申请/专利权人：山东大学

申请日：2017-09-15

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN107503752B

主分类号：E21C50/00

分类号：E21C50/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2018.01.16#实质审查的生效;2017.12.22#公开

摘要：本发明公开了一种浮力提升型海底矿产开采装置，包括采矿车主体，在采矿车主体的前端设有水力集矿机构，在采矿车主体的两侧分别设有一行走履带,在每个行走履带上方的采矿车主体上分别设有两个升沉推进器，在采矿车主体的四周分别设有一水平推进器，所述采矿车主体包括由一竖直隔板分隔出的相互独立设置的集矿舱和浮力调节舱，在浮力调节舱内设有浮力调节机构，在浮力调节舱的顶部内侧壁上设有矿石探测器和通信装置，水力集矿机构、行走履带、升沉推进器、水平推进器、浮力调节机构、矿石探测器和通信装置均与控制器相连。本发明可在深海环境中稳定行走，利用浮力调节机构改变整个装置的重力‑浮力配比，实现开采装置的下潜和上浮，操作简便。

主权项：1.一种浮力提升型海底矿产开采装置,其特征在于:包括采矿车主体,在采矿车主体的前端设有水力集矿机构,在采矿车主体的两侧分别设有一行走履带,在每个行走履带上方的采矿车主体上分别设有两个升沉推进器,在采矿车主体的四周分别设有一水平推进器，所述采矿车主体包括由一竖直隔板分隔出的相互独立设置的集矿舱和浮力调节舱,在浮力调节舱内设有浮力调节机构,在浮力调节舱的顶部内侧壁上设有矿石探测器和通信装置，水力集矿机构、行走履带、升沉推进器、水平推进器、浮力调节机构、矿石探测器和通信装置均与控制器相连；所述水力集矿机构包括倾斜设置的矿石收集通道,矿石收集通道一端伸入集矿舱内,且端部设有抽水口，另一端位于集矿舱外,在矿石收集通道两侧的采矿车主体上分别设有一两端均开口设置的水力管道,水力管道的一端与设于采矿车主体上的水泵的出水口相连,在水泵的进水口处设有第一过滤器,在水力管道的另一端设有与矿石收集通道的入口相对的水力喷头；所述浮力调节机构包括一封闭设置的舱体,在舱体内设有一水平隔板,水平隔板与舱体内壁密封活动相连,在水平隔板上方的舱体内设有气囊,在舱体的顶部设有一与气囊内部相连通的充气口，在水平隔板下方的舱体下部设有第一进排水口,在第一进排水口处设有第二过滤器,在浮力调节舱侧壁的下部设有第二进排水口,在第二进排水口处设有第三过滤器,第二过滤器和第三过滤器通过设有控制阀和液压泵的进排水管道相连。

