WO2023087654A1 - 一种海底采矿车的复合收集机构及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种海底采矿车的复合收集机构，包括采集滚筒（1）、漏收滚筒（2）、支撑架（3）和连杆（4）；采集滚筒（1）和漏收滚筒（2）并排可转动地设置在支撑架（3）上，支撑架（3）上安装有连杆（4），采集滚筒（1）包括若干交替排列的采集片体（6）和第一密封圈（7），采集片体（6）的外圆周上设有若干采集爪（9），漏收滚筒（2）包括滚筒体（24）和螺旋设置在滚筒体（24）上的若干列折弯排齿（25）；通过外磁环（12）和内磁环（10）的间隙并在磁约束作用下，能够使采集滚筒（1）中各采集片体（6）随着不平整海底地面进行高度自适应调节，实现采集爪（9）与不平整海底地面紧密贴合，完成高效海底矿物收集；通过T形推杆（19）和导向重力滑块（20）的配合移动，可以实现采集爪（9）旋转的约束，提高了采矿车矿物收集过程的效率。

Description

一种海底采矿车的复合收集机构及其使用方法 技术领域

本发明属于水下采矿技术领域，尤其涉及一种海底采矿车的矿物收集机构。

背景技术

海洋占地球表面积约71％，是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。海底目前已知有商业开采价值主要有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钻、铜、锰及金、银等金属，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。随着人类对金属资源需求的不断增加和陆地矿产资源的不断枯竭，海底矿产资源必将成为人类21世纪的接替资源。

采矿车是海底矿物采集的主要工具，而收集机构则是采矿车矿物采集时的主要部件，其性能优劣直接决定了采矿车的采集效率和效果。目前现有采矿车主要采用单采集滚筒，存在收集不充分，有漏收的不足。鉴于漏收问题，已有采矿车在单采集滚筒基础上增加漏收装置，但只能漏收一些体积较小的矿物，对于较大的矿物则无能为力。此外，现有采矿车的收集滚筒是刚性的，不能随着海底面的高低进行调节从而更好地收集矿物。因此，发明一种更高效、更有效的矿物采集收集机构，对于海底采矿显得尤为重要和十分迫切。

发明内容

本发明的目的是为了能在不平整海底地面进行更高效、更有效地矿物采集，提供一种海底采矿车的复合收集机构。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案予以实现：

一种海底采矿车的复合收集机构，包括采集滚筒、漏收滚筒、支撑架和连杆，所述采集滚筒和所述漏收滚筒并排可转动地设置在支撑架上，所述支撑架上安装有所述连杆，所述采集滚筒包括若干交替排列的采集片体和第一密封圈，所述采集片体的外圆周上设有若干采集爪，所述漏收滚筒包括滚筒体和螺旋设置在所述滚筒体上的若干列折弯排齿。

进一步，所述采集片体包括片体环，所述片体环的外圆周上装有若干所述采集爪，所述片体环的内圆周上固定着由若干N级和S级永磁体交替布置组成的内磁环，所述内磁环的中 心设有支撑轴，所述支撑轴上装有由若干励磁绕组组成的外磁环，所述内磁环和所述外磁环间存在间隙，通过改变所述励磁绕组中励磁电流方向形成交替N级和S级，进而形成旋转磁场和磁场力来驱动所述内磁环转动，所述采集滚筒的两端均为所述第一密封圈，其上安装有盖板，所述支撑轴与所述盖板之间设有第一轴承。

进一步，所述采集爪包括凹形储槽、T形推杆、导向重力滑块和支座，所述支座安装在所述片体环的外圆周上，所述支座上设有T形滑槽，所述凹形储槽的一端铰接在所述支座上，另一端由上至下设有密排齿、疏排齿和V形侧齿，所述T形推杆的T形端嵌入安装在所述导向重力滑块中，所述导向重力滑块可滑动地安装在所述支座的T形滑槽中，所述T形推杆的另一端伸出所述T形滑槽顶在所述凹形储槽铰接端上部的台阶上。

