CN109026008A - 一种海底集矿作业车的集矿机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底集矿作业车的集矿机构，包括相互连接的集矿头和对安装于矿物输送管道的输入口的扬矿喷嘴，扬矿喷嘴均倾斜朝向矿物输送管道的输入口的下方以将海底矿物扬起，水力输送装置包括朝向矿物输送管道的输出口设置以产生负压吸附作用的输送喷嘴，集矿机构上还配置有足够多的由浮力材料成型的浮力箱，浮力箱和集矿机构所产生的浮力应当接近于集矿机构的自重。本发明通过浮力箱产生的浮力，从而在一定程度上托起集矿头，避免集矿头的重量过大的压在稀软底质中，避免通过驱动集矿头升降的装置反应慢而使集矿头与海底为刚性接触、碰撞，对集矿头的使用寿命和集矿效果产生较大影响。
Description
技术领域
本发明涉及海底集矿技术领域，尤其涉及一种海底集矿作业车的集矿机构。
背景技术
深海海底沉积物表层的锰结核开采是一个高新技术密集的领域，其开采系统是一个庞大复杂的系统工程，集矿和扬矿是开采系统的核心技术和关键组成部分。
水力式采集机构以其结构简单、工作可靠、采集效率高、对沉积物扰动小等特点，被认为具有良好的工业应用前景而日益受到重视，国内科研院所已经着手研究这类采集机构，中国专利CN104895569A公开了《一种水力式采集机构》，利用矿物输送管道内喷射的高速射流带动周围液体流动，使矿物输送管道内形成大流量高速液体流，并在随动采集通道吸入口处形成负压，对锰结核进行抽吸采集。随动采集通道吸入口两端采用扰动喷嘴，使结核在随动采集通道吸入口区域内扬起，便于随动采集通道吸入口的吸入。可能会存在如下的不足：1、由于海底凹凸不平且稀软底质较多，集矿头无法自适应地贴合在海底沉积物表层，集矿头与海底为刚性接触、碰撞，对集矿头的使用寿命和集矿效果产生较大影响；2、海底集矿作业车在吊装下沉的过程中，受到海水扰动会偏摆，从而使落到海底时偏离预设位置；3、用于向扰动喷嘴输送高压海水的水泵设置在海底集矿作业车的车体上，通过软管将其连接到集矿头上，输送距离远，影响集矿头上下摆动，同时也容易出现干涉问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种具备海底自适应功能的海底集矿作业车的集矿机构，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种海底集矿作业车的集矿机构，包括相互连接的集矿头和对安装于所述矿物输送管道的输入口的扬矿喷嘴，所述扬矿喷嘴均倾斜朝向矿物输送管道的输入口的下方以将海底矿物扬起，所述水力输送装置包括朝向矿物输送管道的输出口设置以产生负压吸附作用的输送喷嘴，所述集矿机构上还配置有足够多的由浮力材料成型的浮力箱，所述浮力箱和所述集矿机构所产生的浮力应当接近于所述集矿机构的自重。
进一步的，所述浮力箱设置在所述矿物输送管道上，且该浮力箱的一端向所述的集矿头延伸。
进一步的，所述矿物输送管道上固接有用于调整海底集矿作业车下沉过程中转动角度的方向调整机构。
进一步的，所述方向调整机构包括整流罩和螺旋桨，所述螺旋桨枢接在所述整流罩内，所述整流罩与所述矿物输送管道固接，该整流罩的轴线相对所述海底集矿作业车的前后方向垂直设置。
进一步的，所述集矿头上还安装有与所述扬矿喷嘴和输送喷嘴连接的水泵。
进一步的，所述水泵包括若干个扬矿水泵和若干输矿水泵，所述扬矿水泵对称设置在所述集矿头的两侧，任一所述扬矿水泵均通过一三通管同时与相对安装的所述扬矿喷嘴连通，所述输矿水泵与所述输送喷嘴连接。
进一步的，所述矿物输送管道的两侧均设置有两个用于枢接集矿头提升油缸一端的提升油缸轴承座，同一侧的两个提升油缸轴承座沿着矿物输送管道的输送方向间隔设置。
进一步的，所述矿物输送管道的输入口下方、位于相对设置的所述扬矿喷嘴输出口的两侧设置有挡板，所述挡板的底部向下延伸。
进一步的，还包括设置在集矿头两侧、与所述浮力箱配合以支撑所述集矿头的集矿头支撑板，所述集矿头支撑板通过一支撑杆与所述集矿头连接，所述支撑杆的一端与所述集矿头支撑板枢接，另一端与一滑套滑接，所述滑套与所述集矿头枢接，所述支撑杆位于所述滑套和集矿头支撑板之间设置有缓冲弹簧。
进一步的，还包括一检测集矿头支撑板上下方向位移以控制集矿头提升油缸动作的位移传感器，所述位移传感器的一端与所述集矿头支撑板的中部连接，另一端与所述集矿头连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过浮力箱产生的浮力，从而在一定程度上托起集矿头，避免集矿头的重量过大的压在稀软底质中，避免通过驱动集矿头升降的装置反应慢而使集矿头与海底为刚性接触、碰撞，对集矿头的使用寿命和集矿效果产生较大影响；通过浮力箱和带有缓冲弹簧的集矿头支撑板，从而使集矿头具有自适应能力。通过在集矿头上独立设置水泵，简化了整个水力输送装置，使集矿头更加独立，同时也避免了水泵设置在车体内，软管将海水输送到扬矿喷嘴和输送喷嘴多带来的输送距离远、影响集矿头上下摆动和出现干涉问题。通过在矿物输送管道上设置方向调整机构，能产生较大的转矩，从而使集矿作业车能按照预设朝向放置到海底。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的海底集矿作业车的集矿机构的剖视示意图；
