CN105758665B - 一种海底矿产资源采样装置和海底观测船 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海底矿产资源采样装置，包括支架；设置在支架上的集矿仓；一端铰接在支架上的驱动臂；能够分割矿料样品并将矿料样品收集入集矿仓的矿料破碎收集机构，其设置在驱动臂的另一端；用于驱使驱动臂转动的第一驱动件。应用时，首先将支架放置于海底取样地点，然后利用第一驱动件驱使驱动臂围绕其与支架的铰接点转动使矿料破碎收集机构下落至海底取样处，接着利用矿料破碎收集机构分割并收集矿料样品，然后利用第一驱动件驱使驱动臂围绕其与支架的铰接点转动使矿料破碎收集机构升起至集矿仓处，将矿料样品放入集矿仓，从而实现对矿产资源的取样，故实现了在规模化开采前对矿产资源进行试采。本发明还提供了一种海底观测船。

Description

一种海底矿产资源采样装置和海底观测船

技术领域

本发明涉及海洋矿产资源开采技术领域，更具体地说，涉及一种海底矿产资源采样装置，本发明还涉及一种具有上述海底矿产资源采样装置的海底观测船。

背景技术

由于海底区域蕴藏着诸如锰结核、富钴结壳、热流化物、多金属软泥等丰富的金属矿产资源，所以海洋矿产资源开发能够作为弥补陆地资源枯竭的有效方式。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，而且在进行商业开采之前必须进行采样，通过采样来综合分析矿产资源的价值以及采集的方法。

目前，海底采样装置主要用于采集高粘度、高湿度的样品，而且矿产资源开采装置主要面向商业开采，并无用于采样的采样装置，无法在规模化开采前对矿产资源进行试采。

此外，现有海底采样装置通过船体将采样装置放于采样区域以后即进行采样，定位精度较低，影响了采样精度。

综上所述，如何实现在规模化开采前对矿产资源进行试采，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海底矿产资源采样装置，以实现在规模化开采前对矿产资源进行试采。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述海底矿产资源采样装置的海底观测船。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海底矿产资源采样装置，包括：

支架；

设置在所述支架上的集矿仓；

一端铰接在所述支架上的驱动臂；

能够分割矿料样品并将所述矿料样品收集入所述集矿仓的矿料破碎收集机构，所述矿料破碎收集机构设置在所述驱动臂的另一端；

用于驱使所述驱动臂转动以使所述矿料破碎收集机构升起至所述集矿仓处或下落至海底取样处的第一驱动件。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述矿料破碎收集机构包括：

可转动地设置在所述驱动臂上的料仓，当所述驱动臂驱动所述料仓升起至所述集矿仓处时，所述料仓能够向所述集矿仓放料；

可转动地设置在所述驱动臂另一端的破碎头，所述破碎头的外壁上具有能够分割所述矿料样品并将所述矿料样品收集入所述料仓的机械齿，当所述驱动臂驱动所述破碎头下落至海底取样处时所述料仓的仓口正对所述破碎头；

驱动所述破碎头转动的第二驱动件。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述料仓包括具有仓口的仓筒和设置在所述仓筒远离仓口一端的底仓门，所述底仓门的一端铰接在所述仓筒的一端，另一端通过第三驱动件与所述仓筒的另一端可分离连接；当所述料仓升起至所述集矿仓处时，所述底仓门正对着所述集矿仓，所述第三驱动件驱动所述底仓门打开向所述集矿仓放料。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述料仓的一端与所述驱动臂远离所述支架的一端转动连接，另一端通过柔性连接件与所述驱动臂的杆部连接，且当所述驱动臂下落至海底取样处时所述仓筒与海底面夹角小于60度。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述柔性连接件为铁链；所述机械齿为自所述破碎头的一端延伸至另一端的螺旋状。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述第一驱动件为第一液压缸，所述支架上设置有与所述第一液压缸连接的液压源；

所述第一液压缸的驱动端与所述驱动臂的杆部铰接，另一端铰接在所述支架上；

所述第二驱动件为液压马达；所述第三驱动件为第二液压缸，所述液压马达和所述第二液压缸均与所述液压源连接。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述支架底端设置有行走装置；所述行走装置包括设置在所述支架一侧的第一履带轮和设置在所述支架另一侧的第二履带轮。