进一步，所述滚筒体一端安装有液压马达，所述液压马达的输出端通过行星减速机与所述滚筒体连接。

进一步，所述V形侧齿包括设置在所述凹形储槽一端底部的侧齿，每侧的所述侧齿为两根齿，两侧的所述侧齿端部向外侧倾斜呈V形。

进一步，所述液压马达和所述行星减速机整体内嵌在所述滚筒体内，所述行星减速机包括与所述液压马达的输出端连接的太阳齿、与所述太阳轮啮合的行星齿轮、与所述行星齿轮啮合的内齿圈以及壳体，所述内齿圈与所述滚筒体连接，所述液压马达安装在所述壳体上，所述内齿圈固定在所述壳体上。

本发明还提供上述海底采矿车的复合收集机构的使用方法，包括：

第一步，将所述采集滚筒、所述漏收滚筒以及支撑架通过所述连杆铰接在海底采矿车的前端，使得所述采集滚筒位于所述漏收滚筒的在所述海底采矿车采集前进方向的前端；

第二步、所述海底采矿车开始采集矿物，驱动所述采集滚筒和所述漏收滚筒转动，通过所述采集爪，所述采集滚筒将矿物采集，通过所述折弯排齿，所述漏收滚筒将所述采集滚筒遗漏的矿物进一步收集。

本发明的一种海底采矿车的复合收集机构具有以下优点和有益效果：

(1)通过外磁环产生的旋转磁场和磁场力带动内磁环及采集滚筒转动，同时通过外磁环和内磁环的间隙并在磁约束作用下，能够使采集滚筒中各采集片体随着不平整海底地面进行高度自适应调节，实现采集爪与不平整海底地面紧密贴合，完成高效海底矿物收集。

(2)通过T形推杆和导向重力滑块的配合移动，可以实现采集爪旋转的约束，当收集矿物时可以固定采集爪位置，但收集完后又可以在重力作用下自动解除固定约束，便于采集爪旋转，使得矿物容易甩出，提高了采矿车矿物收集过程的效率。

(3)采集爪上采用了疏密不等的三排齿结构，即密排齿、疏排齿和V形侧齿，可对体积不同大小的矿物进行采集，扩大了收集机构的使用范围。

(4)本发明在采集滚筒的后方还设计了漏收滚筒，可以实现对采集滚筒所遗漏矿物进行二次收集，而漏收滚筒上的螺旋安装的数列折弯排齿则保证了遗漏矿物的有效收集。

附图说明：

图1为本发明实施例示意图；

图2为本发明实施例完整海底采矿车的总示意图；

图3为本发明实施例中采集滚筒示意图；

图4为本发明实施例中采集片体示意图；

图5为本发明实施例中采集爪装配示意图；

图6为本发明实施例中采集爪局部分解示意图；

图7为本发明实施例中漏收滚筒示意图；

图8为本发明实施例中漏收滚筒内部分解示意图；

图中的附图标记为：1为采集滚筒；2为漏收滚筒；3为支撑架；4为连杆；5为海底采矿车；6为采集片体；7为第一密封圈；8为片体环；9为采集爪；10为内磁环；11为支撑轴；12为外磁环；13为盖板；14为第一轴承；15为凹形储槽；16为密排齿；17为疏排齿；18为V形侧齿；19为T形推杆；20为导向重力滑块；21为支座；22为密封盖；23为第一螺栓；24为滚筒体；25为折弯排齿；26为液压马达；27为太阳齿轮；28为行星齿轮；29为内齿圈；30为第二螺栓；31为外盖板；32为第二轴承；33为第二密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于机构本身而言，指向机构内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的机构的特定限定。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是:“上”是指位置在高处的，与“下”相对，即上边；“下”是指位置在低处的，与“上”相对，即下层，而非对本机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读 者的右边即为右，而非对本发明的机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“前、后”的含义指的是阅读者正对附图时，离阅读者近的即为前，离阅读者远的即为后，而非对本发明的机构的特定限定。

本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。

如图1、图2、图3和图7所示，一种海底采矿车的复合收集机构，包括采集滚筒1、漏收滚筒2、支撑架3和连杆4，所述采集滚筒1和所述漏收滚筒2并排可转动地设置在支撑架3上，所述支撑架3上安装有所述连杆4，所述支撑架3通过所述连杆4铰接在海底采矿车5的前端，所述采集滚筒1包括若干交替排列的采集片体6和第一密封圈7，所述采集片体6的外圆周上设有若干采集爪9，述漏收滚筒2包括滚筒体24和螺旋设置在所述滚筒体24上的若干列折弯排齿25。

