CN113640168B - 一种海底多金属结核原位丰度测量车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底多金属结核原位丰度测量车，包括车架、海底行走装置和丰度取样评估装置，车架安装在海底行走装置上，丰度取样评估装置安装在所述车架上，丰度取样评估装置包括物料仓、用于采集海底多金属结核的结核采集装置、用于将结核采集装置内的多金属结核冲洗至物料仓内不同的料仓间的结核冲洗装置。本发明的丰度测量车布放到海底后即可以自动行走到目标区域，完全避免传统布放不准和布放耗时等导致布放难度大的问题；进一步的，丰度测量车通过一次布放，即可实现多次采样，金属结核在水压力的作用下输送到物料仓内不同的料仓间，既能有效的完成结核物料的输送，也能对结核进行清洗。

Description

一种海底多金属结核原位丰度测量车

技术领域

本发明涉及深海采矿装备技术领域，尤其涉及一种海底多金属结核原位丰度测量车。

背景技术

海底多金属结核多赋存于水深3000-6000m深的海底，是一种十分重要的海底矿产资源，含有锰、铜、镍和钴等76种金属元素，是陆地上紧缺的矿产资源，如果进行商业开采，将能极大的缓解陆地上矿产资源缺乏的问题。而在，开采之前，需要对多金属结核在海底的覆盖率、粒径和丰度等参数进行评估，以说明多金属结核在海底的赋存情况。

目前，对深海多金属结核矿物还处于勘探阶段，由于其一般呈颗粒状分布在海底表面，所以，多金属结核在海底的覆盖率、粒径分布和丰度大小等对说明其赋存情况具有重要的意义。在航次任务勘探中，主要采用光学深拖系统和箱式取样的方法分别对海底多金属连续分布规律和结核粒径，丰度等进行探测。但由于两者均不具备对所有参数进行测量的功能，且光学探测仅根据图像视频资料进行覆盖率和粒径的估算，误差较大；箱式取样勘探存在测量点位少，单次作业时间点长等缺点，难以系统的对结核分布情况进行评估。

发明内容

本发明目的在于提供一种海底多金属结核原位丰度测量车，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多金属结核原位丰度测量车，包括车架、海底行走装置和丰度取样评估装置，所述车架安装在海底行走装置上，所述丰度取样评估装置安装在所述车架上，所述丰度取样评估装置包括物料仓、用于采集海底多金属结核的结核采集装置、用于将所述结核采集装置内的多金属结核冲洗至物料仓内不同的料仓间的结核冲洗装置。

进一步的，所述结核采集装置包括采集框、结核富集机构、横向驱动装置和用于驱动采集框上下运动的上下驱动装置，所述采集框的顶部和底部均设置有开口，所述采集框的底部设置有过渡仓，所述横向驱动装置设置为当采集框插入海底时驱动结核富集机构将所述采集框内的金属结核推送到所述过渡仓内，所述上下驱动装置设置为可驱动所述过渡仓运动到与所述结核冲洗装置和物料仓连接的位置。

进一步的，所述采集框的侧板沿着竖直方向延伸，所述过渡仓为设置在所述采集框底部一侧的弧形槽，且该弧形槽的上端开口与所述采集框的下端开口对齐设置。

进一步的，所述结核冲洗装置包括水泵、过渡仓密封盖和物料输送管道，所述过渡仓的一端设置有通过所述物料输送管道推开而相互连通的转动密封盖，所述水泵的输出端与所述过渡仓密封盖连通，所述过渡仓和采集框设置为通过向上运动与所述过渡仓密封盖形成物料冲洗通道，所述物料冲洗通道的两端与所述水泵和物料输送管道连接。