图2是本发明实施例公开的海底集矿作业车的集矿机构的主视示意图；
图3是本发明实施例公开的海底集矿作业车的轴测示意图。
图例说明：
1、集矿头；2、矿物输送管道；3、扬矿喷嘴；4、输送喷嘴；5、浮力箱；6、方向调整机构；7、整流罩；8、扬矿水泵；9、输矿水泵；10、三通管；11、集矿头提升油缸；12、提升油缸轴承座；13、挡板；14、集矿头支撑板；15、支撑杆；16、滑套；17、缓冲弹簧；18、位移传感器；19、车体；20、螺旋桨；21、集矿笼。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-3所示，本发明公开了一种海底集矿作业车的集矿机构，包括相互连接的集矿头1和和矿物输送管道2，集矿头1包括矿物扬起装置和水力输送装置，矿物扬起装置包括相对安装于矿物输送管道2的输入口的扬矿喷嘴3，扬矿喷嘴3均倾斜朝向矿物输送管道2的输入口的下方以将海底矿物扬起，水力输送装置包括朝向矿物输送管道2的输出口设置以产生负压吸附作用的输送喷嘴4，其中，通过前后设置的扬矿喷嘴3喷出的海水将海底的矿物颗粒产生一个卷起-上扬的作用力，当矿物颗粒上扬后，由于上方的输送喷嘴4在向矿物输送管道2喷射高压水流的过程中，在输送喷嘴4的下方形成负压，进而将上扬的矿物颗粒带入矿物输送管道2，进而推送到集矿笼21(图3所示)中，在本实施例中，集矿机构上还配置有足够多的由深海固体浮力材料成型的浮力箱5，浮力箱5和集矿机构所产生的浮力应当接近于集矿机构的自重，从而在一定程度上托起集矿头1，避免集矿头1的重量过大的压在稀软底质中，从而使集矿头1具有一定的自适应能力，避免通过驱动集矿头1升降的装置反应慢而使集矿头1与海底为刚性接触、碰撞，对集矿头的使用寿命和集矿效果产生较大影响。
在具体设置时，考虑到安装位置的合理布置，浮力箱5设置在矿物输送管道2上，且该浮力箱5的一端向的集矿头1延伸。
在本实施例中，在海底集矿作业车在吊装下沉的过程中，受到海水或者其它因素的扰动会偏摆，从而使落到海底时偏离预设位置，为此，矿物输送管道2上固接有用于调整海底集矿作业车下沉过程中转动角度的方向调整机构6，考虑到海底集矿作业车的车体19的惯性大，方向调整机构6需要转动中心—吊绳产生一个较大的转矩，在具体的设置时，方向调整机构6需要尽可能远离吊绳与车体19的连接处，结合集矿机构的安装位置，本实施例将其设置在矿物输送管道2的上方(此时浮力箱5的数量为两个，分别位于方向调整机构6的两侧)。具体设置时，方向调整机构6包括整流罩7和螺旋桨20，螺旋桨20枢接在整流罩7内，整流罩7与矿物输送管道2固接，其中，螺旋桨20采用液压马达驱动，该整流罩7的轴线相对海底集矿作业车的前后方向垂直设置，从而保证能相对转动中心产生最大的弯矩力。
在本实施例中，集矿头1上还安装有与扬矿喷嘴3和输送喷嘴4连接的水泵，其中水泵独立安装在集矿头1上，与车体19相对隔离，极大的简化了整个水力输送装置，使集矿头1更加独立，同时也避免了水泵设置在车体19内，软管将海水输送到扬矿喷嘴3和输送喷嘴4带来的输送距离远、影响集矿头上下摆动和出现干涉问题。
具体设置时，水泵包括两组扬矿水泵8和若干输矿水泵9，扬矿水泵8对称设置在集矿头1的两侧，为保持集矿头1的左右平衡，每侧可以等量布置若干个，从而保证两侧平衡，任一扬矿水泵8均通过一三通管10同时与相对安装的扬矿喷嘴3连通，从而保证扬矿喷嘴3和输送喷嘴4喷出的水流压力相等，进而使上扬的矿物颗粒更加稳定可控，而输矿水泵9与输送喷嘴4连接(位置随水泵的个数而定，当有多组水泵时，就均匀布置)。同时，为了将上扬后的矿物颗粒聚集到矿物输送管道2的输入口的下方，避免从集矿头1的两侧逸散，在本实施例中，矿物输送管道2的输入口下方、位于相对设置的扬矿喷嘴3输出口的两侧设置有挡板13，挡板13的底部向下延伸。
在本实施例中，矿物输送管道2的两侧均设置有两个用于枢接集矿头提升油缸11一端的提升油缸轴承座12，同一侧的两个提升油缸轴承座12沿着矿物输送管道2的输送方向间隔设置，不仅起到将整个集矿机构和车体19连接一体，同时能够实现集矿头1的提升，相对于中国专利CN104895569A公开了《一种水力式采集机构》中的升降装置，其结构更加简单，可靠性更高。
