CN116988794A - 一种负压采集头及负压采集装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负压采集头及负压采集装备，包括滚筒和收集器；滚筒中空，其腔室形成负压，且外表面固定有若干与其腔室连通的、用于吸附物料的采集嘴，采集嘴通过旋转将物料送入收集器。在采集过程中，由于存在吸力，采集嘴在捡拾物料时只需靠近即可，无需将周边沉积物冲开，也无需插入物料底部后将其向上捞起，因此采集嘴可以始终处于物料上方、不对周边沉积物产生直接接触，从而有效减少扰动。

Description

一种负压采集头及负压采集装备

技术领域

本发明主要涉及水下采集设备技术领域，尤其涉及一种负压采集头及负压采集装备。

背景技术

现有的采集设备在工作过程中对环境的影响较大。

以深海多金属结核采集作业为例，当前主要采用水力射流采集、附壁效应水力采集以及机械式采集等方式。由于深海多金属结核赋存于海底稀软沉积物表层，通过水力射流的方式进行采集时，需首先将矿石周边的沉积物冲开以实现矿石的抬升，在这个过程中，含矿区域的沉积物将全部被水流冲走，会造成较大的环境扰动。而机械式采集是通过机械耙齿插入沉积物中将矿石挑出，这个过程中耙齿和矿石将带动周边的沉积物移动并被带到水体中，进而出现较大的扰动，形成羽状流，影响周边环境。

因此，需要一种扰动程度较低的负压采集头，以及与之适配的负压采集装备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种负压采集头及负压采集装备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种负压采集头，包括滚筒和收集器；所述滚筒中空，其腔室形成负压，且外表面固定有若干与其腔室连通的、用于吸附物料的采集嘴，所述采集嘴通过旋转将物料送入收集器。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述滚筒包括同轴套装的内筒和外筒，所述内筒相对收集器静止，所述外筒相对内筒绕中心轴线旋转；所述内筒于背离收集器一侧成型有若干用于连通内筒腔室和外筒腔室的连通孔，所述采集嘴贯穿外筒后与内筒表面贴合。

所述内筒的侧壁设有与其内腔连通的负压接头，所述负压接头与外部负压发生装置相连通。

所述内筒在其表面成型有若干道内凹滑槽，所述内凹滑槽位于采集嘴的活动轨迹处，且连通孔分布在所述内凹滑槽之中。

所述采集嘴设置成弹性伸缩件，当其内部负压增强时、沿自身轴向缩短，当其内部负压减弱时、沿自身轴向伸长。

所述采集嘴包括筒状吸嘴，所述吸嘴的内段可滑动地套设有筒状外壳，所述外壳的内端固定有筒状滑靴，所述滑靴与所述吸嘴间夹装有弹簧；所述外壳与外筒相连，所述滑靴贴合内筒表面。

所述收集器包括流道管，所述流道管的一端开口朝向滚筒；所述流道管上安装有输送喷嘴，所述输送喷嘴的一端与外部泵体相连、另一端穿入流道管内并朝向背离滚筒的方向喷射流体。

所述流道管朝向滚筒的一端连通采集罩，所述采集罩半包围地固定在滚筒上方；所述采集罩于流道管的后方沿滚筒的旋转方向内缩。

所述采集罩上安装有用于驱使外筒旋转的驱动器，所述驱动器经齿轮机构与外筒相连。

一种负压采集装备，包括车体，所述车体设有摆臂，所述摆臂端部安装有上述的负压采集头。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述车体搭载有用于为滚筒提供负压的采集泵，所述采集泵与负压接头相连。

所述车体搭载有用于为收集器提供负压的输送泵，所述输送泵与输送喷嘴相连。

所述车体搭载有料仓，流道管的末端与所述料仓相连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

在采集过程中，由于存在吸力，采集嘴在捡拾物料时只需靠近即可，无需将周边沉积物冲开，也无需插入物料底部后将其向上捞起，因此采集嘴可以始终处于物料上方、不对周边沉积物产生直接接触，从而有效减少扰动。