优选的，上述海底矿产资源采样装置还包括：

用于检测所述支架的位置并发送位置信号的检测器；

用于设置在船体上并接收所述位置信号的控制器，当所述支架的位置与预设取样位置出现偏移时，所述控制器控制所述行走装置驱使所述支架行走至所述预设取样位置，所述控制器与所述液压源通过水密电缆电连接；

其中，所述支架上设置有与所述水密电缆配合的水密电缆架，所述控制器通过电气箱控制所述液压源的阀箱来控制所述行走装置的行走、转向。

优选的，上述海底矿产资源采样装置中，所述集矿仓包括至少两个隔断箱。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的海底矿产资源采样装置包括支架、集矿仓、驱动臂、矿料破碎收集机构和第一驱动件；其中，集矿仓设置在支架上；驱动臂的一端铰接在支架上；矿料破碎收集机构设置在驱动臂的另一端，能够分割矿料样品并将矿料样品收集入集矿仓；第一驱动件用于驱使驱动臂转动以使矿料破碎收集机构升起至集矿仓处或下落至海底取样处。

应用时，首先将支架放置于海底取样地点，然后利用第一驱动件驱使驱动臂围绕其与支架的铰接点转动使矿料破碎收集机构下落至海底取样处，接着利用矿料破碎收集机构分割并收集矿料样品，然后利用第一驱动件驱使驱动臂围绕其与支架的铰接点转动使矿料破碎收集机构升起至集矿仓处，将矿料样品放入集矿仓，从而实现对矿产资源的取样。

综上所述，本发明提供的海底矿产资源采样装置能够对海底矿料进行破碎和收集，实现了在规模化开采前对矿产资源进行试采。

本发明还提供了一种海底观测船，包括船体，还包括海底矿产资源采样装置，所述海底矿产资源采样装置与所述船体电连接；所述海底矿产资源采样装置位为上述任一种海底矿产资源采样装置，由于上述海底矿产资源采样装置具有上述效果，具有上述海底矿产资源采样装置的海底观测船具有同样的效果，故本文不再赘述。

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是本发明实施例提供的海底矿产资源采样装置的矿料破碎收集机构下落至海底取样处取样时的立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是本发明实施例提供的海底矿产资源采样装置的矿料破碎收集机构升起至集矿仓处放料时的立体结构示意图；

图4是图3的主视图；

图5是本发明实施例提供的矿料破碎收集机构收集矿料样品时的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的矿料破碎收集机构收集矿料样品时的另一结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种海底矿产资源采样装置，能够实现在规模化开采前对矿产资源进行试采。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考附图1-6，本发明实施例提供的海底矿产资源采样装置包括支架1、集矿仓13、驱动臂8、矿料破碎收集机构和第一驱动件12；其中，集矿仓13设置在支架1上；驱动臂8的一端铰接在支架1上；矿料破碎收集机构设置在驱动臂8的另一端，能够分割矿料样品16并将矿料样品16收集入集矿仓13；第一驱动件12用于驱使驱动臂8转动以使矿料破碎收集机构升起至集矿仓13处(如图3-4所示)或下落至海底取样处(如图1-2所示)。

应用时，首先将支架1放置于海底取样地点，然后利用第一驱动件12驱使驱动臂8围绕其与支架1的铰接点转动使矿料破碎收集机构下落至海底取样处，接着利用矿料破碎收集机构分割并收集矿料样品16，然后利用第一驱动件12驱使驱动臂8围绕其与支架1的铰接点转动使矿料破碎收集机构升起至集矿仓13处，将矿料样品16放入集矿仓13，从而实现对矿产资源的取样。

综上所述，本发明提供的海底矿产资源采样装置能够对海底矿料进行破碎和收集，实现了在规模化开采前对矿产资源进行试采。

本发明一具体实施例中，矿料破碎收集机构包括料仓9、破碎头10和第二驱动件11；其中，料仓9可转动地设置在驱动臂8上，当驱动臂8驱动料仓9升起至集矿仓13处时，料仓9能够向集矿仓13放料，也就是说集矿仓13能够存储由料仓9收集的样品；破碎头10可转动地设置在驱动臂8的另一端，破碎头10的外壁上具有能够分割矿料样品16并将矿料样品16收集入料仓9的机械齿14，当驱动臂8驱动破碎头10下落至海底取样处时料仓9的仓口正对破碎头10；第二驱动件11用于驱动破碎头10转动。需要说明的是，料仓9的仓口与破碎头10的机械齿14的齿顶具有合适的距离，保证料仓9能够以较高的效率收集前方机械齿14分割与收拢的样品。