在本实施例中，还包括设置在集矿头两侧、与浮力箱5配合以支撑集矿头1的集矿头支撑板14，集矿头支撑板14靠近前进的端部弯曲向上延伸，从而具有更好的通过性，集矿头支撑板14通过前后设置的两个支撑杆15与集矿头1连接，支撑杆15的一端与集矿头支撑板14枢接，另一端与一滑套16滑接，滑套16与集矿头1枢接，支撑杆15位于滑套16和集矿头支撑板14之间设置有缓冲弹簧17，当提升油缸轴承座12卸载时，集矿头1并可以通过浮力箱5与集矿头支撑板14以自适应方式在海底滑动集矿。
在本实施例中，还包括一检测集矿头支撑板14上下方向位移以控制集矿头提升油缸11动作的位移传感器18(为直线运动位移传感器)，当集矿头支撑板14遇到较大的海底凸起，位移传感器18会产生较大的位移，即集矿头支撑板14不适宜通过的情况下，位移传感器18会超过位移阈值，进而控制启动集矿头提升油缸11，驱动矿物输送管道2上升，避开较大的海底凸起，从而自动保护集矿机构，使其具有一定的自我保护智能，具体设置时，位移传感器18的一端与集矿头支撑板14的中部连接，另一端与集矿头1连接。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海底集矿作业车的集矿机构，包括相互连接的集矿头(1)和矿物输送管道(2)，所述集矿头(1)包括矿物扬起装置和水力输送装置，所述矿物扬起装置包括相对安装于所述矿物输送管道(2)的输入口的扬矿喷嘴(3)，所述扬矿喷嘴(3)均倾斜朝向矿物输送管道(2)的输入口的下方以将海底矿物扬起，所述水力输送装置包括朝向矿物输送管道(2)的输出口设置以产生负压吸附作用的输送喷嘴(4)，其特征在于，所述集矿机构上还配置有足够多的由浮力材料成型的浮力箱(5)，所述浮力箱(5)和所述集矿机构所产生的浮力应当接近于所述集矿机构的自重。
2.根据权利要求1所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述浮力箱(5)设置在所述矿物输送管道(2)上，且该浮力箱(5)的一端向所述的集矿头(1)延伸。
3.根据权利要求1所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述矿物输送管道(2)上固接有用于调整海底集矿作业车下沉过程中转动角度的方向调整机构(6)。
4.根据权利要求3所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述方向调整机构(6)包括整流罩(7)和螺旋桨(20)，所述螺旋桨(20)枢接在所述整流罩(7)内，所述整流罩(7)与所述矿物输送管道(2)固接，该整流罩(7)的轴线相对所述海底集矿作业车的前后方向垂直设置。
5.根据权利要求1-4任一所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述集矿头(1)上还安装有与所述扬矿喷嘴(3)和输送喷嘴(4)连接的水泵。
6.根据权利要求5所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述水泵包括若干个扬矿水泵(8)和若干个输矿水泵(9)，所述扬矿水泵(8)对称设置在所述集矿头(1)的两侧，任一所述扬矿水泵(8)均通过一三通管(10)同时与相对安装的所述扬矿喷嘴(3)连通，所述输矿水泵(9)与所述输送喷嘴(4)连接。
7.根据权利要求1-4任一所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述矿物输送管道(2)的两侧均设置有两个用于枢接集矿头提升油缸(11)一端的提升油缸轴承座(12)，同一侧的两个提升油缸轴承座(12)沿着矿物输送管道(2)的输送方向间隔设置。
8.根据权利要求1-4任一所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，所述矿物输送管道(2)的输入口下方、位于相对设置的所述扬矿喷嘴(3)输出口的两侧设置有挡板(13)，所述挡板(13)的底部向下延伸。
9.根据权利要求1-4任一所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，还包括设置在集矿头(1)两侧、与所述浮力箱(5)配合以支撑所述集矿头(1)的集矿头支撑板(14)，所述集矿头支撑板(14)通过一支撑杆(15)与所述集矿头(1)连接，所述支撑杆(15)的一端与所述集矿头支撑板(14)枢接，另一端与一滑套(16)滑接，所述滑套(16)与所述集矿头(1)枢接，所述支撑杆(15)位于所述滑套(16)和集矿头支撑板(14)之间设置有缓冲弹簧(17)。
10.根据权利要求3所述的海底集矿作业车的集矿机构，其特征在于，还包括一检测集矿头支撑板(14)上下方向位移以控制集矿头提升油缸(11)动作的位移传感器(18)，所述位移传感器(18)的一端与所述集矿头支撑板(14)的中部连接，另一端与所述集矿头(1)连接。
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