如图2、图3、图4所示，所述采集片体6包括片体环8，所述片体环8的外圆周上装有若干所述采集爪9，所述片体环8的内圆周上固定着由若干N级和S级永磁体交替布置组成的内磁环10，所述内磁环10的中心设有支撑轴11，所述支撑轴11上装有由若干励磁绕组组成的外磁环12，所述内磁环10和所述外磁环12间存在间隙，通过改变所述励磁绕组中励磁电流方向形成交替N级和S级，进而形成旋转磁场和磁场力来驱动所述内磁环10转动，当所述海底采矿车5在不平整海底地面上进行矿石收集时，能够使所述采集滚筒1中各所述采集片体6在磁约束下实现高度自适应调节，从而使得所述采集爪9与不平整海底地面贴合，完成高效海底矿物收集，所述采集滚筒1的两端均为所述第一密封圈7，其上安装有盖板13，所述支撑轴11与所述盖板13之间设有第一轴承14，所述支撑架3也通过所述第一轴承14与所述采集滚筒1可转动连接。

如图2、图4、图5和图6所示，所述采集爪9包括凹形储槽15、T形推杆19、导向重力滑块20和支座21，所述支座21安装在所述片体环8的外圆周上，所述支座21上设有T形滑槽，所述凹形储槽15的一端铰接在所述支座21上，另一端由上至下设有密排齿16、疏排齿17和V形侧齿18，所述V形侧齿18包括设置在所述凹形储槽15一端底部的侧齿，每侧的所述侧齿为两根齿，两侧的所述侧齿端部向外侧倾斜呈V形。所述T形推杆19的T形 端嵌入安装在所述导向重力滑块20中，所述导向重力滑块20可滑动地安装在所述支座21的T形滑槽中，所述T形推杆19的另一端伸出所述T形滑槽顶在所述凹形储槽15铰接端上部的台阶上。密封盖22通过第一螺栓23与所述支座21连接将所述导向重力滑块20限制在所述T形滑槽中。

所述密排齿16可收集中等矿石，所述疏排齿17可使陷入海底的大矿物松动便于所述密排齿16采集，所述V形侧齿18可收集采集爪两侧死角部分的矿石，所述采集爪9上采用的疏密不等三排齿结构，可对体积不同大小的矿物进行采集，扩大了收集机构的使用范围。

所述T形推杆19与所述导向重力滑块20，组成大T形结构，在所述支座21的所述T形滑槽中滑动，在所述采集滚筒1旋转过程中，对于往下滚动的所述采集爪9会因为所述导向重力滑块20重力的作用，使得所述T形推杆19紧抵在所述凹形储槽15上部的台阶，实现了所述采集爪9的位置固定便于所述采集爪9进行矿物收集，而对于往上滚动的所述采集爪9也会因为所述导向重力滑块20重力的作用，使得所述T形推杆19远离所述凹形储槽15上部的台阶，便于所述采集爪9摆动，使得所述采集爪9所采集到的矿物容易被甩出，方便采矿车收集矿物。

如图2、图7和图8所示，所述滚筒体24一端安装有液压马达26，所述液压马达26的输出端通过行星减速机与所述滚筒体24连接。所述液压马达26和所述行星减速机整体内嵌在所述滚筒体24内，所述行星减速机包括与所述液压马达26的输出端连接的太阳齿轮27、与所述太阳轮27啮合的行星齿轮28、与所述行星齿轮28啮合的内齿圈29以及壳体，所述内齿圈29与所述滚筒体24连接，所述液压马达26安装在所述壳体上，所述内齿圈29与所述滚筒体24相同直径且同轴地焊接在所述滚筒体24的端部，所述滚筒体24通过第二螺栓30被外盖板31密封，所述外盖板31的中心孔内装着第二轴承32，所述第二轴承32的内圈与所述支撑架3连接，所述外盖板31和所述支撑架3间通过第二密封圈33密封，所述漏收滚筒2可以实现对所述采集滚筒1所遗漏矿物进行二次收集，而所述漏收滚筒2上螺旋式安装的所述折弯排齿25则保证了遗漏矿物的有效收集。

使用方法

上述海底采矿车的复合收集机构的使用方法，包括如下步骤：

第一步，将所述采集滚筒1、所述漏收滚筒2以及支撑架3通过所述连杆4铰接在海底采矿车5的前端，使得所述采集滚筒1位于所述漏收滚筒2的在所述海底采矿车5采集前进方向的前端；

