本发明公开一种垮塌式海砂抽采的采集装备及方法，包括作业母船、T形外管、驱动装置、抽砂内管、采集头、破砂掘进装置、促垮塌射流喷头及电控系统，T形外管后侧的左右两端均与作业母船转动配合。T形外管内部设有高压水管，促垮塌射流喷头有多个，沿纵向管体的长度方向依次间隔设在其外壁上，高压水管为各促垮塌射流喷头供水。采集头安装于T形外管前端，抽砂内管设置在T形外管内部，其前端与采集头固定密封相连，后端连接有抽吸泵。采集头上设有三个扩张射流头，呈环形均匀布置在抽吸口外围，破砂掘进装置设在采集头上。本发明直接对下层海砂抽采，减小海底生态环境破坏，具有抽采效率高、成本低的优点。
1.一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，包括作业母船、T形外管、驱动装置、抽砂内管、采集头、破砂掘进装置、促垮塌射流喷头及电控系统，所述T形外管是由纵向管体和横向管体相连构成的，作业母船的中部具有可容纳纵向管体的长条通槽，横向管体的两端均与作业母船转动配合；
驱动装置设在作业母船的右侧，其包括第一电机和蜗轮蜗杆机构，第一电机的输出端可通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管绕其横向管体的轴线转动；
所述T形外管的内部设有高压水管，促垮塌射流喷头有多个，所有促垮塌射流喷头沿纵向管体的长度方向依次间隔设在其外壁上，高压水管为各促垮塌射流喷头供水；
所述采集头固定安装于纵向管体的前端，其中心位置开设有抽吸口，抽砂内管设置在T形外管内部，其前端与采集头固定密封相连，后端伸至T形外管的外部且连接有抽吸泵；
所述采集头上设有三个扩张射流头，三个扩张射流头呈环形均匀布置在抽吸口外围，由高压水管为其供水，破砂掘进装置设置在采集头上，用于采集头穿越上层砂层，达到下层砂层的底部。
2.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述纵向管体的后端与横向管体的中部固定相连成一体，横向管体的左右端面均设有可将其内部封闭的端板；
所述作业母船上左右对称设有两个轴承座，横向管体左右两端分别通过轴承与同侧的轴承座转动相连。
3.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述第一电机固定安装在作业母船的右侧，其输出端连接减速机的输入端，所述第一电机的信号端与电控系统通信相连；
所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定套设在横向管体的外壁上，并与其同轴布置，蜗轮蜗杆机构的蜗杆固定于所述减速机的输出端，工作时，第一电机通过减速机驱动蜗杆转动，蜗杆与蜗轮啮合并驱动T形外管绕横向管体的轴线转动。
4.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，抽砂内管的主体部分与纵向管体同轴布置，抽砂内管的一端与抽吸口相通，另一端由位于左侧的端板中心穿出，抽砂内管的外壁与左侧的端板固定密封相连；
高压水管上设有与促垮塌射流喷头数量相等且位置一一对应的第一支管，各促垮塌射流喷头通过对应的第一支管的与高压水管相连，第一支管上配置有电磁阀，电磁阀的信号端与电控系统通讯相连；
高压水管的进水端穿出位于左侧的端板，连接有高压水泵。
5.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述采集头的前端面上设有三个旋转球头，三个扩张射流头均以偏心的方式分别安装在三个旋转球头的表面，旋转球头与采集头转动密封配合；
每个旋转球头均配有一个空心轴伺服电机，空心轴伺服电机驱动对应的旋转球头转动，空心轴伺服电机的空心轴一端与扩张射流头相连，另一端通过带有旋转密封接头的第二支管与高压水管相连相通。
