专利名称：深海采矿履带自行式集矿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种开采深海多金属结核的装置，具体是深海采矿履带自行式集矿装置。
在世界各大洋底赋存储量丰富的多金属结核，其呈裸露状、半埋藏状或埋藏状分布于深海底沉积物的表层。多金属结核含有多种金属，具有很高的经济开采价值。深海多金属结核采矿装置主要包括集矿装置和提升装置两部分。20世纪70年代以来，已试验研究的集矿装置主要有机械式和水力式两种，机械式集矿装置结构较水力式复杂，挖齿易损坏，挖取的沉积物太多，集矿口易被大块结核矿石堵塞，要达到长时间连续可靠运转难度很大；水力式集矿装置利用射流产生的负压抽吸结核矿石，其缺点是采集大量沉积物，集矿口离海底高度的变化对集矿效率的影响极大。行走装置虽然有各种，但均存在这样或那样的问题，比如履带行走装置是用钢制履带链板铰接成封闭履带，存在铰接轴传动阻力大，整条履带很重，长度方便不能扭转，宽度方向不能弯曲，刚性齿片遇到硬底时冲击力大等缺点。
本实用新型的目的就是提供一种将结核矿石从海底采集上来，而携带海泥最少，对海底沉积层破坏最小、工作可靠和故障率低的集矿装置。
本实用新型的技术方案是包括行走、采集和输送三部分，其中在橡胶履带行走装置前端装有一端靠近海底另一端斜向上并由动力驱动的刮板链输送机构，在刮板链输送机构的前下方装有与集矿潜水泵相连的喷咀，且其射流是相对斜向海底构成机械—水力复合式集矿装置，在刮板输送链机构的后方为矿仓，在喷咀上方斜向刮板输送链机构设置导流罩，刮板输送链机构的构造是在牵引链上固定有刮板，刮板上装有上下刮齿，其上行段位于输送台上，输送台为格条式结构，下刮齿伸进格条的间隔内。
下面结合实施例附图详细描述。
首先对附图进行说明
图1表示本实用新型与射流泵供矿装置和清水泵提升装置联合作业用来采矿的实施例；图2表示本实用新型侧视结构示意图；图3表示射流喷咀和刮板输送链机构联合作业的结构示意图；图4表示刮板输送链的结构图；图5表示格条式输送台的结构图；图6表示平行升降和摆角机构；图7表示平行升降和摆角机构的另一种结构形式；图8表示橡胶履带行走装置的侧视结构示意图；图9表示橡胶履带；
图10表示壳转液压马达履带主动轮；
图11表示履带车架的立体
图12表示封闭式液压1动力站；
图13表示管道螺旋推进器式下放着底动力平衡机构。由图2、图3可知，橡胶履带行走装置(5)上装有一端靠近海底，另一端斜向上并由动力驱动的刮板链输送机构(32)，在刮板链输送机构(32)的前下方装有与集矿潜水泵(18)相连的喷咀(24)、(25)，具体实施时，喷咀(24)、(25)相隔一定距离设置有两排，且其射流是相对斜向海底构成机械—水力复合式集矿装置(4)，在刮板输送链机构(32)的后方为矿仓(17)，在喷咀(24)、(25)上方斜向刮板输送链机构(32)设置导流罩(28)，其中刮板输送链机构(32)的构造是在牵引链(40)上固定有刮板(37)，刮板(37)上装有上下刮齿(38)、(39)，如图4所示，其上行段位于输送台(36)上，如图3所示，其中(31)为下导向链轮，(33)上导向链轮，(34)传动链轮，张紧链轮(35)，(26)为挡流板。输送台(36)为格条式结构，如图5所示，下刮齿(39)伸进格条(41)的间隔内。具体实施时，刮板(37)的间距和上刮齿(38)高度与输送被采集的结核矿石(2)的最大粒径相适应，格条(41)通过格条横梁(42)固定在集矿装置机架(43)上，格条(41)的间距与采集的结核矿石(2)最小粒径相适应。
其设计原理和工作过程是；工作时，开动动力使橡胶履带行走装置(5)按方向(3)前进，开启集矿潜水泵(18)，通过喷咀(24)，(25)喷出的水流将海底(1)的结核矿石(2)冲离海底(1)，冲掉一部分海泥，并形成上升水流，将结核矿石(2)举升到刮板输送链机构(32)承接高度，这股水流由于集矿装置(4)向前运动经导流罩(28)被导向刮板输送链机构(32)方向，进入刮板(37)上刮齿(38)槽内，随刮板输送链机构(32)的运行被输送到矿仓(17)内，在刮板输送结核矿石(2)过程中，与结核矿石(2)一起从海底(1)带上来的海泥通过刮板下面输送台(36)的格条(41)孔被进一步清洗掉。每块刮板(37)下面设有的短刮齿(39)伸到输送台(36)的格条(41)的间隔内，运动过程中刮刷格条，避免卡塞，克服了现有技术中的园孔网结构输送台或输送链形底板孔网可能被结核矿石(2)和海泥堵塞的缺点，从而使本实用新型具有携带海泥最少，对海底沉积层破坏最小的优点。
