CN109026009B - 一种海底矿产资源富钴结壳的采掘头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，用于切削并收集深海中的富钴结壳薄层矿。该采掘头主要由水力式采集机构、安装盘、液压减震器、刀盘、刀盘安装轴颈和轴承系统组成。该采掘头安装在海底作业车上，作业车带动采掘头移动。液压马达驱动安装盘绕其中心轴转动，三个旋转刀盘绕自身中心轴转动，利用高速的转速切削结壳使得结壳与基岩分离，三个刀盘配合旋转将剥离下的结壳块集中于采掘头的中心部位；水力式采集机构产生负压，将结壳块随水流吸入水力式采集机构的料仓中，具有集矿效率高、微地形敏感等特点。本发明采掘和采集机构一体化使得采掘头结构紧凑、集矿能耗更低，刀盘独立的液压减震器结构使得采掘头能够贴合地面，提高了破碎效率。
Description
技术领域
本发明涉及海堤工程作业设备技术领域，具体设计一种海底矿产资源富钴结壳的采掘头。
背景技术
随着陆地矿产资源的短缺和枯竭，世界各国纷纷将注意力转向资源丰富的海洋，开发和利用海洋资源也成为了人类社会发展的必然趋势。研究表明，富钴结壳富含钴、镍、铜、锌、铁等多种金属，总金属含量高，其中战略性金属钴的含量在所有深海矿产资源中最高，且超过陆地矿钴品位的几十倍，具有巨大的经济价值。我国根据已勘探查明了富钴结壳的分布规律和矿床特性和资源量，已向国际海底管理局申请在海底区域内获得了富钴结壳开采矿区。
富钴结壳是一种产于大洋800～2800米水深海山表面的沉积固体矿床，厚度大部分为2～10cm，属于薄层矿体。富钴结壳的采矿系统是采用采掘头将海山表面的富结壳矿体剥离基岩，由采集机构将矿体收集至提升管内，然后矿体与水一起提升至海面。对于一种高效而环境友好型的富钴结壳采矿系统而言，在采掘过程中应尽可能多的采掘剥离富结壳矿体且尽可能少地采掘基岩，从而降低采掘头能耗而提高其效率，同时减小提升系统的能耗，从而降低整个采矿系统的能耗，也满足国际海底管理局提出的环境保护要求。由于富集富钴结壳的海山表面为崎岖不平的地形，采掘头在其表面采掘剥离仅几厘米厚的钴结壳矿层的难度非常大，如果采掘头不能沿崎岖不平的海山表面移动而适用于不平的海山表面来采掘剥离矿体的话，则采掘头将直接剥离非常多的基岩，这将引起采掘能耗和提升能耗的大大提升，同时也将破坏了更多的海底表面而引起环境问题。此外，在采掘富钴结壳时由于脆性的富钴结壳在剥离时会产生较多粉矿，机械式集矿机构将无法收集粉碎，将会失去宝贵的矿物，需要采集机构即可收集固体矿体也可收集粉矿。因此，有必要设计一种适用于海山不平表面来剥离富钴结壳，且集采掘与集矿于一体的富钴结壳采掘头。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于不平海山表面的、采掘能耗低的富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，可用于深海矿产资源富钴结壳开采系统。
本发明采用以下技术方案：
一种富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，由水力式集矿机构、安装盘、液压减震器、刀盘、刀盘安装轴颈和轴承系统组成，其特征在于：刀盘通过轴承系统安装在刀盘安装轴颈下半部分，液压减震器刀盘安装轴颈顶部通过螺栓与安装盘相连，中部通过螺栓与液压减震器相连，液压减震器另一端铰接在安装盘上，三个刀盘及刀盘安装轴颈均布在安装盘锥形中空部分边缘，水力式集矿机构2的导管位于安装盘中心，与安装盘通过螺纹连接。
所述轴承系统包括大轴承、锁紧轴承、小轴承、止推轴承四个轴承，轴承系统顶部安装有卡簧，刀盘与安装盘之间有密封圈。
所述安装盘内部加工有储油孔和过油孔，均布在三个方向上，储油孔内装有储油囊，过油孔连通储油囊和油管，油管再与刀盘安装轴颈轴线上的通孔连通。
所述液压减震器上部与安装盘通过螺栓铰接，下部与刀盘安装轴颈通过螺栓铰接。
所述安装盘中间部分向外呈锥形凸出，该锥形凸出部分中空，水力集矿机构的导管末端加工有螺纹与安装盘的内螺纹配合连接。
与现有技术相比，本发明安装盘的突出部分扩大了集矿的范围，提高了集矿的效率，集采掘与集矿于一体，结构紧凑，减少了能源的损耗。带液压减震器的刀盘可以贴合海底崎岖地面，提高破碎效率。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头的剖视图；