本发明的破碎头10采用可转动的滚筒外加机械齿14的结构，通过第二驱动件11驱动破碎头10转动，带动机械齿14对矿料样品16进行分割与收拢；并通过控制破碎头10的转动方向能够使机械齿14将分割下来的矿料样品16收拢到料仓9。

具体的，破碎头10的截割方式为顺铣，保证了破碎头10的机械齿14遇到较硬的岩石不会卡死，并且能够适应地形起伏变化。机械齿14可以是采煤截割齿，也可以是耙状、铲状或板状等形状的机械齿14，本发明不限制机械齿14的形状与长度，根据实际采集对象进行选择。

本发明通过破碎头10与料仓9的配合完成了矿产资源由截割到收集的过程，并且破碎头10和料仓9在工作时，均能够适应地形的起伏变化，结构简单可靠，维修方便。可以理解的是，上述矿料破碎收集机构还可以为其他结构，如采矿铲或铁镐与料斗的配合，以达到同样的分割矿料样品16并将矿料样品16收集入集矿仓13的目的；当然，本发明还可以不设置上述料仓9，将集矿仓13设置在靠近破碎头10的位置，边切割边将矿料样品16收集到集矿仓13。

如图4-6所示，进一步的，料仓9包括具有仓口的仓筒和设置在仓筒远离仓口一端的底仓门17，底仓门17的一端铰接在仓筒的一端，另一端通过第三驱动件15与仓筒的另一端可分离连接；当料仓9升起至集矿仓13处时，底仓门17正对着集矿仓13，第三驱动件15驱动底仓门17打开向集矿仓13放料。

本发明通过第三驱动件15控制底仓门17的开闭，当料仓9下落至海底取样处时料仓9的仓口正对破碎头10，此时第三驱动件15驱使底仓门17与仓筒密封连接，保证料仓9能够收集矿料样品16；当料仓9升起至集矿仓13处时，受重力影响，料仓9围绕驱动臂8发生转动，料仓9位于集矿仓13的上方且底仓门17正对着集矿仓13，此时利用第三驱动件15驱使底仓门17与仓筒分离，打开底仓门17，使矿料样品16自由下落至集矿仓13中，通过集矿仓13完成对矿料样品16的收集与储存。本发明分别通过两个口实现对矿料样品16的收集和下放，便于调节料仓9的位置。当然，本发明也可以使底仓门17与仓筒固定连接，通过同一个仓口实现对矿料样品16的收集和下放。上述料仓9也可以为圆锥状或者其他形状。

具体的实施方式中，料仓9的一端与驱动臂8远离支架1的一端转动连接，另一端通过柔性连接件18与驱动臂8的杆部连接，且当驱动臂8下落至海底取样处时仓筒与海底面夹角小于60度。当驱动臂8下落至海底取样处时，本发明通过柔性连接件18将料仓9吊接在驱动臂8的杆部，从而控制料仓9的转动角度，限制料仓9与地面角度小于60度，避免进入料仓9的矿料样品16从仓口滑出，保证了矿料样品16收集的可靠性。

上述柔性连接件18优选为铁链，铁链的强度较好，延长了使用寿命。可替换的，柔性连接件18还可以为钢丝绳、钢炼或者铰接的多个连接杆，本发明对此不作具体限定。

机械齿14为自破碎头10的一端延伸至另一端的螺旋状。该螺旋状的机械齿14分布较长，提高了样品收集效率。当然，该机械齿14还可以为沿着破碎头10的转动轴分布的条状，也可以分散设置在破碎头10整个表面。

本发明一具体实施例中，第一驱动件12为第一液压缸，支架1上设置有与第一液压缸连接的液压源4；第一液压缸的驱动端与驱动臂8的杆部铰接，另一端铰接在支架1上；本发明利用支架1、驱动臂8和第一液压缸形成曲柄滑块机构，通过第一液压缸的伸缩控制曲柄滑块机构的运动实现驱动臂8的升起和下落运动，结构简单可靠，易操作，采样效率高，且液压机构更适用于海底作业。

需要说明的是，上述驱动臂8的长度与第一液压缸的长度根据实际需要选择，保证升起时，料仓9的底仓门17全部位于集矿仓13的上方，下放时，破碎头10能够接触到矿料样品16，并且下放与举升都能使第一液压缸避开死区。