6.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述采集头的前端面上固定有三个安装座一，三个安装座一呈环形均匀布置在抽吸口外围，且与三个扩张射流头依次交替排布；
破砂掘进装置包括三个掘进射流头，三个掘进射流头分别设置在三个安装座一，各掘进射流头均与纵向管体的轴向相对倾斜布置，掘进射流头的进口端通过第三支管与高压水管相连相通；
各所述掘进射流头的射流方向均向内侧聚拢，在抽吸口的前方形成射流交汇点。
7.根据权利要求1所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述采集头的前端面上固定有三个安装座二，三个安装座二呈环形均匀布置在抽吸口外围，且与三个扩张射流头依次交替排布；
破砂掘进装置包括第二电机、传动机构及三个截齿，三个截齿分别设置在三个安装座二上，每个截齿的截齿轴均与对应的安装座二转动密封配合；
所述第二电机固定安装在作业母船的右侧，其输出端通过传动机构驱动各截齿同步转动。
8.根据权利要求7所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，传动机构包括第一转轴、第二转轴及齿轮组件，所述第一转轴转动设置在横向管体的右侧，并与其相对同轴布置；
所述第一转轴的右端与第二电机的输出端相连，第二转轴沿纵向管体的轴线方向设在其内部，与纵向管体转动配合，第二转轴的后端与第一转轴的左端以锥齿轮传动的方式相连；
所述第二转轴的前端通过齿轮组件与三个截齿的截齿轴相连，并驱动三个截齿同步转动。
9.根据权利要求8所述一种垮塌式海砂抽采的采集装备，其特征在于，所述采集头的内部具有空腔，齿轮组件包括第一直齿轮、双联齿轮和三个第二直齿轮，双联齿轮是由大齿环和小齿环通过连接套相连构成的一体结构，转动设置在采集头与纵向管体的连接处；
第一直齿轮安装在第一转轴前端，与小齿环啮合，三个第二直齿轮均匀布置在以纵向管体的轴线为圆心的圆周上，且均与大齿环啮合，第二直齿轮的齿轮轴与采集头转动配合；
三个截齿的截齿轴分别通过十字万向联轴器与三个第二直齿轮的齿轮轴活动相连，工作时，第一直齿轮通过双联齿轮驱动各第二直齿轮转动，第二直齿轮转动通过所述十字万向联轴器带动截齿转动。
10.一种垮塌式海砂抽采的采集方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的垮塌式海砂抽采的采集装备，采集方法包括如下步骤：S1，作业母船到达作业区域上方的水面，第一电机启动，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管绕横向管体的轴线向下转动，采集头向下运动到达上层海砂的上表面；
S2，破砂掘进装置开始工作，采集头以射流掘进或者机械掘进的方式进入上层海砂的内部，T形外管在驱动装置的作用下继续向下转动，同时，作业母船配合T形外管的角度调整位置；
采集头向下运动穿过上层海砂到达下层海砂的底部，当T形外管的纵向管体与水平方向的夹角等于垮塌角θ时，T形外管停止运动，作业母船抛锚固定船身；
S3，三个扩张射流头向外喷射高压水，冲击采集头周围的下层海砂使其松散，同时，抽吸泵开始工作，采集头周围的下层海砂通过抽吸口进入抽砂内管，抽砂内管的下层海砂被抽送至作业母船；
采集头周围的下层海砂被抽走后，会在其前方出现空腔并不断扩大，空腔上方的上层海砂在重力作用下形成漏斗状垮塌，垮落到采集口周围的下层海砂被继续抽走；
S4，T形外管上方的上层海砂没有按照预定垮落时，促垮塌射流喷头开始向外喷射高压水，冲击纵向管体外围的上层海砂，促进上层海砂垮落至采集头周围，被抽砂内管抽送至作业母船；
S5，抽采过程中，工作人员观察到抽至作业母船的海砂中出现上层海砂时，确定该作业区域的下层海砂采集完成，抽吸泵停止工作；
