CN105735999B - 水下空间采矿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下空间采矿装置，包括机架、输送机、安装于机架上的采矿头以及连接输送机和采矿头的输送管，机架上安装有使水下空间采矿装置在水下保持悬浮的浮力部件和用于驱动水下空间采矿装置在水下移动的推进机构。该水下空间采矿装置具有结构简单、运动灵活、地形适应性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水下采矿作业设备技术领域，具体涉及一种水下空间采矿装置。
背景技术
海洋富含多种金属矿产资源，面对日益枯竭的陆地资源，开发海底资源势在必行。然而，主要的三种海底矿产资源（多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳）分布的底质环境复杂，导致现有水下采矿设备在采矿过程中存在各种问题，无法开展地面规模化作业。其中，多金属结核分布在承载能力极低的稀软沉积物表面，采矿作业车极易出现沉陷和打滑，甚至无法行走作业；多金属硫化物分布在洋中脊热液区，是由海底火山口喷出的岩浆与海水作用形成的许多烟雾状的“黑色烟筒”，其分布分散，地形复杂使得大型采矿机的规模化作业无法实现；富钴结壳赋存于海底海山侧面的基岩表面，对集矿机的行走及采集均带来了严重阻碍。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、运动灵活、地形适应性好的水下空间采矿装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种水下空间采矿装置，包括机架、输送机、安装于机架上的采矿头以及连接输送机和采矿头的输送管，所述机架上安装有使水下空间采矿装置在水下保持悬浮的浮力部件和用于驱动水下空间采矿装置在水下移动的推进机构。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述浮力部件为深海固体浮力材料制件。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述推进机构包括一个以上竖向推进螺旋桨和四个以上水平推进螺旋桨，四个以上水平推进螺旋桨分设于机架的四周。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述采矿头通过一微地形适应机构可调整安装高度的安装于机架上。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述微地形适应机构包括伸缩驱动件和两套以上平行四边形机构，各平行四边形机构包括两根平行的连杆，各连杆的两端分别与机架和采矿头铰接，所述伸缩驱动件铰接安装于机架上，所述伸缩驱动件的驱动端与采矿头铰接。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述伸缩驱动件为伸缩油缸或伸缩电缸。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述采矿头包括破碎机构和采集罩，所述破碎机构安装于所述采集罩内，所述采集罩通过所述输送管与输送机的输入口相连，所述输送管为输送软管。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述机架上安装有用于测量水下空间采矿装置悬浮高度的声学测距传感器。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述机架上安装有动力站。
上述的水下空间采矿装置，优选的，所述输送机安装于所述机架上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明水下空间采矿装置在机架上安装浮力部件、推进机构和采矿头，可使水下空间采矿装置悬浮在水下的固定高度，并能够自主移动到可采区域，相比传统水下采矿设备，该水下空间采矿装置不会出现沉陷、打滑和无法行走等问题，具有结构简单、运动灵活性高、地形适应性好等优点。
附图说明
图1为水下空间采矿装置的主视结构示意图。
图2为水下空间采矿装置的侧视结构示意图。
图例说明：
1、机架；2、输送机；3、采矿头；31、破碎机构；32、采集罩；4、浮力部件；5、竖向推进螺旋桨；6、水平推进螺旋桨；7、伸缩驱动件；8、连杆；9、输送软管；10、动力站；11、上部设备。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实施例的水下空间采矿装置，包括机架1、输送机2和采矿头3，采矿头3安装于机架1的前下方，输送机2通过输送管与采矿头3相连，机架1上安装有使水下空间采矿装置在水下保持悬浮的浮力部件4和用于驱动水下空间采矿装置在水下移动的推进机构。其中，机架1采用钢结构框架，浮力部件4采用深海固体浮力材料制作。推进机构包括两个竖向推进螺旋桨5和四个水平推进螺旋桨6，两个竖向推进螺旋桨5安装在机架1顶部，四个水平推进螺旋桨6分设于机架1中部的四个角部位置，通过竖向推进螺旋桨5可驱使水下空间采矿装置上下运动，通过各水平推进螺旋桨6可驱使水下空间采矿装置水平移动，进而水下空间采矿装置能运动至水下任意位置。上述深海固体浮力材料、竖向推进螺旋桨5和水平推进螺旋桨6均为现有技术。
