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一种深海海底富钴结壳采矿装备
申请号	CN202210383559.1	申请日	2022-04-13	公开(公告)号	CN114575850A	公开(公告)日	2022-06-03
申请人	湖南科技大学;			发明人	张兵; 彭佑多; 刘广平; 唐文波; 何银强; 江山强; 薛原野; 孙凯;
摘要	本发明公开了一种深海海底富钴结壳采矿装备，包括行走装置、破碎机、支撑装置、液压与控制装置、传送装置与剥离装置；所述液压与控制装置和破碎机固定地安装在行走装置上，破碎机的出料口与母船通过集矿软管连接，支撑装置安装在行走装置前端，传送装置与剥离装置安装在支撑装置上，剥离装置设置在支撑装置前端；传送装置的后端与破碎机的进料口衔接。本发明集矿石破碎收集于一体，结构简单，矿石采集率高。
权利要求	1.一种深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：包括行走装置、破碎机、支撑装置、液压与控制装置、传送装置与剥离装置；所述液压与控制装置和破碎机固定地安装在行走装置上，破碎机的出料口与母船通过集矿软管连接，支撑装置安装在行走装置前端，传送装置与剥离装置安装在支撑装置上，剥离装置设置在支撑装置前端；传送装置的后端与破碎机的进料口衔接。 2.根据权利要求1所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述行走装置包括履带底盘与车体，履带底盘固定安装有液压马达Ⅰ，液压马达Ⅰ的输出轴与车体固定连接，液压马达Ⅰ能驱动车体在履带底盘上转动。 3.根据权利要求２所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：破碎机固定地安装在车体的前端，破碎机的进料口设置在破碎机的前部，破碎机的出料口设置在破碎机的一侧壁上。 4.根据权利要求２所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述支撑装置包括液压油缸Ⅰ、支撑机架和支撑梁；液压油缸Ⅰ一端与车体进行铰接连接，另一端与支撑机架上部铰接；支撑梁一端与车体固定连接，另一端与支撑架中部铰接。 5.根据权利要求1所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述的支撑机架包括机架、滚筒和保护罩；所述的机架包括两个平行设置的方管制成的V形梁，V形梁夹角为 135°，两个V形梁之间通过横梁刚性连接；机架后部设有多个滚筒，滚筒的轴线平行于机架的横梁，滚筒能够转动；机架的V形梁的底面上设有分别与液压油缸Ⅰ和支撑梁进行铰接的耳片Ⅰ、耳片Ⅱ，机架的V形梁的上表面上设有多个与传送装置进行固定连接的耳片Ⅲ；保护罩固定地安装在机架前端，保护罩为楔形，楔形的小端朝前。 6.根据权利要求1所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述的传送装置包括输送架及传送带，输送架的前端和后端分别设有一个带轮，两个带轮中的一个与液压马达连接，传送带包绕在两个带轮上，传送带采用的钢制履带，每节履带上固定安装有一矩形挡板。 7.根据权利要求５所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述的剥离装置包括液压冲击器、底座Ⅰ、高压水射流喷嘴、底座Ⅱ、液压马达Ⅱ；液压冲击器与底座Ⅰ固定连接，底座Ⅰ固定安装在机架前端横梁上，液压冲击器与前端横梁的上端平面之间的夹角为 10°；底座Ⅱ固定安装在V形梁前端的上表面上，高压水射流喷嘴与底座Ⅱ铰接连接，高压水射流喷嘴与高压水射流喷嘴和底座Ⅱ的铰接轴固定连接，液压马达Ⅱ的输出轴与高压水射流喷嘴和底座Ⅱ的铰接轴连接，液压马达Ⅱ固定在支撑机架上。 8.根据权利要求５所述的深海海底富钴结壳采矿装备，其特征在于：所述的保护罩安装位置处于液压冲击器上方，高压水射流喷嘴对称安装在保护罩两侧，所述的保护罩的宽度大于两侧的液压冲击器之间的安装距离。