本实用新型在集矿装置(4)上装有平行升降和摆角机构(15)，其构造(参见图6)是在集矿装置机架(43)上有两铰接点(46)、(48)，履带行走装置车架(66)上有两铰接点(47)、(49)，与上连杆(44)和下伸缩杆(45)构成四连杆机构，在四连杆对角线位置的铰接点(46)、(49)之间装有升降伸缩杆(50)。当下伸缩杆(45)的长度等于上连杆(44)的长度时，升降伸缩杆(50)伸长或缩短时，集矿装置(4)平行于海底面抬起或降一，达到调节喷咀离海底(1)的高度，保证最佳采集效率，而且在遇到小障碍时可升起集矿装置(4)，使履带行走机构(5)顺利越过，不会碰坏集矿装置(4)。当升降伸缩杆(50)长度不变，下伸缩杆(45)伸长或缩短时，集矿装置(4)将绕集矿装置机架(43)上铰接点(46)向前或向后摆角，可在海底(1)局部坡度变化时调节前后喷咀(24)、(25)距海底(1)的距离不变，保证高效率采集结核矿石(2)。
本实用新型的平行升降和摆角机构的另一结构形式如图7所示，即将图6中的上连杆(44)改成上伸缩杆(52)，下伸缩杆(45)改为下连杆(51)，升降伸缩杆(50)移到四连杆机构外侧，铰接到上伸缩杆处缸横拐臂(53)的铰接点(54)和车架(66)前端另一上铰接点(55)上。上伸缩杆(52)伸缩时，集矿装置机架(43)绕铰接点(48)后摆动，升降伸缩杆(50)伸缩时，集矿装置(4)平行于海底升降。
本实用新型的橡胶履带行走装置(5)的构造如图8所示，芯部设有无接点钢丝或玻璃纤维(70)的增强封闭橡胶履带(56)绕在主动轮(57)和从动轮(58)上，以增大橡胶履带拉力和保持不产生拉伸变形，而整条履带重量轻。履带(56)的外侧有渐开线式空心高齿片(71)，内侧中间有传动齿(72)，如图9所示，主动轮(57)中心装有壳转液压马达(73)马达(73)的外壳与轮筒(75)连接，轮筒(75)中间外园有一齿圈(76)与履带内传动齿(72)啮合，如
图10所示，从动轮筒体外侧有环形凹槽与履带传动齿(72)相匹配，起导向即防止履带对筒体跑偏的作用，当液压马达(73)开动时，外壳带动筒体(75)和齿圈(76)旋转，使传动履带(56)运动。橡胶履带行走装置(5)在行走时，履带外侧的齿片(71)压人海底(1)，可减小履带(56)在软海底(1)的滑差，从而产生大牵引力，驱动行走装置前进，近似渐开线齿形的外齿(71)可避免履带(56)行走时齿片从后端离开海底(1)时刮起海泥，空心齿可减轻重量和遇到硬物时起缓冲作用。
参见图8，
图11，本实用新型的主动轮(57)和从动轮(58)支承在一对浮动连杆(59)的一端，在主动轮(57)和从动轮(58)之间履带(56)下段的上面相隔一定距离设有装在三角支承架(61)下端两轴孔(62)、(63)内的支承轮(60)，毗邻主动轮(57)和从动轮(58)的支承轮架(61)的上轴孔(64)与浮动连杆(59)的另一端铰接，固定主动轮(57)的一对浮动连杆(59)的中间轴孔(65)铰接在车架(66)铰接梁(67)两端上，铰接梁中间孔与车架(66)后梁中间孔铰接，固定从动轮(58)的一对浮动连杆(59)的中间轴孔(65)用摆动臂(68)铰接在车架(66)的前梁两侧，形成主动轮(57)和从动轮(58)对车架(66)，一对支承轮(60)对浮动连杆(59)的双浮动悬挂。同时主动轮(57)和从动轮(58)之间的其他支承轮(60)由两组三角支承架(61)分别铰接在浮动连杆(59)两端，浮动连杆(59)的中间轴孔(65)铰接在车架(66)的侧梁上，同样实现了双浮动悬挂，当遇到海底表面不平和越过小障碍时，主动轮(57)、从动轮(58)和支承轮组构成双浮动悬挂，同时铰接梁(67)可绕车架(66)后梁中间孔(77)(见
图11)横向摆动实现左右两条履带(56)前后端的扭动，保证行平稳越过小障碍。
本实用新型的特征还在于铰接在车架(66)侧梁下部和摆动臂(68)下孔之间为张紧液压缸(69)，如