作业母船收锚解除固定，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管向上转动，采集头从海砂中脱出并回到初始状态，作业母船移动至下一作业区域上方的水面，按照S1至S4的工作方式进行采砂作业。
一种垮塌式海砂抽采的采集装备及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋采砂技术领域，具体涉及一种垮塌式海砂抽采的采集装备及方法。
背景技术
[0002] 海砂分为上层海砂和下层海砂，上层海砂粒径较小杂质较多，经济效益差，下层海砂是采砂的主要目标，现有技术直接从上层海砂采抽，剥离上层海砂后才能采集下层海砂，导致效益降低，且上层海砂还需要进行排放等处理，造成二次污染。上层海砂是海底生物主要的栖息场所，现有采砂装置及方法直接将其场所完全破坏，并造生大量泥沙悬浮，对矿区及周围环境影响较大。下层海砂由于深埋时间长，可能会出现硬度较大、砂粒之间结合牢固的情况，普通的水利抽采开采方法难以对其进行破碎采集，加以机械式辅助破碎能提高破碎效率，但机械装置长时间的运行会大大增大船上的能源消耗，提高采集成本。因此，现有技术需要进一步改进和提高。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的在于提出一种垮塌式海砂抽采的采集装备，解决下层海砂采集时需要先剥离上层海砂，下层海砂强度较高难破碎，导致开采成本高，效益降低，造生大量泥沙悬浮，对矿区及周围环境影响较大的问题。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 一种垮塌式海砂抽采的采集装备，包括作业母船、T形外管、驱动装置、抽砂内管、采集头、破砂掘进装置、促垮塌射流喷头及电控系统，所述T形外管是由纵向管体和横向管体相连构成的，作业母船的中部具有可容纳纵向管体的长条通槽，横向管体的两端均与作业母船转动配合。
[0006] 驱动装置设在作业母船的右侧，其包括第一电机和蜗轮蜗杆机构，第一电机的输出端可通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管绕其横向管体的轴线转动。
[0007] 所述T形外管的内部设有高压水管，促垮塌射流喷头有多个，所有促垮塌射流喷头沿纵向管体的长度方向依次间隔设在其外壁上，高压水管为各促垮塌射流喷头供水。
[0008] 所述采集头固定安装于纵向管体的前端，其中心位置开设有抽吸口，抽砂内管设置在T形外管内部，其前端与采集头固定密封相连，后端伸至T形外管的外部且连接有抽吸泵。
[0009] 所述采集头上设有三个扩张射流头，三个扩张射流头呈环形均匀布置在抽吸口外围，由高压水管为其供水，破砂掘进装置设置在采集头上，用于采集头穿越上层砂层，达到下层砂层的底部。
[0010] 进一步地，所述纵向管体的后端与横向管体的中部固定相连成一体，横向管体的左右端面均设有可将其内部封闭的端板。
[0011] 所述作业母船上左右对称设有两个轴承座，横向管体左右两端分别通过轴承与同侧的轴承座转动相连。
[0012] 进一步地，所述第一电机固定安装在作业母船的右侧，其输出端连接减速机的输入端，所述第一电机的信号端与电控系统通信相连。
[0013] 蜗轮蜗杆机构的蜗轮固定套设在横向管体的外壁上，并与其同轴布置，蜗轮蜗杆机构的蜗杆固定于所述减速机的输出端，工作时，第一电机通过减速机驱动蜗杆转动，蜗杆与蜗轮啮合并驱动T形外管绕横向管体的轴线转动。
[0014] 进一步地，抽砂内管的主体部分与纵向管体同轴布置，抽砂内管的一端与抽吸口相通，另一端由位于左侧的端板中心穿出，抽砂内管的外壁与左侧的端板固定密封相连。
[0015] 高压水管上设有与促垮塌射流喷头数量相等且位置一一对应的第一支管，各促垮塌射流喷头通过对应的第一支管的与高压水管相连，第一支管上配置有电磁阀，电磁阀的信号端与电控系统通讯相连。