进一步的，所述过渡仓密封盖靠近采集框中心的一侧设置有刮板，所述刮板的底部倾斜向所述采集框中心设置。

进一步的，所述过渡仓密封盖的一端与所述采集框枢接，所述过渡仓密封盖与所述采集框枢接的位置设置有可自动驱动所述过渡仓密封盖封闭所述过渡仓的输出口的弹性元件。

进一步的，所述结核富集机构包括多根耙杆和可相对所述采集框横向运动的耙杆安装板，所述耙杆沿着所述耙杆安装板的长度方向间隙均布，且所述耙杆的底部向所述过渡仓弯曲。

进一步的，所述物料仓设置在所述物料输送管道输出口的下方，所述物料仓可转动设置在所述车架上，所述料仓间沿着所述物料仓的周向均布。

进一步的，还包括一框架，所述丰度取样评估装置安装在所述框架内，所述框架上安装有上下运动滑轨和横向运动滑轨，所述采集框与所述上下运动滑轨滑接且通过一上下驱动装置驱动，所述结核富集机构与所述横向运动滑轨滑接且通过一横向驱动装置驱动。

进一步的，所述车架上还安装有接线箱、补偿器和电子仓，所述车架位于运动方向的前方设置有摄像机照相机和照明灯，所述海底行走装置包括设置在两侧的行走履带，所述丰度取样评估装置设置在两侧的行走履带之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的丰度测量车布放到海底后即可以自动行走到目标区域，完全避免传统布放不准和布放耗时等导致布放难度大的问题；进一步的，丰度测量车通过一次布放，即可实现多次采样，金属结核在水压力的作用下输送到物料仓内不同的料仓间，既能有效的完成结核物料的输送，也能对结核进行清洗；同时，回收后，通过对不同的料仓间内的结核重量进行评估计算，得出实际的结核丰度，可用于与图像识别丰度进行对比与修正，同时所取得的结核可作为样品进行保存。

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为本发明实施例公开的海底多金属结核原位丰度测量车的主视示意图；

图2为本发明实施例公开的丰度取样评估装置的轴测示意图；

图3为本发明实施例公开的丰度取样评估装置的主视示意图；

图4为本发明实施例公开的丰度取样评估装置的俯视示意图；

图5为本发明实施例公开的海底多金属结核原位丰度测量车的结核采集示意图；

图6为本发明实施例公开的海底多金属结核原位丰度测量车的结核冲洗示意图。

图例说明：

1、车架；

2、海底行走装置；21、行走履带；

3、丰度取样评估装置；31、物料仓；311、料仓间；32、结核采集装置；321、框架；322、采集框；323、结核富集机构；3231、耙杆；3232、耙杆安装板；324、横向驱动装置；325、上下驱动装置；326、过渡仓；327、上下运动滑轨；328、横向运动滑轨；33、结核冲洗装置；331、水泵；332、过渡仓密封盖；333、物料输送管道；334、物料冲洗通道；335、刮板；336、弹性元件；337、物料冲洗管道；338、转动密封盖；

4、接线箱；

5、补偿器；

6、电子仓；

7、摄像机；

8、照相机；

9、照明灯。

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-图6所示，本发明实施例公开了一种海底多金属结核原位丰度测量车，包括车架1、海底行走装置2和丰度取样评估装置3，车架1安装在海底行走装置2上，丰度取样评估装置3安装在车架1上，此外，车架1上还安装有接线箱4、补偿器5和电子仓6。使用时，通过光电复合缆与水面母船通讯，光电复合缆与车架1连接，通过光电复合缆向海底行走装置2和丰度取样评估装置3供电、通讯交互等。海底行走装置2包括设置在两侧的行走履带21，丰度取样评估装置3设置在两侧的行走履带21之间，从而也可对丰度取样评估装置3进行保护。丰度取样评估装置3包括物料仓31、用于采集海底多金属结核的结核采集装置32、用于将结核采集装置32内的多金属结核冲洗至物料仓31内不同的料仓间311的结核冲洗装置33，从而丰度取样评估装置3内的金属结核在水压力的作用下输送到物料仓31内不同的料仓间311，既能有效的完成结核物料的输送，也能对结核进行清洗，一举两得。其中，车架1上位于运动方向的前方设置有摄像机7、照相机8和照明灯9，用于图像识别丰度。在所有作业完成以后，通过光电复合缆进行回收，通过对不同的料仓间311内的结核重量进行评估计算，得出实际的结核丰度，可用于与图像识别丰度进行对比与修正，同时所取得的结核可作为样品进行保存。