本实施例中，采矿头3通过一微地形适应机构安装于机架1上，通过微地形适应机构可调整采矿头3在机架1上的安装高度，以适应海底地形出现的局部凸起或凹下，确保采矿头3与矿层接触，提高作业的适应性。该微地形适应机构包括伸缩驱动件7和两套以上平行四边形机构，各平行四边形机构包括两根平行的连杆8，各连杆8的两端分别与机架1和采矿头3铰接，伸缩驱动件7铰接安装于机架1上，伸缩驱动件7的伸缩驱动端与采矿头3铰接，在平行四边形机构的限制下，伸缩驱动件7伸缩动作可驱使采矿头3以平移方式运动改变安装高度。上述伸缩驱动件7可采用伸缩油缸或伸缩电缸。该微地形适应机构能够使采矿头3以平移运动升降，保证采矿头3的集矿口保持水平，且其结构简单、刚度好、重量轻。
本实施例中，采矿头3和输送机2均为现有技术，其中，采矿头3包括破碎机构31和采集罩32，破碎机构31安装于采集罩32内，采集罩32通过上述输送管与输送机2的输入口相连，该输送管为输送软管9。
本实施例中，输送机2布置在机架1的内部，输送机2的输出口通过软管连接至水下空间采矿装置的上部设备11，将采矿头3采集的矿物质输送至水下空间采矿装置的上部设备11。输送机2安装在机架1上，使水下空间采矿装置不需要设置储存矿石的料仓，可有效降低水下空间采矿装置的尺寸和重量。上述输送软管9和软管可采用橡胶波纹软管。
本实施例中，机架1上安装有用于测量水下空间采矿装置悬浮高度的声学测距传感器，通过声学测距传感器测量水下空间采矿装置距海底的高度，可以配合控制系统控制水下空间采矿装置处在合适高度。
本实施例中，机架1上还安装有动力站10，动力站10具体布置在机架1的下部平台上，便于给伸缩油缸和输送机2提供动力。
本实施例的水下空间采矿装置作业时，通过控制竖向推进螺旋桨5和水平推进螺旋桨6使水下空间采矿装置运动到目的区域，根据声学测距传感器测量的距地矿层表面的高度，控制竖向推进螺旋桨5使水下空间采矿装置悬浮在合适的作业高度范围。调整微地形适应机构使采矿头3达到预定作业位置，再控制破碎机构31进行破碎作业，同时输送机2运行，通过抽吸作用将采集罩32进口处被破碎的矿石吸入到输送机2内，再通过软管输送至上部设备11。
在复杂地形工作时，可根据地形起伏调整水下空间采矿装置的悬浮位置，以确保水下空间采矿装置处在合适的作业高度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水下空间采矿装置，包括机架（1）、输送机（2）、安装于机架（1）上的采矿头（3）以及连接输送机（2）和采矿头（3）的输送管，其特征在于：所述机架（1）上安装有使水下空间采矿装置在水下保持悬浮的浮力部件（4）和用于驱动水下空间采矿装置在水下移动的推进机构；所述采矿头（3）通过一微地形适应机构可调整安装高度的安装于机架（1）上；所述微地形适应机构包括伸缩驱动件（7）和两套以上平行四边形机构，各平行四边形机构包括两根平行的连杆（8），各连杆（8）的两端分别与机架（1）和采矿头（3）铰接，所述伸缩驱动件（7）铰接安装于机架（1）上，所述伸缩驱动件（7）的驱动端与采矿头（3）铰接；采矿头（3）的集矿口保持水平。
2.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述浮力部件（4）为深海固体浮力材料制件。
3.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述推进机构包括一个以上竖向推进螺旋桨（5）和四个以上水平推进螺旋桨（6），四个以上水平推进螺旋桨（6）分设于机架（1）的四周。
4.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述伸缩驱动件（7）为伸缩油缸或伸缩电缸。
5.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述采矿头（3）包括破碎机构（31）和采集罩（32），所述破碎机构（31）安装于所述采集罩（32）内，所述采集罩（32）通过所述输送管与输送机（2）的输入口相连，所述输送管为输送软管（9）。
6.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述机架（1）上安装有用于测量水下空间采矿装置悬浮高度的声学测距传感器。
7.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述机架（1）上安装有动力站（10）。
8.根据权利要求1所述的水下空间采矿装置，其特征在于：所述输送机（2）安装于所述机架（1）上。
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