进一步的，第二驱动件11为液压马达；第三驱动件15为第二液压缸，液压马达和第二液压缸均与液压源4连接。本发明通过液压马达驱动破碎头10转动，通过第二液压缸的伸缩完成底仓门17的开关，结构简单可靠，易操作。

当然，上述第一驱动件12、第二驱动件11和第三驱动件15还可以为防水性较好的电机等驱动机构。

为了进一步优化上述技术方案，支架1底端设置有行走装置；行走装置包括设置在支架1一侧的第一履带轮6和设置在支架1另一侧的第二履带轮。本发明采用支架1、第一履带轮6和第二履带轮形成履带车，通过履带车的移动来实现多位置采样以及海底的观测。

同时，本发明还可以通过移动行走装置使其行走至预设采样点，保证了采样精度；且海底矿产资源采样装置基于履带车底盘，不仅可以安装矿料破碎收集机构，还可以安装其他实验仪器及模块如摄像机和照明灯，从而增加单次下放完成的任务量。本发明的结构简单可靠、能够完成多种水下观测与资源采集任务，减少了作业时间，提高了装置水下定位精度和采样精度。

优选的，海底矿产资源采样装置还包括：用于检测支架1的位置并发送位置信号的检测器；用于设置在船体上并接收位置信号的控制器，当支架1的位置与预设取样位置出现偏移时，控制器控制行走装置驱使支架1行走至预设取样位置，控制器与液压源4通过水密电缆3电连接；其中，支架1上设置有与水密电缆3配合的水密电缆架7，控制器通过电气箱5控制液压源4的阀箱2来控制行走装置的行走、转向。

具体的，上述检测器为设置在支架1上的照相机和照明灯，通过检测器检测支架1的位置，当支架1的位置与预设取样位置出现偏移时，通过控制器控制行走装置的移动实现对支架1位置的精确控制。

本发明的海底矿产资源采样装置通过水密电缆3由水面的船体提供电源，给液压源4提供电能与控制信号，最终将电能转化为液压能给整个系统的采集、存储、移动提供能量；通过支架1上自身携带的阀箱2、液压源4、电气箱5提供动力与控制，通过电气箱5采集、存储并传输得到的信号及信息，完成实时采集，并且整个系统采集到的各种数据与信号通过水密电缆3传回至船上控制器，为控制人员实时操控与监视提供反馈。

本发明通过实时控制履带车的移动完成多地点采样，并且来修正由于下放时所导致与采样地点的误差，从而提高采样的精确度；且本发明的海底矿产资源采样装置通过履带车上的液压源4及电气箱5提供能动力及控制，使得矿料破碎收集机构能够独立完成水下采集动作，简化了船上的支撑设备。

上述实施例提供的海底矿产资源采样装置中，集矿仓13包括至少两个隔断箱。此时，集矿仓13能够采用隔断箱分开存放收集到的不同矿料样品16，当然，上述集矿仓13还可以仅包括一个收集箱体。

本发明的海底矿产资源采样装置中的工作过程如下：

首先通过船体上的电缆架，将海底矿产资源采样装置从船上放入至海底，在放置过程中由于海底洋流的作用，会使海底矿产资源采样装置漂离既定的采样区域，整个装置通过水密电缆3与船上设备连接。

然后，当海底矿产资源采样装置被放置在海底时，通过船上的控制器远程控制水下履带车(即支架1与行走装置形成的结构)移动至既定的采样地点。整个海底矿产资源采样装置可以通过水密电缆3进行通信，通过安装在履带车上的摄像机及照明灯完成对海底地理环境的实时监控。

然后启动履带车上的液压源4，通过电气箱5接收到来自船上的控制器控制液压源4中的阀箱2来控制履带车的行走、转向、后退等，并且通过安装在履带车上的摄像机及照明灯，实时远程控制，将履带车移动到既定的采样区域。

打开液压马达开关，并根据采集样品的实际需要，对破碎头10的转速及履带车的前进速度进行设定，保证其正常的采集需要。通过安装在海底矿产资源采样装置上的摄像头和传感器，来实现破碎头10的精确采样与整个采样装置的安全。当采集完毕后，关闭液压马达与履带车的行走马达，控制第一液压缸，将驱动臂8升至集矿仓13上方，再控制料仓9上的第二液压缸，将采集到的矿料样品16存储在集矿仓13中，然后再次控制第一液压缸完成驱动臂8的下放，再次进行样品采集。最后当样品采集完毕后关闭海底矿产资源采样装置的动力装置，通过船体起吊将整个装置拉回至船上；最终完成采样。