说明书全文	一种深海海底富钴结壳采矿装备技术领域 [0001] 本发明属于海底采矿装备技术领域，特别涉及一种海底富钴结壳矿物的开采装备。背景技术 [0002] 随着航空航天、电池电子等相关技术的高速发展，人们对于各种稀有元素的需求日益变大，而在浩瀚的海洋底部具有丰富的矿产资源亟待开采。富钴结壳是目前已探明的具有商业开发前景的海底矿产资源之一，其在海底储量大，又因所含稀有元素量较高，导致海底富钴结壳矿物有较高的经济价值和战略意义。 [0003] 富钴结壳主要分布大洋海山和海脊之上，赋存深度在800‑2500米左右，其主要是由铁锰氧化物经过物理与化学作用沉积在基岩表面的一种壳状矿床。国内学者杨燕子等在论文《大洋富钴结壳研究进展及展望》中详细阐述了富钴结壳的形成机制及其物理化学特征，指出富钴结壳分布范围广泛，富含锰、钴、镍、稀土元素和铂族元素，主要附着在海底基岩之上。 [0004] 国内现有技术已经提出了利用脉冲技术（如公开号CN103551231B的发明授权和公开号CN107178369B的发明授权）和切削破岩（如公开号CN110454166A的发明申请）的采矿手段，而后续的集矿装置都是利用机械或者水力式机构，上述技术存在着采矿头设计复杂以及采集率低的问题。国内学者颜健提出了一种海底结壳矿体破碎装备（专利公开号CN214062951U），先利用机械式刀盘对矿床进行切割，然后经过液压冲击装置对已经分块的矿床进行破碎，该技术提出了一种结构较为简单的矿体破碎装备，但是对于海底作业装备而言，其集成化程度不高。发明内容 [0005] 为解决上述问题，本发明提供一种结构简单、集成度和采集率高的海底富钴结壳采矿装备。 [0006] 本发明采用的技术方案是：一种深海海底富钴结壳采矿装备，包括行走装置、破碎机、支撑装置、液压与控制装置、传送装置与剥离装置；所述液压与控制装置和破碎机固定地安装在行走装置上，破碎机的出料口与母船通过集矿软管连接，支撑装置安装在行走装置前端，传送装置与剥离装置安装在支撑装置上，剥离装置设置在支撑装置前端；传送装置的后端与破碎机的进料口衔接。 [0007] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述行走装置包括履带底盘与车体，履带底盘固定安装有液压马达Ⅰ，液压马达Ⅰ的输出轴与车体固定连接，液压马达Ⅰ能驱动车体在履带底盘上转动。 [0008] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，破碎机固定地安装在车体的前端，破碎机的进料口设置在破碎机的前部，破碎机的出料口设置在破碎机的一侧壁上。 [0009] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述支撑装置包括液压油缸Ⅰ、支撑机架和支撑梁；液压油缸Ⅰ一端与车体进行铰接连接，另一端与支撑机架上部铰接；支撑梁一端与车体固定连接，另一端与支撑架中部铰接。 [0010] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述的支撑机架包括机架、滚筒和保护罩；所述的机架包括两个平行设置的方管制成的V形梁，V形梁夹角为135°，两个V形梁之间通过横梁刚性连接；机架后部之间设有多个滚筒，滚筒的轴线平行于机架的横梁，滚筒能够转动；机架的V形梁的底面上设有分别与液压油缸Ⅰ和支撑梁进行铰接的耳片Ⅰ、耳片Ⅱ，机架的V形梁的上表面上设有多个与传送装置进行固定连接的耳片Ⅲ；保护罩固定地安装在机架前端，保护罩为楔形，楔形的小端朝前。 [0011] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述的传送装置包括输送架及传送带，输送架的前端和后端分别设有一个带轮，两个带轮中的一个与液压马达连接，传送带包绕在两个带轮上，传送带采用的钢制履带，每节履带上固定安装有一矩形挡板。 [0012] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述的剥离装置包括液压冲击器、底座Ⅰ、高压水射流喷嘴、底座Ⅱ、液压马达Ⅱ；液压冲击器与底座Ⅰ固定连接，底座Ⅰ固定安装在机架前端横梁上，液压冲击器与前端横梁的上端平面之间的夹角为10°；底座Ⅱ固定安装在V形梁前端的上表面上，高压水射流喷嘴与底座Ⅱ铰接连接，高压水射流喷嘴与高压水射流喷嘴和底座Ⅱ的铰接轴固定连接，液压马达Ⅱ的输出轴与高压水射流喷嘴和底座Ⅱ的铰接轴连接，液压马达Ⅱ固定在支撑机架上。 [0013] 上述的深海海底富钴结壳采矿装备中，所述的保护罩安装位置处于液压冲击器上方，高压水射流喷嘴对称安装在保护罩两侧，所述的保护罩的宽度大于两侧的液压冲击器之间的安装距离。 [0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，可靠性高；本发明通过液压油缸Ⅰ与液压马达Ⅱ分别调节机架的俯仰角度和高压喷射嘴的喷射角度，调整行进速度，可以适应不同的地形和矿床的厚度；本发明通过液压冲击器对矿床进行完整的剥离收集，然后在利用破碎装置进行破碎，可减少矿石收集过程中的损耗，提高了采集率。附图说明 [0015] 图1为本发明的立体图；图2为本发明的右视图；图3为本发明支撑机架的立体图；图4为本发明剥离装置安装示意图图中：101—履带底盘；102—车体；201—破碎机；202—集矿软管；301—液压油缸Ⅰ；302—支撑机架；3021—滚筒；3022—机架；3023—保护罩；303—支撑梁；401—液压泵站； 402—控制平台；5—传送装置；601—高压水射流喷嘴；602—底座Ⅱ；603—液压冲击器； 604—底座Ⅰ；605—液压马达Ⅱ。