附图说明

图1是负压采集头的原理示意图；

图2是负压采集头的剖面示意图；

图3是负压采集头的立体示意图（局部剖视）；

图4是内筒的立体示意图；

图5是内筒的剖视示意图；

图6是图5中A-A处剖面示意图；

图7是采集嘴的装配示意图；

图8是采集嘴吸附物料的变化过程示意图；

图9是采集嘴的立体示意图；

图10是负压采集装备的结构示意图。

图中各标号表示：1、滚筒；11、内筒；111、连通孔；112、负压接头；113、内凹滑槽；12、外筒；2、收集器；21、流道管；22、输送喷嘴；3、采集嘴；31、吸嘴；32、外壳；33、滑靴；34、弹簧；4、采集罩；5、驱动器；6、车体；7、摆臂；8、采集泵；9、输送泵；10、料仓。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

如图1至图9所示，本实施例的负压采集头，包括滚筒1和收集器2；滚筒1中空，其腔室形成负压，且外表面固定有若干与其腔室连通的、用于吸附物料的采集嘴3，采集嘴3通过旋转将物料送入收集器2。滚筒1为封闭的壳状结构、其腔室形成负压，采集嘴3与滚筒1的腔室相连通，因此采集嘴3将由外向内吸入流体，当采集嘴3靠近物料时，在吸力作用下物料被吸附在采集嘴3上。同时，又因为采集嘴3与滚筒1固定相连，在滚筒1的带动下采集嘴3能够同步发生旋转，从而沿滚筒1的周向移动物料。在本实施例中，滚筒1顺时针旋转，收集器2位于滚筒1右侧，位于滚筒1下方的物料被采集嘴3吸附后绕滚筒1周向旋转至收集器2的开口处，此时物料从采集嘴3上脱落、进入收集器2中。在采集过程中，由于存在吸力，采集嘴3在捡拾物料时只需靠近即可，无需将周边沉积物冲开，也无需插入物料底部后将其向上捞起，因此采集嘴3可以始终处于物料上方、不对周边沉积物产生直接接触，从而有效减少扰动。

本实施例中，滚筒1包括同轴套装的内筒11和外筒12，内筒11相对收集器2静止，外筒12相对内筒11绕中心轴线旋转；内筒11于背离收集器2一侧成型有若干用于连通内筒11腔室和外筒12腔室的连通孔111，采集嘴3贯穿外筒12后与内筒11表面贴合。内筒11的侧壁设有与其内腔连通的负压接头112，负压接头112与外部负压发生装置相连通。内筒11为中空结构，其通过设置在其侧壁上的负压接头112与外部负压发生装置相连，从而使得内筒11的腔室形成负压。外筒12套设在内筒11外侧，二者中心轴线重合，外筒12的端盖与内筒11贴合、形成密封。内筒11的腔室与外筒12的腔室由成型于内筒11上的连通孔111连通，从而使得外筒12的腔室亦形成负压。采集嘴3与外筒12固定相连，其贯穿外筒12后，内侧端面与内筒11表面紧密贴合（为了实现贴合，采集嘴3的内侧端面设置成弧面），当采集嘴3与连通孔111对准时，采集嘴3与内筒11的腔室直接连通，在负压作用下，采集嘴3而产生由外向内的吸力，因此能够吸附物料。而当采集嘴3与连通孔111错开时，采集嘴3与内筒11的腔室断开，采集嘴3内的负压将消失，若此时采集嘴3上吸附有物料，该物料将在自重作用下从采集嘴3上脱落。连通孔111均匀分布在内筒11背离收集器2的一侧（如图1中角α所示范围），且相邻连通孔111的间距小于采集嘴3的孔径，只要采集嘴3在设置有连通孔111的范围内移动，其至少将与一个连通孔111对齐，也就是说，只要采集嘴3在设置有连通孔111的范围内移动，其必定存在负压。而在朝向收集器2的一侧，内筒11上未设置连通孔111，这意味着当物料被采集嘴3移动至靠近收集器2时，采集嘴3将失去负压，从而物料能够自动脱落并进入收集器2中。