[0016] 高压水管的进水端穿出位于左侧的端板，连接有高压水泵。
[0017] 进一步地，所述采集头的前端面上设有三个旋转球头，三个扩张射流头均以偏心的方式分别安装在三个旋转球头的表面，旋转球头与采集头转动密封配合。
[0018] 每个旋转球头均配有一个空心轴伺服电机，空心轴伺服电机驱动对应的旋转球头转动，空心轴伺服电机的空心轴一端与扩张射流头相连，另一端通过带有旋转密封接头的第二支管与高压水管相连相通。
[0019] 进一步地，所述采集头的前端面上固定有三个安装座一，三个安装座一呈环形均匀布置在抽吸口外围，且与三个扩张射流头依次交替排布。
[0020] 破砂掘进装置包括三个掘进射流头，三个掘进射流头分别设置在三个安装座一，各掘进射流头均与纵向管体的轴向相对倾斜布置，掘进射流头的进口端通过第三支管与高压水管相连相通。
[0021] 各所述掘进射流头的射流方向均向内侧聚拢，在抽吸口的前方形成射流交汇点。
[0022] 进一步地，所述采集头的前端面上固定有三个安装座二，三个安装座二呈环形均匀布置在抽吸口外围，且与三个扩张射流头依次交替排布。
[0023] 破砂掘进装置包括第二电机、传动机构及三个截齿，三个截齿分别设置在三个安装座二上，每个截齿的截齿轴均与对应的安装座二转动密封配合。
[0024] 所述第二电机固定安装在作业母船的右侧，其输出端通过传动机构驱动各截齿同步转动。
[0025] 进一步地，传动机构包括第一转轴、第二转轴及齿轮组件，所述第一转轴转动设置在横向管体的右侧，并与其相对同轴布置。
[0026] 所述第一转轴的右端与第二电机的输出端相连，第二转轴沿纵向管体的轴线方向设在其内部，与纵向管体转动配合，第二转轴的后端与第一转轴的左端以锥齿轮传动的方式相连。
[0027] 所述第二转轴的前端通过齿轮组件与三个截齿的截齿轴相连，并驱动三个截齿同步转动。
[0028] 进一步地，所述采集头的内部具有空腔，齿轮组件包括第一直齿轮、双联齿轮和三个第二直齿轮，双联齿轮是由大齿环和小齿环通过连接套相连构成的一体结构，转动设置在采集头与纵向管体的连接处。
[0029] 第一直齿轮安装在第一转轴前端，与小齿环啮合，三个第二直齿轮均匀布置在以纵向管体的轴线为圆心的圆周上，且均与大齿环啮合，第二直齿轮的齿轮轴与采集头转动配合。
[0030] 三个截齿的截齿轴分别通过十字万向联轴器与三个第二直齿轮的齿轮轴活动相连，工作时，第一直齿轮通过双联齿轮驱动各第二直齿轮转动，第二直齿轮转动通过所述十字万向联轴器带动截齿转动。
[0031] 本发明的另一个目的在于提出一种垮塌式海砂抽采的采集装备的方法。
[0032] 一种垮塌式海砂抽采的采集方法，采用上述的垮塌式海砂抽采的采集装备，该采集方法包括如下步骤：
[0033] S1，作业母船到达作业区域上方的水面，第一电机启动，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管绕横向管体的轴线向下转动，采集头向下运动到达上层海砂的上表面。
[0034] S2，破砂掘进装置开始工作，采集头以射流掘进或者机械掘进的方式进入上层海砂的内部，T形外管在驱动装置的作用下继续向下转动，同时，作业母船配合T形外管的角度调整位置。
[0035] 采集头向下运动穿过上层海砂到达下层海砂的底部，当T形外管的纵向管体与水平方向的夹角等于垮塌角θ时，T形外管停止运动，作业母船抛锚固定船身。
[0036] S3，三个扩张射流头向外喷射高压水，冲击采集头周围的下层海砂使其松散，同时，抽吸泵开始工作，采集头周围的下层海砂通过抽吸口进入抽砂内管，抽砂内管的下层海砂被抽送至作业母船。
[0037] 采集头周围的下层海砂被抽走后，会在其前方出现空腔并不断扩大，空腔上方的上层海砂在重力作用下形成漏斗状垮塌，垮落到采集口周围的下层海砂被继续抽走。