具体实施方式 [0016] 下面结合附图对本发明作进一步说明。 [0017] 如图1‑4所示，本发明包括行走装置、破碎机、支撑装置、液压与控制装置、传送装置和剥离装置。所述的行走装置包括履带底盘101和车体102，履带底盘101中央固定安装有液压马达Ⅰ，车体102与液压马达Ⅰ的输出轴固定连接，在液压马达Ⅰ的驱动下可实现车体的旋转。履带底盘101两侧设有履带来保证本装备在海底行走时具有良好的通过性。 [0018] 所述的破碎机201和液压与控制装置固定的安装在车体102上，破碎机201固定地安装在车体102的前端，破碎机201的进料口设置在破碎机的前部，破碎机的出料口设置在破碎机的一侧壁上。破碎机201的出料口与母船通过集矿软管202连接，破碎机201优选颚式破碎机。 [0019] 所述的支撑装置包括液压油缸Ⅰ301、支撑机架302和支撑梁303。所述的支撑机架302包括滚筒3021、机架3022和保护罩3023。所述的机架3022包括两个平行设置的方管折弯成的V形梁或两根方管焊接的V形梁，V形梁夹角为135°，两个V形梁之间通过横梁刚性连接。机架3022后部设有多个滚筒3021，滚筒3021的轴线平行于机架3022的横梁，滚筒3021能够转动。机架3022的V形梁的底面上设有耳片Ⅰ、耳片Ⅱ，机架的V形梁的上表面上设有多个与传送装置进行固定连接的耳片Ⅲ。保护罩3023固定地安装在机架3022前端，保护罩3023为楔形，楔形的小端朝前。多个可转动的滚筒3021能有效减小矿石与机架3022之间的摩擦力，使矿石顺利的滑入破碎机201中。在机架3022的前端固定安装有楔形保护罩，可使剥离的矿石沿着其斜面过渡到传送装置5的传送带上。 [0020] 液压油缸Ⅰ301一端与车体102的前端铰接连接，液压油缸Ⅰ301另一端与机架3022的V形梁后部的耳片Ⅰ铰接连接。两个支撑梁303一端与车体102固定连接，两个支撑梁303另一端分别与两个机架3022的V形梁中部的耳片Ⅱ铰接连接。支撑机架302的后端与破碎机201的进料口衔接。通过液压油缸Ⅰ301的驱动，支撑机架302可以实现不同的俯仰角度。 [0021] 所述的液压与控制装置包括液压泵站401和控制平台402，液压泵站401与控制平台402均固定地安装在车体102的后方。液压泵站401是采矿装备上所有液压装置（包括但不限于上述的液压油缸Ⅰ、液压马达Ⅰ和液压马达Ⅱ）的动力来源。控制平台402是储存有采矿区域的地形以及矿石厚度等信息，根据不同的地形以及矿石厚度等环境因素，联同液压泵站401向各个执行元件分配不同的指令，调节行走速率、传送速率、破碎功率、切割厚度等参数。 [0022] 所述的传送装置5固定的安装在机架3022上。传送装置5包括输送架和传送带，输送架的前端和后端分别设有一个带轮，两个带轮中的一个与液压马达连接，传送带包绕在两个带轮上，传送带采用的钢制履带，每节履带上固定安装有一矩形挡板。传送装置5后端与破碎机201的进料口衔接。 [0023] 所述的剥离装置包括高压水射流喷嘴601、底座Ⅱ602、液压冲击器603、底座Ⅰ604和液压马达Ⅱ605。底座Ⅱ602对称地安装在两个V形梁前端的上表面上，高压水射流喷嘴601与底座Ⅱ602铰接连接，高压水射流喷嘴601与高压水射流喷嘴601和底座Ⅱ602的铰接轴固定连接，液压马达Ⅱ605的输出轴与高压水射流喷嘴601和底座Ⅱ602的铰接轴连接，液压马达Ⅱ605固定在支撑机架302上。根据不同的地形和矿石厚度，在液压马达Ⅱ605和液压泵站401驱动下，高压水射流喷嘴可以实现不同的喷射角度和喷射功率。底座Ⅰ604固定地安装在机架3022前端横梁上，液压冲击器603与底座Ⅰ604固定连接，液压冲击器603与机架 3022前端方管的呈10°的安装角度。 [0024] 所述的保护罩3023安装于液压冲击器603上方，避免剥离的矿石对液压冲击器603的损伤，高压水射流喷嘴601固定地安装在机架3022两侧，保护罩3023的宽度大于两外侧液压冲击器603之间的安装距离，同时高压水射流喷嘴601的安装距离小于传送装置5的履带的宽度，以保证矿石顺利地被剥离和传送。 [0025] 本发明的作业过程如下：本发明的控制平台402预先储存采矿区域的地形图与矿床参数等信息，根据设置好的数据行驶到采矿起始地点，液压油缸Ⅰ301与液压马达Ⅱ605分别调节好机架3022和高压水射流喷嘴601的俯仰角度，液压冲击器603开始工作的同时，装备向前行进。行进过程中，被剥离的矿石沿着保护罩3023移动到传送装置5上，经传送装置5和滚筒3021，矿石进入破碎机201，破碎成合适的颗粒经集矿软管进入母船上的集矿站。