本实施例中，内筒11在其表面成型有若干道内凹滑槽113，内凹滑槽113位于采集嘴3的活动轨迹处，且连通孔111分布在内凹滑槽113之中。内凹滑槽113可避免采集嘴滑靴33出现沿运行方向的横向移动，提高作业稳定性。具体地，内凹滑槽113的底面形成有副凹槽，副凹槽的宽度为1-2mm。

本实施例中，采集嘴3设置成弹性伸缩件，当其内部负压增强时、沿自身轴向缩短，当其内部负压减弱时、沿自身轴向伸长。具体而言，采集嘴3包括筒状吸嘴31，吸嘴31的内段可滑动地套设有筒状外壳32，外壳32的内端固定有筒状滑靴33，滑靴33与吸嘴31间夹装有弹簧34；外壳32与外筒12相连，滑靴33贴合内筒11表面。吸嘴31、外壳32和滑靴33的内腔依次连通、形成供流体穿过的通道，同时，为了更好地贴合内筒11表面，将滑靴33的端面设置成弧面。当滑靴33的内腔对齐连通孔111时，采集嘴3的负压成功建立，此时吸嘴31能够对附近的物料进行吸引。初始状态下，弹簧34呈伸长状，当吸嘴31吸附到物料时，由于物料封堵吸嘴31、使得由此吸入的流体减少，采集嘴3的内部负压将随之增加，此时吸力传递至弹簧34使其产生压缩，相应地，采集嘴3沿自身轴向缩短。又因为采集嘴3位于物料上方，在缩短的过程中，吸嘴31将带动物料上移，产生“上拔”的效果（即将物料从周边沉积物中向上拔出），由于物料被从周边沉积物中拔出，在此后沿滚筒1周向旋转的过程中物料将更少地与周边沉积物发生直接接触，从而能够进一步减小扰动。而当采集嘴3移动到与连通孔111错开时，采集嘴3内的负压瞬间消失，此时弹簧34伸长，推动吸嘴31向外移动、将被吸附的物料弹出，从而使得物料能够更加靠近收集器2的开口。

本实施例中，收集器2包括流道管21，流道管21的一端开口朝向滚筒1；流道管21上安装有输送喷嘴22，输送喷嘴22的一端与外部泵体相连、另一端穿入流道管21内并朝向背离滚筒1的方向喷射流体。通过设置输送喷嘴22，其在流道管21内向背离滚筒1的方向喷射流体时将带动周边流体朝向远离滚筒1的方向移动，从而能够裹挟进入流道管21的物料同向移动，实现转运物料的功能。

本实施例中，流道管21朝向滚筒1的一端连通采集罩4，采集罩4半包围地固定在滚筒1上方；采集罩4于流道管21的后方沿滚筒1的旋转方向内缩，该结构减小采集罩4此处与滚筒1的间距，可降低输送喷嘴22所产生的水流对采集罩4内后方流体的牵引作用，确保所带动的流体主要用于矿石的输送，提高输送效率。采集嘴3和物料绕滚筒1轴向旋转的过程中会扰动周围的流体，通过加设采集罩4，能够有效地将扰动限定在采集罩4内。

本实施例中，采集罩4上安装有用于驱使外筒12旋转的驱动器5，驱动器5经齿轮机构与外筒12相连。通过在采集罩4上固定安装驱动器5，并使得驱动器5与外筒12形成连接，能够利用驱动器5驱使外筒12发生旋转。具体地，外筒12的一端沿周向设有从动齿轮，该从动齿轮与套设在驱动器5输出轴上的驱动齿轮啮合，当驱动器5的输出轴发生旋转，外筒12随之旋转。驱动器5的选择根据实际应用确定，可以选择市售产品，其结构和原理在此不做赘述。

需要特别说明的是，本实施例中负压采集头的工作环境为深海，物料为深海多金属结核。

然后，本发明还公开了一种负压采集装备，如图10所示，在其一实施例中，负压采集装备包括车体6，车体6设有摆臂7，摆臂7端部安装有上述的负压采集头。车体6搭载有用于为滚筒1提供负压的采集泵8，采集泵8与负压接头112相连。车体6搭载有用于为收集器2提供负压的输送泵9，输送泵9与输送喷嘴22相连。车体6搭载有料仓10，流道管21的末端与料仓10相连通。车体6可以选择履带形式，摆臂7设置在其行走方向的前侧。通过设置摆臂7，可以调节负压采集头的高度，从而控制采集嘴3与物料之间的距离。通过设置采集泵8，能够为滚筒1提供负压；通过设置输送泵9，可以为收集器2提供负压；通过设置与流道管21末端相连通的料仓10，可以将采集到的物料集中收纳，以便后续运输、加工。