第二步、所述海底采矿车5开始采集矿物，驱动所述采集滚筒1和所述漏收滚筒2转动， 通过所述采集爪9，所述采集滚筒1将矿物采集，通过所述折弯排齿25，所述漏收滚筒2将所述采集滚筒1遗漏的矿物进一步收集。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1. 一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：包括采集滚筒(1)、漏收滚筒(2)、支撑架(3)和连杆(4)，所述采集滚筒(1)和所述漏收滚筒(2)并排可转动地设置在支撑架(3)上，所述支撑架(3)上安装有所述连杆(4)，所述采集滚筒(1)包括若干交替排列的采集片体(6)和第一密封圈(7)，所述采集片体(6)的外圆周上设有若干采集爪(9)，所述漏收滚筒(2)包括滚筒体(24)和螺旋设置在所述滚筒体(24)上的若干列折弯排齿(25)。
2. 根据权利要求1所述的一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：所述采集片体(6)包括片体环(8)，所述片体环(8)的外圆周上装有若干所述采集爪(9)，所述片体环(8)的内圆周上固定着由若干N级和S级永磁体交替布置组成的内磁环(10)，所述内磁环(10)的中心设有支撑轴(11)，所述支撑轴(11)上装有由若干励磁绕组组成的外磁环(12)，所述内磁环(10)和所述外磁环(12)间存在间隙，通过改变所述励磁绕组中励磁电流方向形成交替N级和S级，进而形成旋转磁场和磁场力来驱动所述内磁环(10)转动，所述采集滚筒(1)的两端均为所述第一密封圈(7)，其上安装有盖板(13)，所述支撑轴(11)与所述盖板(13)之间设有第一轴承(14)。
3. 根据权利要求1所述的一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：所述采集爪(9)包括凹形储槽(15)、T形推杆(19)、导向重力滑块(20)和支座(21)，所述支座(21)安装在所述片体环(8)的外圆周上，所述支座(21)上设有T形滑槽，所述凹形储槽(15)的一端铰接在所述支座(21)上，另一端由上至下设有密排齿(16)、疏排齿(17)和V形侧齿(18)，所述T形推杆(19)的T形端嵌入安装在所述导向重力滑块(20)中，所述导向重力滑块(20)可滑动地安装在所述支座(21)的T形滑槽中，所述T形推杆(19)的另一端伸出所述T形滑槽顶在所述凹形储槽(15)铰接端上部的台阶上。
4. 根据权利要求1所述的一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：所述滚筒体(24)一端安装有液压马达(26)，所述液压马达(26)的输出端通过行星减速机与所述滚筒体(24)连接。
5. 根据权利要求3所述的一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：所述V形侧齿(18)包括设置在所述凹形储槽(15)一端底部的侧齿，每侧的所述侧齿为两根齿，两侧的所述侧齿端部向外侧倾斜呈V形。
6. 根据权利要求4所述的一种海底采矿车的复合收集机构，其特征在于：所述液压马达(26)和所述行星减速机整体内嵌在所述滚筒体(24)内，所述行星减速机包括与所述液压马达(26)的输出端连接的太阳齿轮(27)、与所述太阳轮(27)啮合的行星齿轮(28)、与 所述行星齿轮(28)啮合的内齿圈(29)以及壳体，所述内齿圈(29)与所述滚筒体(24)连接，所述液压马达(26)安装在所述壳体上，所述内齿圈(29)固定在所述壳体上。
7. 根据权利要求1至6任意一项所述的一种海底采矿车的复合收集机构的使用方法，其特征在于，包括：

   第一步，将所述采集滚筒(1)、所述漏收滚筒(2)以及支撑架(3)通过所述连杆(4)铰接在海底采矿车(5)的前端，使得所述采集滚筒(1)位于所述漏收滚筒(2)的在所述海底采矿车(5)采集前进方向的前端；

   第二步、所述海底采矿车(5)开始采集矿物，驱动所述采集滚筒(1)和所述漏收滚筒(2)转动，通过所述采集爪(9)，所述采集滚筒(1)将矿物采集，通过所述折弯排齿(25)，所述漏收滚筒(2)将所述采集滚筒(1)遗漏的矿物进一步收集。

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