图2是本发明富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头的俯视图；
图例说明：
1、水力式集矿机构；2、安装盘；21、过油孔；22、储油孔；23、储油囊；24、油管；3、液压减震器；4、安装轴颈；5、轴承系统；51、密封圈；52、大轴承；53、锁紧轴承；54、止推轴承；55、小轴承；56、卡簧；6、刀盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头的结构如图1所示，采掘头主要由水力式集矿机构1、安装盘2、液压减震器3、刀盘安装轴颈4、轴承系统5和刀盘6组成，其特征在于：刀盘6通过轴承系统5安装在刀盘安装轴颈4下半部分，液压减震器3与刀盘安装轴颈4顶部通过螺栓与安装盘2相连，中部通过螺栓与液压减震器3相连，液压减震器3另一端铰接在安装盘2上，三个刀盘6及刀盘安装轴颈4均布在安装盘2锥形中空部分边缘，水力式集矿机构1的导管位于安装盘2的中心，通过螺纹与安装盘2相连。所述轴承系统5包括大轴承52、锁紧轴承53、小轴承55、止推轴承54四个轴承，轴承系统5顶部安装有卡簧56，刀盘6与安装盘2之间有密封圈51。所述安装盘2内部加工有储油孔22和过油孔21，均布在三个方向上，储油孔22内装有储油囊23，过油孔21连通储油囊23和油管24，油管24再与刀盘安装轴颈4轴线上的通孔连通。
采掘头工作时，作业车带动采掘头前行，液压马达带动安装盘2转动，刀盘6绕自身中心轴转动。采掘头旋转滚动，当刀盘6为双齿接触结壳时，采掘头的轴心最低；当滚动到单齿接触结壳时，轴心便升到最高。如此反复，轴心从最低到最高，再从最高到最低，交替反复，从而产生纵向振动。同时刀盘齿相对于结壳滑动产生剪切力。纵向振动加上剪切力复合作用下，采掘头得以破碎孔底岩石。刀盘6遇到海底凸起的地形时，受到额外向上的力，使液压减震器3压缩；反之，遇到凹陷的地形时，液压减震器3伸长，如此，使得采掘头刀盘能够紧紧贴合地面。三个刀盘6相互配合将剥离下的结壳块集中到采掘头的中心位置，水力式集矿机构1产生的负压将结壳块和海水一起吸入导管，集矿的同时对刀盘齿起到了清洁作用。
如图1所示，工作时，由于采掘头振动使轴承内部产生抽吸，同时外界压力作用于储油囊23，压缩储油囊23，使得储油囊23内部的润滑油不断通过油孔21和油管24进入轴承内部润滑轴承。同时密封防止海水和结壳块碎屑进入轴承系统5和防止润滑油漏失。
以上所述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 (3)
1.一种富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，由水力式集矿机构(1)、安装盘(2)、液压减震器(3)、刀盘安装轴颈(4)、轴承系统(5)和刀盘(6)组成，其特征在于：刀盘(6)通过轴承系统(5)安装在刀盘安装轴颈(4)下半部分，刀盘安装轴颈(4)顶部通过螺栓与安装盘(2)相连，三个刀盘(6)及刀盘安装轴颈(4)均布在安装盘(2)锥形中空部分边缘，水力式集矿机构(1)的导管位于安装盘(2)中心，与安装盘(2)通过螺纹连接；所述液压减震器(3)上部与安装盘(2)通过螺栓铰接，其下部与刀盘安装轴颈(4)通过螺栓铰接；当刀盘(6)遇到海底凸起的地形时，受到额外向上的力，使液压减震器(3)压缩，当刀盘(6)遇到凹陷的地形时，液压减震器(3)伸长，使得刀盘(6)能够紧紧贴合地面；所述轴承系统(5)包括大轴承(52)、锁紧轴承(53)、小轴承(55)、止推轴承(54)四个轴承，轴承系统(5)顶部安装有卡簧(56)，刀盘(6)与安装盘(2)之间有密封圈(51)。
2.根据权利要求1所述的钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，其特征在于：所述安装盘(2)内部加工有储油孔(22)和过油孔(21)，均布在三个方向上，储油孔(22)内装有储油囊(23)，过油孔(21)连通储油囊(23)和油管(24)，油管(24)再与刀盘安装轴颈4轴线上的通孔连通。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的富钴结壳剥离与集矿一体化的三旋转刀盘采掘头，其特征在于：安装盘(2)中间部分向外呈锥形凸出，该锥形凸出部分中空，水力集矿机构(1)的导管末端加工有螺纹与安装盘(2)的内螺纹配合连接。
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