[0038] S4，T形外管上方的上层海砂没有按照预定垮落时，促垮塌射流喷头开始向外喷射高压水，冲击纵向管体外围的上层海砂，促进上层海砂垮落至采集头周围，被抽砂内管抽送至作业母船。
[0039] S5，抽采过程中，工作人员观察到抽至作业母船的海砂中出现上层海砂时，确定该作业区域的下层海砂采集完成，抽吸泵停止工作。
[0040] 作业母船收锚解除固定，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管向上转动，采集头从海砂中脱出并回到初始状态，作业母船移动至下一作业区域上方的水面，按照S1至S4的工作方式进行采砂作业。
[0041] 通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明无需对上层海砂剥离，可直接抽采下层海砂，极大降低对海底生物造成的影响，泥沙悬浮也能大大减小。采集头自带破砂射流装置将采集头钻送入下层海砂底部，然后抽采周围破碎的海砂后，形成空腔，利用上层海砂的自重力造成垮塌，实现自重破碎后落入采集头吸力范围后采集，能够大大降低能源消耗，采集效率高，降低了开采成本。
附图说明
[0042] 图1是本发明一种垮塌式海砂抽采的采集装备的结构示意图。
[0043] 图2是本发明一种垮塌式海砂抽采的采集装备的第一种实现方式组合示意图。
[0044] 图3是图2中本发明T形外管、采集头和破砂掘进装置的内部结构图。
[0045] 图4是图2中本发明T形外管、采集头和扩张射流头的内部结构图。
[0046] 图5是图2中本发明T形外管及其内部结构的截面图。
[0047] 图6是本发明第二种实现方式的采集头及其相关结构的示意图。
[0048] 图7是本发明第二种实现方式的T形外管、采集头和破砂掘进装置的内部结构图。
[0049] 图8是本发明第二种实现方式的T形外管及其内部结构的截面图。
[0050] 图9是本发明一种垮塌式海砂抽采的采集装备在采集前的状态图。
[0051] 图10是本发明一种垮塌式海砂抽采的采集装备在采集中的状态图。
[0052] 图11是本发明一种垮塌式海砂抽采的采集装备在采集后的状态图。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0054] 实施例1，结合图1至图5，一种垮塌式海砂抽采的采集装备，包括作业母船1、T形外管2、驱动装置、抽砂内管11、采集头3、破砂掘进装置、促垮塌射流喷头42及电控系统，所述T形外管2是由纵向管体21和横向管体22相连构成的，作业母船1的中部具有可容纳纵向管体21的长条通槽，横向管体22位于长条通槽的后侧，其左右两端均与作业母船1转动配合，所述纵向管体21位于横向管体22的前侧，其后端与横向管体22的中部固定相连且与其内部相通。
[0055] 具体地，所述纵向管体21和横向管体22均为圆形横截面的直管体，横向管体22的左右端面均设有可将其内部封闭的端板23。所述作业母船1的内侧左右对称固定安装有两个轴承座24，横向管体22左右两端分别通过轴承与同侧的轴承座24转动相连，实现T形外管2能够绕横向管体22的轴线相等于作业母船1转动，实现纵向管体21相对于水平面倾斜角度的调节。
[0056] 驱动装置设在作业母船1的右侧，其包括第一电机和蜗轮蜗杆机构，第一电机的输出端可通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管2绕其横向管体22的轴线转动。具体地，所述第一电机固定安装在作业母船1舱室的右侧，其输出端连接减速机的输入端，所述第一电机的信号端与电控系统通信相连。
