以适当向前运动，积聚在铲板3上的矿物通过输送装置进一步输送至集料仓101。

在开采的过程中，破碎装置对矿物进行逐层开采，矿物的开采层数根据矿物的厚度决定，该种开采方式能够减少对矿物的浪费；开采过程中，每次对矿物的开采深度为滚筒的深度；每次对矿物开采一个滚筒深度后，行走机构2带动集矿机向前运动的距离为一个滚筒的长度，然后开始对下一个断面的开采。

在开采过程中，可以根据矿物的断面形状调整破碎装置的开采方位，即能够使破碎装置的开采路径随着矿物的断面形状进行调整，提高了破碎装置方位调整的灵活性，且进一步降低了对矿物的浪费。

本方案中将破碎过程和收集聚拢过程分开，能够在一定程度上降低保证整个装置工作的最大功率值，对装置起到了保护作用，同时可以在一定程度上降低能耗。

为了进一步优化上述技术方案，在本发明的一具体实施例中，动臂6包括第一动臂和第二动臂，且第一动臂和第二动臂平行布置，第一动臂和第二动臂的连接通过连接杆61实现，优选的，连接杆61与第一动臂和第二动臂垂直布置，连接杆61与第一动臂和第二动臂的连接可以采用螺栓连接或者焊接连接。

本方案中第一动臂和第二动臂均包括第一工作段和第二工作段，第一工作段和第二工作段之间的夹角为钝角，第一工作段与第一安装板连接，第二工作段与第二竖直安装板铰接，优选的，举升缸7的活塞杆与第一工作段和第二工作段的弯折处铰接。

破碎装置包括滚筒4的个数为两个，且两个滚筒4平行布置，两个滚筒4平行布置能够抵消滚筒4切削过程中的切削阻力，增加滚筒破碎时的稳定性。

本方案提供的集矿机还包括第二摆动缸13和第三安装板。

第二摆动缸13能够带动两个滚筒4上下摆动，即通过第二摆动缸13实现对两个滚筒4的高度调节，使两个滚筒4的高度存在差异，在一次开采的过程中能够同时对两层矿物进行开采，从而在一定程度上提高了开采效率。

在对矿物逐层采集的过程中，开采完一层后，需要将两个滚筒4的高度进行对调，为了使描述更加清楚，在此命名其中一个滚筒为第一滚筒，另一个滚筒为第二滚筒，开采某层的过程中，第一滚筒的高度较第二滚筒的高度高，在开采相邻层的过程中，对第一滚筒和第二滚筒的高度进行对调，即第二滚筒的高度较第一滚筒的高度高，通过对第一滚筒和第二滚筒的高度调节，可以在一定程度上提高开采效果，降低对矿物的浪费量。

第一安装板包括用于安装滚筒4的第一水平安装板和设置在第二摆动缸13两端的第一竖直安装板，第一水平安装板和第一竖直安装板相互垂直布置，第一安装板整体呈U型形状。

本方案提供的集矿机还包括：

第三安装板，第三安装板包括第三水平安装板和第三竖直安装板，第二摆动缸13固定在第三水平安装板上，第三竖直安装板与动臂的第一工作段连接，且第三竖直安装板与第二竖直安装板连接，第三水平安装板和第三竖直安装板垂直布置，优选的，第三竖直安装板与第一安装板的靠近机架一端的第一竖直安装板连接。

第一安装板和第三安装板配合实现了第二摆动缸13和两个滚筒4的安装，第一安装板的第一水平安装板能够对第三安装板的U型开口进行封堵。

第一安装板和第三安装板的不局限于上述形状，还可以是能够实现本方案的其他形状。

本方案提供的集矿机还包括连接板14、连杆15和倾斜缸16，其中，

连接板14一端与第一工作段和第二工作段的拐角位置固定连接，连接板14的另一端为自由端，连接板14与第二竖直安装板平行，优选的，连接板14与动臂6一体成型；

连杆15，连杆15的首端与第二竖直安装板铰接，连杆15的尾端与连接板14的自由端铰接，连杆15与第二工作段平行，连杆15、第二工作段、连接板14和第二竖直安装板组成一个平行四边形结构，在举升缸7举升动臂的过程中，连杆15、第二工作段、连接板14和第二竖直安装板始终保持平行四边形结构，连接板14始终与第二竖直安装板平行；用于调节破碎装置在水平方向倾斜角度的倾斜缸16，倾斜缸16一端与连接板14铰接，另一端与第三竖直安装板连接，倾斜缸16与第一工作段平行，倾斜缸16、第一工作段、连接板14和第三竖直安装板组成一个平行四边形结构，在倾斜缸16的伸缩过程中，第三竖直安装板始终与连接板14平行。

本方案提供的装置通过连杆15、第二工作段、连接板14和第二竖直安装板与连杆15、第二工作段、连接板14和第二竖直安装板分别组成两个平行四边形机构，通过上述两个四边形结构可以保证第三竖直安装板始终与连接板14平行，连接板与第二竖直安装板平行，从而第三竖直安装板始终与第二竖直安装板平行，由于第二竖直安装板固定在机架上且为竖直状态，位置不会发生改变，从而使得第三竖直安装板能够始终保持竖直状态，保证滚筒4始终保持水平状态，滚筒4在切割过程中始终水平切割矿物层，保证了破碎装置破碎矿物的效果。