全文数据：一种浮力提升型海底矿产开采装置技术领域：[0001]本发明涉及一种浮力提升型海底矿产开采装置，属于海洋技术装备领域。背景技术：[0002]在世界各大洋2000—6000米水深的海底表层，广泛分布着金属结核矿物，其赋存于海底沉积物表层，以半埋状为主。对这些可再生多金属矿物资源进行开采，不仅具有潜在的经济意义，在科学研宄上也具有重要价值。目前开采海底金属结核矿物时，都是根据事先探测到的矿物存藏点，直接将采矿车下放到矿物点进行开采，开采结束后通过绳索将采矿车从海底拉到开采船上。这样每进行一个地点的开采就需要拉放采矿车一次，操作非常复杂，采矿车的下潜和上浮不好操作，而且现有的采矿车在海底行走机动性差，根本无法实现对金属结核矿物的自主探测。发明内容：[0003]本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种浮力提升型海底矿产开采装置，可在深海环境中稳定行走，利用浮力调节机构改变整个装置的重力-浮力配比，实现开采装置的下潜和上浮，操作简便，解决了现有技术中存在的问题。[0004]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：[0005]一种浮力提升型海底矿产开采装置，包括采矿车主体，在采矿车主体的前端设有水力集矿机构，在采矿车主体的两侧分别设有一行走履带，在每个行走履带上方的采矿车主体上分别设有两个升沉推进器，在采矿车主体的四周分别设有一水平推进器，所述采矿车主体包括由一竖直隔板分隔出的相互独立设置的集矿舱和浮力调节舱，在浮力调节舱内设有浮力调节机构，在浮力调节舱的顶部内侧壁上设有矿石探测器和通信装置，水力集矿机构、行走履带、升沉推进器、水平推进器、浮力调节机构、矿石探测器和通信装置均与控制器相连。[0006]所述水力集矿机构包括倾斜设置的矿石收集通道，矿石收集通道一端伸入集矿舱内，且端部设有抽水口，另一端位于集矿舱外，在矿石收集通道两侧的采矿车主体上分别设有一两端均开口设置的水力管道，水力管道的一端与设于采矿车主体上的水泵的出水口相连，在水栗的进水口处设有第一过滤器，在水力管道的另一端设有与矿石收集通道的入口相对的水力喷头。[0007]所述浮力调节机构包括一封闭设置的舱体，在舱体内设有一水平隔板，水平隔板与舱体内壁密封活动相连，在水平隔板上方的舱体内设有气囊，在舱体的顶部设有一与气囊内部相连通的充气口，在水平隔板下方的舱体下部设有第一进排水口，在第一进排水口处设有第二过滤器，在浮力调节舱侧壁的下部设有第二进排水口，在第二进排水口处设有第三过滤器，第二过滤器和第三过滤器通过设有控制阀和液压栗的进排水管道相连。[0008]在集矿舱和浮力调节舱顶部开口处分别设有集矿舱盖板和浮力舱盖板，集矿舱盖板和浮力舱盖板彼此靠近的一端通过盖板铰接轴活动设于采矿车主体，另一端均设有安全锁。[0009]在集矿舱的底部开口处设有两集矿舱底板，两集矿舱底板彼此靠近的一端通过底板铰接轴活动设于采矿车主体上，另一端均设有底板锁紧机构。[0010]本发明的有益之处是，在浮力调节舱内设有浮力调节机构，通过排水和给水来调节整个矿车的重力-浮力配比以实现采矿车的下沉和上浮;可通过通信模块实现海面上的采矿船对采矿车的监控、维护等操作，提高了采矿车的灵活性和可操作性;本发明采用履带行走方式，具有牵引力大、承载能力高、跨越或绕过海底障碍容易、对海底扰动较小、操纵性和可行驶性好、能很好地适应软海底行走的特点。附图说明：[0011]图1为本发明的结构示意图。[0012]图2为本发明的剖视结构图。[0013]图3为浮力调节舱的结构示意图。[0014]图中，1、采矿车主体，2、行走履带，3、升沉推进器，4、水平推进器，5、竖直隔板，6、集矿舱，7、浮力调节舱，8、矿石探测器，9、通信装置，10、矿石收集通道，11、抽水口，12、水力管道，13、水栗，14、第一过滤器，15、水力喷头，16、舱体，17、水平隔板，18、气囊，19、充气口，20、底板铰接轴，21、第二过滤器，22、底板锁紧机构，23、第三过滤器，24、控制阀，25、液压泵，26、进排水管道，27、集矿舱盖板，28、浮力舱盖板，29、盖板铰接轴，30、安全锁，31、集矿舱底板。具体实施方式：[0015]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。[0016]如图1-3所示，一种浮力提升型海底矿产开采装置，包括采矿车主体1，在采矿车主体1的前端设有水力集矿机构，在采矿车主体1的两侧分别设有一行走履带2，在每个行走履带2上方的采矿车主体1上分别设有两个升沉推进器3,在采矿车主体1的四周分别设有一水平推进器4，所述采矿车主体1包括由一竖直隔板5分隔出的相互独立设置的集矿舱6和浮力调节舱7,在浮力调节舱7内设有浮力调节机构，在浮力调节舱7的顶部内侧壁上设有矿石探测器8和通信装置9,水力集矿机构、行走履带2、升沉推进器3、水平推进器4、浮力调节机构、矿石探测器8和通信装置9均与控制器相连。[0017]开采装置在海底采矿时，可通过矿石探测器8探测海底金属结核矿物的位置，自主规划开采装置的行走路径。通过通信模块9实现海面上的采矿船对开采装置的监控、维护等操作，提高了开采装置的灵活性和可操作性，通过水力集矿机构，对矿石进行开采，并收集到集矿舱6内。水平推进器4可用于保持开采装置行走的稳定性和提供额外的辅助动力，升沉推进器3可用于维持开采装置行走平衡和提供额外的上潜动力。[0018]所述水力集矿机构包括倾斜设置的矿石收集通道10,矿石收集通道10—端伸入集矿舱6内，且端部设有抽水口11，另一端位于集矿舱6外，在矿石收集通道10两侧的采矿车主体1上分别设有一两端均开口设置的水力管道I2,水力管道12的一端与设于采矿车主体1上的水泵13的出水口相连，在水泵13的进水口处设有第一过滤器14,在水力管道12的另一端设有与矿石收集通道1〇的入口相对的水力喷头15。在水泵13的作用下，抽吸到的海水经第一过滤器14过滤掉水草等杂质后，通过水力管道12和水力喷头15高压喷进矿石收集通道10内，在水力的推动作用下金属结核矿物进入集矿舱6，一端进水，一端抽水，抽水口11可以进一步推动水力循环系统。[0019]所述浮力调节机构包括一封闭设置的舱体16,在舱体16内设有一水平隔板17,水平隔板I7与舱体16内壁密封活动相连，在水平隔板17上方的舱体16内设有气囊18,在舱体16的顶部设有一与气囊I8内部相连通的充气口19,在水平隔板17下方的舱体16下部设有第一进排水口，在第一进排水口处设有第二过滤器21，在浮力调节舱7侧壁的下部设有第二进排水口，在第二进排水口处设有第三过滤器23，第二过滤器21和第三过滤器23通过设有控制阀24和液压泵25的进排水管道2e相连。当开采装置位于水面，需要下潜时，启动液压栗25，将海水经第二进排水口和第一进排水口抽进舱体16内，随着舱体16内海水的不断增加，使得开采装置慢慢下潜。当开采结束，需要上浮时，操作控制阀24,启动液压泵25，将舱体16内的水经第一进排水口和第二进排水口排至舱体16外，改变重力-浮力配比，实现开采装置的上浮，此时由于气囊18内存有压缩气体，能够抵消部分海水压力，因而降低了对液压栗25的性能要求。在从海面下潜到开始作业，再到作业结束上浮的整个过程中，充气口19都是关闭的，因此气囊1S里的气体一直存在。当气体体积压缩后，会有产生作用在水平隔板17上的力，对深海压力有抵消作用，因而降低了对液压栗25的性能要求，这也是创新点之一。[0020]在集矿舱6和浮力调节舱7顶部开口处分别设有集矿舱盖板27和浮力舱盖板28,集矿舱盖板27和浮力舱盖板28彼此靠近的一端通过盖板较接轴29活动设于采矿车主体1，另一端均设有安全锁30。集矿舱盖板27和浮力舱盖板28可自由打开120°，便于对集矿舱6和浮力调节舱7检修和维护，配合使用安全锁30可实现锁紧密闭。[0021]在集矿舱6的底部开口处设有两集矿舱底板31，两集矿舱底板31彼此靠近的一端通过底板铰接轴2〇活动设于采矿车主体1上，另一端均设有底板锁紧机构22。在开采装置起吊到采矿船上后，可通过打开集矿舱底板31实现矿石的卸载，非常方便。底板锁紧机构22，有很多具体的常用结构，比如采用卡扣式的锁紧机构，在集矿舱6上设置卡槽，在集矿舱底板31上设有与卡槽配合的卡块，通过卡槽与卡块的配合实现锁紧。[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。[0023]本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