在本实施例中，结核采集装置32包括框架321和安装在框架321内的采集框322、结核富集机构323、横向驱动装置324及用于驱动采集框322上下运动的上下驱动装置325，框架321为开有孔的管件焊接构成，既减轻了重量，也避免水压压力变形，同时，将各个部件设置在框架321内，也可以对部件起到保护的作用。采集框322顶部和底部均设置有开口，从而采集框322在上下运动时可以减少对水体的扰动，采集框322底部设置有的过渡仓326，横向驱动装置324设置为当采集框322插入海底时驱动结核富集机构323将采集框322内的金属结核推送到过渡仓326内。过渡仓326的一侧通过采集框322的内壁挡住，另一端贯穿采集框322形成一物料输出口，具体的，采集框322的侧板沿着竖直方向延伸，本实施例是长度*宽度为500mm*500mm矩形框，过渡仓326为设置在采集框322底部一侧的弧形槽，插入海底时也可以减少扰动的效果，且该弧形槽的上端开口与采集框322的下端开口对齐设置，结核富集机构323包括多根耙杆3231和可相对采集框322横向运动的耙杆安装板3232，耙杆3231沿着耙杆安装板3232的长度方向间隙均布，且耙杆3231的底部向过渡仓326弯曲，采集框322在上下驱动装置325的驱动插入海底时，结核富集机构323位于远离过渡仓326的一侧，在横向驱动装置324的驱动下向左运动，从而将多金属结核耙入过渡仓326内，完成结合的采集，横向驱动装置324和上下驱动装置325可以选用多种可实现伸缩功能的机构，在本实施例中，均采用液压油缸实现伸缩驱动，从而可以与液压驱动的履带式海底行走装置2共用一套液压系统。

在本实施例中，结核冲洗装置33包括水泵331、过渡仓密封盖332和物料输送管道333，过渡仓326的一端设置有通过物料输送管道333设置推开而相互连通的转动密封盖338，水泵331的输出端通过物料冲洗管道337与过渡仓密封盖332连通，过渡仓326和采集框322设置为可向上运动与过渡仓密封盖332形成物料冲洗通道334，当上下驱动装置325驱动过渡仓326向上运动后，物料输送管道333会逐渐旋转推开转动密封盖338，直至物料输送管道333与过渡仓326完全对接，此时转动密封盖338完全打开，物料冲洗通道334的两端仅与水泵331和物料输送管道333连接，接着水泵331开始动作，将水流注入物料冲洗通道334，在水压的作用下，物料冲洗通道334内的金属结核会经过物料输送管道333进入物料仓31内对应的料仓间311，从而完成一次取样，同时，由于物料仓31的内壁为多孔结构，通过水泵331还能够起到冲洗的作用，显著减少金属结核上的淤泥。

在本实施例中，过渡仓密封盖332靠近采集框322中心的一侧设置有刮板335，刮板335的底部倾斜向采集框322中心设置，从而当耙杆3231将金属结核推入过渡仓326内时，通过刮板335将靠近耙杆3231内的物料刮入过渡仓326内，避免耙杆3231回退时金属结核的逸散，其中，刮板335可以采用较软的橡胶板，避免破坏金属结核。

在本实施例中，转动密封盖338的一端与采集框322枢接，转动密封盖338与采集框322枢接的位置设置有可自动驱动转动密封盖338封闭过渡仓326的输出口的弹性元件336。其中弹性元件336可以为同轴安装的扭力弹簧，确保转动密封盖338保持关闭过渡仓326的输出口的趋势。

在本实施例中，物料仓31设置在物料输送管道333输出口的下方，物料仓31通过液压马达驱动而可转动设置在车架1上，料仓间311沿着物料仓31的周向设置，每采样一次后，物料仓31自动转动到下一个料仓间311与物料输送管道333的输出端对齐，从而可以实现测量车的一次布放、多次采样，提高了采样的效率。