图11所示，张紧液压缸(69)可推动摆动臂(68)绕车架(66)前梁两侧铰接点向前摆动，通过浮动连杆(59)带动从动轮(58)与支承轮架(61)组成的轮系向前移动，实现履带(56)的张紧。
本实用新型的液压动力站(19)为一充满液压油的封闭圆筒，圆筒两头为具有一段波纹管(80)的椭圆形封头(79)，浸油式电动机(81)驱动的三联液压泵(82)、液压阀组(83)及液体附件均安装在筒内，其中三联液压泵(82)中的两联为恒功率控制，分别向履带壳转液压马达(73)供压力油，另一联向集矿装置(4)传动链轮(34)液压马达及平行升降和摆角机构(15)液压伸缩杆(50)、(45)或(50)、(52)供压力油。
在履带行走装置(5)后部两侧上方装有着底动力平衡装置如
图13所示，即管道式螺旋推进器(84)，用外壳中间两个耳轴(85)装在U形支架(86)轴承内，由固定在U形支架(86)上的摆动马达(87)驱动，可从水平转到垂直的任意位置。根据平衡需要改变推进器方向和转速，达到调节履带自行式集矿装置(4)底面平行于海底(1)而平稳着底的目的。
本实用新型提供的深海采矿履带自行式集矿装置以不太多搅动沉积层的低水射流松动和举起结核矿石，用机械输送装置承接输送，可以克服机械式和水力抽吸式集矿方式的缺点，结核矿石与海底的分离几乎可以不带海泥，喷咀距海底高度在一定范围内变化对集矿效率几乎没有影响，从而实现高效率采集和输送。同时，本集矿装置与海底不接触，机件不会受到外力作用而损坏，减小了装置运动阻力，而且也不会采集上来较大块岩石和出现卡塞等现象。橡胶履带行走装置不仅牵引力大，而且可调节履带压人海底深度，并能实现左右两条履带前后端的扭动，保证行走装置平稳越过小障碍。
图1表示了本实用新型的实施例即将本实用新型的集矿装置与一种提升装置联合作业即可进行深海多金属结核矿的开采。
包括在履带行走装置(5)前端装有集矿装置(4)，连接在集矿装置矿仓(17)出口处的射流泵供矿装置(6)，(16)为供水管由集矿潜水泵向集矿装置(4)水射流喷咀供低压水，由采矿船(14)悬吊从海面一直延伸到海底(1)附近的刚性扬矿管(13)，扬矿管(13)下端悬挂的中间矿仓(9)、给矿机构(11)和清水潜水泵(10)，连接射流泵供矿装置(6)和中间矿仓(9)的软管(7)，软管(7)经平台(22)上的喇叭支撑架(23)伸出以及扬矿管(13)下端设置的卸矿阀(12)。软管(7)外围包有浮力材料(8)，使其呈柔性拱形浮在海水中。行走装置(5)后部平台(22)上装设有封闭式液压动力站(19)和电气测控箱(21)，尾部上端两侧设有下放着动力平衡装置(20)。采矿作业时，集矿装置(4)在橡胶履带行走装置(5)的带动下，按方向(3)移动采集海底(1)的结核矿石(2)，并由射流泵供矿装置(6)经拱形软管(7)将其送往中间矿仓(9)内，给矿机构(11)再将采集的结核矿石(2)从中间矿仓(9)下出口送到与扬矿管(13)相连的潜水清水泵(10)出口，这时结核矿石(2)在扬矿管(13)内与潜水清水泵压出的高压海水相混合，形成12％—15％体积浓度的浆体，在高速上升水流作用下被提升到海面采矿船(14)上，集矿装置(4)行走的同时，采矿船(14)与其一起同速同方向航行。停止采时，打开扬矿管(13)下端的卸矿阀(12)，放出管内结核矿石浆体，以免堵塞扬矿管。
权利要求1.一种深海采矿履带自行式集矿装置，包括行走、采集和输送三部分，其特征是在橡胶履带行走装置(5)上装有一端靠近海底(1)另一端斜向上并由动力驱动的刮板链输送机构(32)，在刮板链输送机构(32)的前下方装有与集矿潜水泵(18)相连的喷咀(24)、(25)，且其射流是相对斜向海底，构成机械一水力复合式集矿装置(4)，在刮板输送链机构(32)的后方为矿仓(17)，在喷咀(24)、(25)上方斜向刮板输送链机构(32)设置导流罩(28)，其中刮板输送链机构(32)的构造是在牵引链(40)上固定有刮板(37)，刮板(37)上装有上下刮齿(38)、(39)，其上行段位于输送台(36)上，输送台(36)为格条式结构，下刮齿(39)伸进格条(41)的间隔内。