需要特别说明的是，本实施例中负压采集装备的工作环境为深海，物料为深海多金属结核。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (13)

1.一种负压采集头，其特征在于：包括滚筒（1）和收集器（2）；所述滚筒（1）中空，其腔室形成负压，且外表面固定有若干与其腔室连通的、用于吸附物料的采集嘴（3），所述采集嘴（3）通过旋转将物料送入收集器（2）。

2.根据权利要求1所述的负压采集头，其特征在于：所述滚筒（1）包括同轴套装的内筒（11）和外筒（12），所述内筒（11）相对收集器（2）静止，所述外筒（12）相对内筒（11）绕中心轴线旋转；所述内筒（11）于背离收集器（2）一侧成型有若干用于连通内筒（11）腔室和外筒（12）腔室的连通孔（111），所述采集嘴（3）贯穿外筒（12）后与内筒（11）表面贴合。

3.根据权利要求2所述的负压采集头，其特征在于：所述内筒（11）的侧壁设有与其内腔连通的负压接头（112），所述负压接头（112）与外部负压发生装置相连通。

4.根据权利要求2所述的负压采集头，其特征在于：所述内筒（11）在其表面成型有若干道内凹滑槽（113），所述内凹滑槽（113）位于采集嘴（3）的活动轨迹处，且连通孔（111）分布在所述内凹滑槽（113）之中。

5.根据权利要求1所述的负压采集头，其特征在于：所述采集嘴（3）设置成弹性伸缩件，当其内部负压增强时、沿自身轴向缩短，当其内部负压减弱时、沿自身轴向伸长。

6.根据权利要求5所述的负压采集头，其特征在于：所述采集嘴（3）包括筒状吸嘴（31），所述吸嘴（31）的内段可滑动地套设有筒状外壳（32），所述外壳（32）的内端固定有筒状滑靴（33），所述滑靴（33）与所述吸嘴（31）间夹装有弹簧（34）；所述外壳（32）与外筒（12）相连，所述滑靴（33）贴合内筒（11）表面。

7.根据权利要求1所述的负压采集头，其特征在于：所述收集器（2）包括流道管（21），所述流道管（21）的一端开口朝向滚筒（1）；所述流道管（21）上安装有输送喷嘴（22），所述输送喷嘴（22）的一端与外部泵体相连、另一端穿入流道管（21）内并朝向背离滚筒（1）的方向喷射流体。

8.根据权利要求7所述的负压采集头，其特征在于：所述流道管（21）朝向滚筒（1）的一端连通采集罩（4），所述采集罩（4）半包围地固定在滚筒（1）上方；所述采集罩（4）于流道管（21）的后方沿滚筒（1）的旋转方向内缩。

9.根据权利要求8所述的负压采集头，其特征在于：所述采集罩（4）上安装有用于驱使外筒（12）旋转的驱动器（5），所述驱动器（5）经齿轮机构与外筒（12）相连。

10.一种负压采集装备，包括车体（6），所述车体（6）设有摆臂（7），其特征在于：所述摆臂（7）端部安装有如权利要求1-9中任一项所述的负压采集头。

11.根据权利要求10所述的负压采集装备，其特征在于：所述车体（6）搭载有用于为滚筒（1）提供负压的采集泵（8），所述采集泵（8）与负压接头（112）相连。

12.根据权利要求10所述的负压采集装备，其特征在于：所述车体（6）搭载有用于为收集器（2）提供负压的输送泵（9），所述输送泵（9）与输送喷嘴（22）相连。

13.根据权利要求10所述的负压采集装备，其特征在于：所述车体（6）搭载有料仓（10），流道管（21）的末端与所述料仓（10）相连通。