权利要求：1.一种浮力提升型海底矿产开采装置，其特征在于:包括采矿车主体，在采矿车主体的前端设有水力集矿机构，在采矿车主体的两侧分别设有一行走履带，在每个行走履带上方的采矿车主体上分别设有两个升沉推进器，在采矿车主体的四周分别设有一水平推进器，所述采矿车主体包括由一竖直隔板分隔出的相互独立设置的集矿舱和浮力调节舱，在浮力调节舱内设有浮力调节机构，在浮力调节舱的顶部内侧壁上设有矿石探测器和通信装置，水力集矿机构、行走履带、升沉推进器、水平推进器、浮力调节机构、矿石探测器和通信装置均与控制器相连。2.如权利要求1所述的一种浮力提升型海底矿产开采装置，其特征在于:所述水力集矿机构包括倾斜设置的矿石收集通道，矿石收集通道一端伸入集矿舱内，且端部设有抽水口，另一端位于集矿舱外，在矿石收集通道两侧的采矿车主体上分别设有一两端均开口设置的水力管道，水力管道的一端与设于采矿车主体上的水栗的出水口相连，在水栗的进水口处设有第一过滤器，在水力管道的另一端设有与矿石收集通道的入口相对的水力喷头。3.如权利要求1所述的一种浮力提升型海底矿产开采装置，其特征在于:所述浮力调节机构包括一封闭设置的舱体，在舱体内设有一水平隔板，水平隔板与舱体内壁密封活动相连，在水平隔板上方的舱体内设有气囊，在舱体的顶部设有一与气囊内部相连通的充气口，在水平隔板下方的舱体下部设有第一进排水口，在第一进排水口处设有第二过滤器，在浮力调节舱侧壁的下部设有第二进排水口，在第二进排水口处设有第三过滤器，第二过滤器和第三过滤器通过设有控制阀和液压栗的进排水管道相连。4.如权利要求1所述的一种浮力提升型海底矿产开采装置，其特征在于:在集矿舱和浮力调节舱顶部开口处分别设有集矿舱盖板和浮力舱盖板，集矿舱盖板和浮力舱盖板彼此靠近的一端通过盖板铰接轴活动设于采矿车主体，另一端均设有安全锁。5.如权利要求1所述的一种浮力提升型海底矿产开采装置，其特征在于:在集矿舱的底部开口处设有两集矿舱底板，两集矿舱底板彼此靠近的一端通过底板铰接轴活动设于采矿车主体上，另一端均设有底板锁紧机构。

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