[0057] 蜗轮蜗杆机构的蜗轮51固定套设在横向管体22的外壁上，并与横向管体22同轴布置，蜗轮蜗杆机构的蜗杆52竖向设置在蜗轮51的一侧，蜗杆52的下端固定连接于所述减速机的输出端，工作时，第一电机通过减速机驱动蜗杆52转动，蜗杆52与蜗轮51啮合并驱动T形外管2绕横向管体22的轴线转动，实现纵向管体21的角度调节，纵向管体21带动其前端的采集头3上升或下降。
[0058] 所述采集头3固定安装于纵向管体21的前端，其中心位置开设有抽吸口31，抽砂内管11设置在T形外管2内部，其前端与采集头3固定密封相连，后端伸至T形外管2的外部且连接有抽吸泵。作业母船1正常行进时，T形外管2位于水面上方且处于水平状态，通过限位装置固定在作业母船1的船体上。到达工作区后作业母船1停止，限位装置解除对T形外管2的限制，蜗轮蜗杆机构驱动T形外管2转动，将其与采集头3下方至水中。
[0059] 具体地，抽砂内管11的主体部分与纵向管体21同轴布置，抽砂内管11的一端与抽吸口31相通，抽砂内管11的后侧部分在纵向管体21和横向管体22的连接处向左侧弯折90°后，其另一端由位于横向管体22左侧的端板23中心穿出，抽砂内管11的外壁与左侧的端板23固定密封焊接，抽砂内管11的另一端通过可挠性软管与所述抽吸泵的进口端相连，工作时，抽砂内管11始终保持负压状态，下层海砂及海水通过抽吸口31进入抽砂内管11，并经过抽砂内管11及抽吸泵到达作业母船1上。
[0060] 所述T形外管2的内部设有高压水管4，促垮塌射流喷头42有多个，所有促垮塌射流喷头42沿纵向管体21的长度方向依次间隔设在其外壁上，高压水管4为各促垮塌射流喷头42供水。高压水管4的上设有与促垮塌射流喷头42数量相等且位置一一对应的第一支管41，各促垮塌射流喷头42通过对应的第一支管41的与高压水管4相连，第一支管41上配置有电磁阀，电磁阀的信号端与电控系统通讯相连。高压水管4的进水端穿出位于左侧的端板23，连接有高压水泵，高压水泵向高压水管4内部供入高压水，能够通过射流喷头42向T形外管2的上方喷射高压水对砂层进行冲射，T形外管2下放过程中扩充空间，采砂过程中促进T形外管2上方砂层的垮塌。
[0061] 所述采集头3上设有三个扩张射流头32，三个扩张射流头32呈环形均匀布置在抽吸口31外围，由高压水管4为其供水，破砂掘进装置设置在采集头3上，用于采集头3穿越上层海砂，达到下层海砂的底部。高压水管4内部的高压水通过三个扩张射流头32向外高速射流，在抽吸口31的前侧对海砂进行冲射，T形外管2带动采集头3穿越上层海砂到达下层海砂下部的过程中，三个扩张射流头32向外射流高压水进行破砂，在采集头3的前方扩充空间，使其向下运动到达下层海砂下部。
[0062] 具体地，所述采集头3的前端面上设有三个旋转球头37，三个扩张射流头32均以偏心的方式分别安装在三个旋转球头37的表面，旋转球头37与采集头3转动密封配合。每个旋转球头37均配有一个空心轴伺服电机33，空心轴伺服电机33驱动对应的旋转球头37转动，空心轴伺服电机33的空心轴一端与扩张射流头32相连，另一端通过带有旋转密封接头的第二支管34与高压水管4相连相通。
[0063] 所述采集头3的前端面上固定有三个安装座一35，三个安装座一35呈环形均匀布置在抽吸口31外围，且与三个扩张射流头32依次交替排布。
[0064] 破砂掘进装置包括三个掘进射流头61，三个掘进射流头61分别设置在三个安装座一35，各掘进射流头61均与纵向管体21的轴向相对倾斜布置，掘进射流头61的进口端通过第三支管62与高压水管4相连相通，第三支管62上设有增压泵。各所述掘进射流头61的射流方向均向内侧聚拢，在抽吸口31的前方形成射流交汇点。
[0065] 实施例2，结合图1至图8，一种垮塌式海砂抽采的采集装备，包括作业母船1、T形外管2、驱动装置、抽砂内管11、采集头3、破砂掘进装置、促垮塌射流喷头42及电控系统，所述T形外管2是由纵向管体21和横向管体22相连构成的，作业母船1的中部具有可容纳纵向管体21的长条通槽，纵向管体21的两端均与作业母船1转动配合。