为了进一步提高矿物的收集速度，集矿机还包括：

设置在铲板3上的耙料杆31，耙料杆31的个数为两个，两个耙料杆31在第二驱动马达驱动下打开或者收拢，通过耙料杆31的打开或者收拢实现对矿物的快速收集。本方案中耙料杆31在铲板3上做圆弧运动。

本方案中行走装置为履带。

为了进一步优化上述技术方案，在本发明的一具体实施例中，输送装置为传送带或者链条，传送带或者链条能够实现对矿物的平稳输送。

本方案中铲板3与机架1铰接，铲板3在使用的时候可以放下，不使用的时候可以收起，为了实现铲板3的自动开合，本方案提供的集矿机还包括第三油缸，第三油缸的缸体与机架1铰接，第三油缸的活塞杆与铲板3铰接，第三油缸的动力源为液压源12，通过液压源12向第三油缸提供动力，通过第三油缸的活塞杆的伸出和回缩实现铲板3的开合。

为了提高对矿物的开采效果，本方案中截齿5沿着滚筒4的侧壁螺旋布置，保证滚筒4的外壁各层都可以对矿物进形切割，提高了破碎装置的利用率，同时可以在一定程度上提高开采效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种集矿机，其特征在于，包括：

机架(1)，所述机架(1)上设置有集料仓(101)；

与所述机架(1)连接的行走机构(2)；

设置在所述机架(1)上用于将矿物收集至所述集料仓(101)的铲板(3)；

设置在所述集料仓(101)内用于将所述铲板(3)上的矿物输送至所述集料仓(101)内的输送装置；

用于破碎矿物的破碎装置，所述破碎装置包括滚筒(4)、设置在所述滚筒(4)外壁上的截齿(5)、用于固定所述滚筒(4)的第一安装板和用于驱动所述滚筒(4)转动的第一驱动马达，所述滚筒(4)的轴线延伸方向与所述行走机构(2)的长度延伸方向一致，所述滚筒(4)的个数为两个，两个所述滚筒(4)平行布置；

与所述第一安装板连接的动臂(6)，所述动臂(6)在举升缸(7)的驱动下上下运动，且所述动臂(6)在第一摆动缸(8)的作用下左右摆动，所述第一摆动缸(8)通过第二安装板(9)固定在所述机架(1)上，所述第二安装板(9)包括与所述第一摆动缸(8)的上下两端连接的第二水平安装板和用于连接两个所述第二水平安装板的第二竖直安装板，所述动臂(6)与所述第二竖直安装板铰接；

设置在所述机架(1)上用于控制所述集矿机工作的第一控制器(10)，所述第一控制器(10)与水面船体的用于控制所述第一控制器(10)的第二控制器通过水密电缆(11)通信连接；

与所述第一控制器通信连接为所述集矿机的工作提供动力的液压源(12)。

2.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，所述动臂(6)包括平行布置的第一动臂和第二动臂，所述第一动臂和所述第二动臂通过连接杆(61)连接，所述第一动臂和所述第二动臂均包括第一工作段和第二工作段，所述第一工作段和所述第二工作段之间的夹角为钝角，所述第一工作段与所述第一安装板连接，所述第二工作段与所述第二竖直安装板铰接。

3.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，还包括能够带动两个所述滚筒(4)上下摆动的第二摆动缸(13)；

所述第一安装板包括用于安装滚筒(4)的第一水平安装板和设置在所述第二摆动缸(13)两端的第一竖直安装板；

还包括：

第三安装板，所述第三安装板包括第三水平安装板和第三竖直安装板，所述第二摆动缸(13)固定在所述第三水平安装板上，所述第三竖直安装板与所述动臂的第一工作段连接，且所述第三竖直安装板与所述第二竖直安装板连接。

4.根据权利要求2所述的集矿机，其特征在于，还包括：

两个连接板(14)，两个所述连接板(14)一端分别与所述第一动臂和所述第二动臂上位于所述第一工作段和所述第二工作段的拐角位置固定连接，两个所述连接板(14)的另一端为自由端，所述连接板(14)与所述第二竖直安装板平行；

两个连杆(15)，所述连杆(15)的首端与所述第二竖直安装板铰接，所述连杆(15)的尾端与所述连接板(14)的自由端铰接，所述连杆(15)与所述第二工作段平行；

用于调节所述破碎装置在水平方向倾斜角度的倾斜缸(16)，所述倾斜缸(16)一端与所述连接板(14)铰接，另一端与所述第三竖直安装板连接，所述倾斜缸(16)与所述第一工作段平行。

5.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，还包括：

设置在所述铲板(3)上的耙料杆(31)，所述耙料杆(31)的个数为两个，两个所述耙料杆(31)在第二驱动马达驱动下打开或者收拢。

6.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，所述行走机构(2)为履带。

7.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，所述输送装置为传送带或者链条。

8.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，所述铲板(3)与所述机架(1)铰接；

还包括第三油缸，所述第三油缸的缸体与所述机架(1)铰接，所述第三油缸的活塞杆与所述铲板(3)铰接。

9.根据权利要求1所述的集矿机，其特征在于，所述截齿(5)沿着所述滚筒(4)的侧壁螺旋布置。