在本实施例中，框架321上安装有上下运动滑轨327和横向运动滑轨328，采集框322通过安装的滑块与上下运动滑轨327滑接，结核富集机构323通过安装的滑块与横向运动滑轨328滑接。从而确保采集框322和结核富集机构323的运动精度。

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 (8)

1.一种海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，包括车架(1)、海底行走装置(2)和丰度取样评估装置(3)，所述车架(1)安装在海底行走装置(2)上，所述丰度取样评估装置(3)安装在所述车架(1)上，所述丰度取样评估装置(3)包括物料仓(31)、用于采集海底多金属结核的结核采集装置(32)、用于将所述结核采集装置(32)内的多金属结核冲洗至物料仓(31)内不同的料仓间(311)的结核冲洗装置(33)；所述结核采集装置(32)包括采集框(322)、结核富集机构(323)、横向驱动装置(324)和上下驱动装置(325)，所述采集框(322)的顶部和底部均设置有开口，所述采集框(322)的底部设置有过渡仓(326)，所述横向驱动装置(324)设置为当采集框(322)插入海底时驱动结核富集机构(323)将所述采集框(322)内的金属结核推送到所述过渡仓(326)内，所述上下驱动装置(325)设置为可驱动所述过渡仓(326)运动到与所述结核冲洗装置(33)和物料仓(31)连接的位置；所述结核富集机构(323)包括多根耙杆(3231)和可相对所述采集框(322)横向运动的耙杆安装板(3232)，所述耙杆(3231)沿着所述耙杆安装板(3232)的长度方向间隙均布，且所述耙杆(3231)的底部向所述过渡仓(326)弯曲。

2.根据权利要求1所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述采集框(322)的侧板沿着竖直方向延伸，所述过渡仓(326)为设置在所述采集框(322)底部一侧的弧形槽，且该弧形槽的上端开口与所述采集框(322)的下端开口对齐设置。

3.根据权利要求1所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述结核冲洗装置(33)包括水泵(331)、过渡仓密封盖(332)和物料输送管道(333)，所述过渡仓(326)的一端设置有通过所述物料输送管道(333)推开而相互连通的转动密封盖(338)，所述水泵(331)的输出端与所述过渡仓密封盖(332)连通，所述过渡仓(326)和采集框(322)设置为通过向上运动与所述过渡仓密封盖(332)形成物料冲洗通道(334)，所述物料冲洗通道(334)的两端与所述水泵(331)和物料输送管道(333)连接。

4.根据权利要求3所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述过渡仓密封盖(332)靠近采集框(322)中心的一侧设置有刮板(335)，所述刮板(335)的底部倾斜向所述采集框(322)中心设置。

5.根据权利要求3所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述过渡仓密封盖(332)的一端与所述采集框(322)枢接，所述过渡仓密封盖(332)与所述采集框(322)枢接的位置设置有可自动驱动所述过渡仓密封盖(332)封闭所述过渡仓(326)的输出口的弹性元件(336)。

6.根据权利要求3所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述物料仓(31)设置在所述物料输送管道(333)输出口的下方，所述物料仓(31)可转动设置在所述车架(1)上，所述料仓间(311)沿着所述物料仓(31)的周向均布。

7.根据权利要求1所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，还包括一框架(321)，所述丰度取样评估装置(3)安装在所述框架(321)内，所述框架(321)上安装有上下运动滑轨(327)和横向运动滑轨(328)，所述采集框(322)与所述上下运动滑轨(327)滑接，所述结核富集机构(323)与所述横向运动滑轨(328)滑接。

8.根据权利要求1-7任一所述的海底多金属结核原位丰度测量车，其特征在于，所述车架(1)上还安装有接线箱(4)、补偿器(5)和电子仓(6)，所述车架(1)位于运动方向的前方设置有摄像机(7)、照相机(8)和照明灯(9)，所述海底行走装置(2)包括设置在两侧的行走履带(21)，所述丰度取样评估装置(3)设置在两侧的行走履带(21)之间。

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