[0066] 具体地，所述纵向管体21的后端与横向管体22的中部固定相连成一体，横向管体22的左右端面均设有可将其内部封闭的端板23。所述作业母船1上左右对称设有两个轴承座24，横向管体22左右两端分别通过轴承与同侧的轴承座24转动相连。
[0067] 驱动装置设在作业母船1的右侧，其包括第一电机和蜗轮蜗杆机构，第一电机的输出端可通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管2绕其横向管体22的轴线转动。所述第一电机固定安装在作业母船1的右侧，其输出端连接减速机的输入端，所述第一电机的信号端与电控系统通信相连。
[0068] 蜗轮蜗杆机构的蜗轮51固定套设在横向管体22的外壁上，并与其同轴布置，蜗轮蜗杆机构的蜗杆52固定于所述减速机的输出端，工作时，第一电机通过减速机驱动蜗杆52转动，蜗杆52与蜗轮51啮合并驱动T形外管2绕横向管体22的轴线转动。
[0069] 所述采集头3固定安装于纵向管体21的前端，其中心位置开设有抽吸口31，抽砂内管11设置在T形外管2内部，其前端与采集头3固定密封相连，后端伸至T形外管2的外部且连接有抽吸泵。
[0070] 具体地，抽砂内管11的主体部分与纵向管体21同轴布置，抽砂内管11的一端与抽吸口31相通，另一端由位于左侧的端板23中心穿出，抽砂内管11的外壁与左侧的端板23固定密封相连。
[0071] 所述T形外管2的内部设有高压水管4，促垮塌射流喷头42有多个，所有促垮塌射流喷头42沿纵向管体21的长度方向依次间隔设在其外壁上，高压水管4为各促垮塌射流喷头42供水。高压水管4的上设有与促垮塌射流喷头42数量相等且位置一一对应的第一支管41，各促垮塌射流喷头42通过对应的第一支管41的与高压水管4相连，第一支管41上配置有电磁阀，电磁阀的信号端与电控系统通讯相连。高压水管4的进水端穿出位于左侧的端板23，连接有高压水泵。
[0072] 所述采集头3上设有三个扩张射流头32，三个扩张射流头32呈环形均匀布置在抽吸口31外围，由高压水管4为其供水，破砂掘进装置设置在采集头3上，用于采集头3穿越上层砂层，达到下层砂层的底部。
[0073] 具体地，所述采集头3的前端面上设有三个旋转球头37，三个扩张射流头32均以偏心的方式分别安装在三个旋转球头37的表面，旋转球头37与采集头3转动密封配合。每个旋转球头37均配有一个空心轴伺服电机33，空心轴伺服电机33驱动对应的旋转球头37转动，空心轴伺服电机33的空心轴一端与扩张射流头32相连，另一端通过带有旋转密封接头的第二支管34与高压水管4相连相通。
[0074] 所述采集头3的前端面上固定有三个安装座二36，三个安装座二36呈环形均匀布置在抽吸口31外围，且与三个扩张射流头32依次交替排布。
[0075] 破砂掘进装置包括第二电机71、传动机构及三个截齿72，三个截齿72分别设置在三个安装座二36上，每个截齿72的截齿轴均与对应的安装座二36转动密封配合。所述第二电机71固定安装在作业母船1的右侧，其输出端通过传动机构驱动各截齿72同步转动。T形外管2带动采集头3穿越上层海砂到达下层海砂下部的过程中，三个截齿72均转动对采集头3前侧的砂层进行破砂，使强度较高海砂层破碎、松散，在采集头3的前方钻出扩充空间，使其向下运动到达下层海砂下部。
[0076] 具体地，传动机构包括第一转轴73、第二转轴74及齿轮组件，所述第一转轴73转动设置在横向管体22的右侧，并与其相对同轴布置。
[0077] 所述第一转轴73的右端与第二电机71的输出端相连，第二转轴74沿纵向管体21的轴线方向设在其内部，与纵向管体21转动配合，第二转轴74的后端与第一转轴73的左端以锥齿轮传动的方式相连。所述第二转轴74的前端通过齿轮组件与三个截齿72的截齿轴相连，并驱动三个截齿72同步转动。