本发明实施例还提供了一种海底观测船，包括船体和海底矿产资源采样装置，海底矿产资源采样装置与船体电连接；海底矿产资源采样装置位为上述任一项实施例提供的海底矿产资源采样装置，能够实现在规模化开采前对矿产资源进行试采，其优点是由海底矿产资源采样装置带来的，具体的请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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)

1.一种海底矿产资源采样装置，其特征在于，包括：

支架(1)；

设置在所述支架(1)上的集矿仓(13)；

一端铰接在所述支架(1)上的驱动臂(8)；

能够分割矿料样品(16)并将所述矿料样品(16)收集入所述集矿仓(13)的矿料破碎收集机构，所述矿料破碎收集机构设置在所述驱动臂(8)的另一端；

用于驱使所述驱动臂(8)转动以使所述矿料破碎收集机构升起至所述集矿仓(13)处或下落至海底取样处的第一驱动件(12)；

所述矿料破碎收集机构包括：

可转动地设置在所述驱动臂(8)上的料仓(9)，当所述驱动臂(8)驱动所述料仓(9)升起至所述集矿仓(13)处时，所述料仓(9)能够向所述集矿仓(13)放料；

可转动地设置在所述驱动臂(8)另一端的破碎头(10)，所述破碎头(10)的外壁上具有能够分割所述矿料样品(16)并将所述矿料样品(16)收集入所述料仓(9)的机械齿(14)，当所述驱动臂(8)驱动所述破碎头(10)下落至海底取样处时所述料仓(9)的仓口正对所述破碎头(10)；

驱动所述破碎头(10)转动的第二驱动件(11)。

2.根据权利要求1所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述料仓(9)包括具有仓口的仓筒和设置在所述仓筒远离仓口一端的底仓门(17)，所述底仓门(17)的一端铰接在所述仓筒的一端，另一端通过第三驱动件(15)与所述仓筒的另一端可分离连接；当所述料仓(9)升起至所述集矿仓(13)处时，所述底仓门(17)正对着所述集矿仓(13)，所述第三驱动件(15)驱动所述底仓门(17)打开向所述集矿仓(13)放料。

3.根据权利要求2所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述料仓(9)的一端与所述驱动臂(8)远离所述支架(1)的一端转动连接，另一端通过柔性连接件(18)与所述驱动臂(8)的杆部连接，且当所述驱动臂(8)下落至海底取样处时所述仓筒与海底面夹角小于60度。

4.根据权利要求3所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述柔性连接件(18)为铁链；所述机械齿(14)为自所述破碎头(10)的一端延伸至另一端的螺旋状。

5.根据权利要求2所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述第一驱动件(12)为第一液压缸，所述支架(1)上设置有与所述第一液压缸连接的液压源(4)；

所述第一液压缸的驱动端与所述驱动臂(8)的杆部铰接，另一端铰接在所述支架(1)上；

所述第二驱动件(11)为液压马达；所述第三驱动件(15)为第二液压缸，所述液压马达和所述第二液压缸均与所述液压源(4)连接。

6.根据权利要求5所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述支架(1)底端设置有行走装置；所述行走装置包括设置在所述支架(1)一侧的第一履带轮(6)和设置在所述支架(1)另一侧的第二履带轮。

7.根据权利要求6所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，还包括：

用于检测所述支架(1)的位置并发送位置信号的检测器；

用于设置在船体上并接收所述位置信号的控制器，当所述支架(1)的位置与预设取样位置出现偏移时，所述控制器控制所述行走装置驱使所述支架(1)行走至所述预设取样位置，所述控制器与所述液压源(4)通过水密电缆(3)电连接；

其中，所述支架(1)上设置有与所述水密电缆(3)配合的水密电缆架(7)，所述控制器通过电气箱(5)控制所述液压源(4)的阀箱(2)来控制所述行走装置的行走、转向。

8.根据权利要求1-7任一项所述的海底矿产资源采样装置，其特征在于，所述集矿仓(13)包括至少两个隔断箱。

9.一种海底观测船，包括船体，其特征在于，还包括海底矿产资源采样装置，所述海底矿产资源采样装置与所述船体电连接；所述海底矿产资源采样装置位为如权利要求1-8任一项所述的海底矿产资源采样装置。