[0078] 所述采集头3的内部具有空腔，齿轮组件包括第一直齿轮81、双联齿轮82和三个第二直齿轮83，双联齿轮82是由大齿环和小齿环通过连接套相连构成的一体结构，转动设置在采集头3与纵向管体21的连接处。
[0079] 第一直齿轮81安装在第一转轴73前端，与小齿环啮合，三个第二直齿轮83均匀布置在以纵向管体21的轴线为圆心的圆周上，且均与大齿环啮合，第二直齿轮83的齿轮轴与采集头3转动配合。三个截齿72的截齿轴分别通过十字万向联轴器84与三个第二直齿轮83的齿轮轴活动相连，工作时，第一直齿轮81通过双联齿轮82驱动各第二直齿轮83转动，第二直齿轮83转动通过所述十字万向联轴器84带动截齿72转动。
[0080] 实施例3，结合图1至图11，一种垮塌式海砂抽采的采集方法，采用实施例1所述的垮塌式海砂抽采的采集装备，该采集方法包括如下步骤：
[0081] S1，作业母船1到达作业区域上方的水面，第一电机启动，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管2绕横向管体22的轴线向下转动，采集头3向下运动到达上层海砂的上表面。
[0082] S2，破砂掘进装置开始工作，采集头3以射流掘进的方式进入上层海砂的内部，T形外管2在驱动装置的作用下继续向下转动，同时，作业母船1配合T形外管2的角度调整位置。
[0083] 采集头3向下运动穿过上层海砂到达下层海砂的底部，当T形外管2的纵向管体21与水平方向的夹角等于垮塌角θ时，T形外管2停止运动，作业母船1抛锚固定船身。根据事先勘探得到的下层砂的内摩擦角φ等参数，计算垮塌角θ，一般来说垮塌角θ与内摩擦角φ接近。
[0084] S3，三个扩张射流头32向外喷射高压水，冲击采集头3周围的下层海砂使其松散，同时，抽吸泵开始工作，采集头3周围的下层海砂通过抽吸口31进入抽砂内管11，抽砂内管11的下层海砂被抽送至作业母船1。
[0085] 采集头3周围的下层海砂被抽走后，会在其前方出现空腔并不断扩大，空腔上方的上层海砂在重力作用下形成漏斗状垮塌，垮落到采集口周围的下层海砂被继续抽走。
[0086] S4，T形外管2上方的上层海砂没有按照预定垮落时，促垮塌射流喷头42开始向外喷射高压水，冲击纵向管体21外围的上层海砂，促进上层海砂垮落至采集头3周围，被抽砂内管11抽送至作业母船1。
[0087] S5，抽采过程中，工作人员观察到抽至作业母船1的海砂中出现上层海砂时，确定该作业区域的下层海砂采集完成，抽吸泵停止工作。
[0088] 作业母船1收锚解除固定，第一电机通过蜗轮蜗杆机构驱动T形外管2向上转动，采集头3从海砂中脱出并回到初始状态，作业母船1移动至下一作业区域上方的水面，按照S1至S4的工作方式进行采砂作业。
[0089] 实施例4，结合图1至图11，一种垮塌式海砂抽采的采集方法，采用实施例2所述的垮塌式海砂抽采的采集装备，该采集方法的工作步骤与实施例3中的工作步骤基本相同，区别之处在于，S2中采集头3以机械掘进的方式进入上层海砂的内部，T形外管2在驱动装置的作用下继续向下转动，机械掘进的方式是指第二电机71通过传动机构驱动三个截齿72分别绕其轴线转动，三个截齿72对采集头3前侧的砂层进行破砂，使强度较高海砂层破碎、松散，在采集头3的前方钻出扩充空间，使其向下运动到达下层海砂下部。
[0090] 本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
[0091] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0092] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0093] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