2.根据权利要求1述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征是在集矿装置(4)上装有平行升降和摆角机构(15)，其构造是在集矿装置机架(43)上有两铰接点(46)、(48)，履带行走装置车架(66)上有两铰接点(47)、(49)，与上连杆(44)和下伸缩杆(45)构成四连杆机构，在四连杆对角线位置的铰接点(46)、(49)之间装有升降伸缩杆(50)。
3.根据权利要求2所述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征上连杆(44)换成上伸缩杆(52)，下伸缩杆(45)换成下连杆(51)，升降伸缩杆(50)移到四连杆机构外侧，铰接到上伸缩杆(52)外缸横拐臂(53)的铰接点(54)和车架(66)前端另一铰接点(55)上。
4.根据权利要求1所述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征是橡胶履带行走装置(5)的构造是；芯部设有无接头钢丝或玻璃纤维(70)的缯强封闭橡胶履带(56)绕在主动轮(57)和从动轮(58)上，履带(56)的外侧有渐开线式空心高齿片(71)，内侧中间有传动齿(72)，主动轮中心装有壳转液压马达(73)，马达(73)的外壳与轮筒(75)连接，轮体(75)中间外圆有一齿圈(76)与履带内传动齿(72)啮合，从动轮体外侧有环形凹槽与履带传动齿(72)相匹配。
5.根据权利要求4所述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征是主动轮(57)和从动轮(58)通过心轴(74)支承在一对浮动连杆(59)的一端，在主动轮(57)和从动轮(58)之间履带(56)下段的上面相隔一定距离设有装在三角支承架(61)下端两轴孔(62)、(63)内的支承轮(60)，毗邻主动轮(57)和从动轮(58)的支承轮架(61)的上轴孔(64)与浮动连杆(59)的另一端铰接，固定主动轮(57)的一对浮动连杆(59)的中间轴孔(65)铰接在车架(66)铰接梁(67)的两端，铰接梁(67)中间孔与车架(66)后梁中间孔铰接，固定从动轮(58)的一对浮动连杆(59)的中间轴孔(65)用摆动臂(68)铰接在车架(66)的前梁两侧，主动轮(57)和从动轮(58)之间的其他支承轮(60)由两组三角支承架(61)分别铰接在浮动连杆(59)两端，浮动连杆(59)的中间轴孔(65)铰接在车架(66)的侧梁上。
6.根据权利要求5所述的深海采矿履带式自行式集矿装置，其特征是铰接在车架(66)侧梁下部和摆动臂(68)下孔之间为张紧液压缸(69)。
7.根据权利要求1所述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征是液压动力站(19)为一充满液压油的封闭圆筒(78)，圆筒(78)两头为具有一段波纹管(88)的椭圆形封头(79)，浸油式电动机(81)驱动的三联液压泵(82)、液压阀组(83)及液压附件均安装在筒(78)内，其中三联液压泵(82)中的两联为恒功率控制，分别向履带壳转液压马达(73)供压力油，另一联向集矿装置(4)传动链轮(34)液压马达及平行升降和摆角机构(15)液压缸供压力油。
8.根据权利要求1所述的深海采矿履带自行式集矿装置，其特征是在履带行走装置(5)后部两侧上方装有着底动力平衡装置，即管道式螺旋推进器(84)，用外壳中间两个耳轴(85)装在U形支架(86)的轴承内，由固定在U形支架(86)上的摆动马达(87)驱动。
专利摘要本实用新型涉及的是一种深海采矿履带自行式集矿装置，包括行走、采集和输送三部分，其中在橡胶履带行走装置上装有刮板链输送机构，其前下方装有与潜水泵相连的喷嘴，喷嘴上方斜向刮板输送链设有导流罩，其中刮板输送链的构造是，刮板上装有上下刮齿，上行段位于输送台上，输送台为格条式结构，下刮齿伸进格条间隔内，从而使本实用新型具有携带海泥最少，对海底沉积层破坏最小的优点，克服了现有机械式和水力抽吸式集矿方式的缺点。
文档编号E21C50/00GK2229514SQ9523664
公开日1996年6月19日 申请日期1995年4月21日 优先权日1995年4月21日
发明者王明和, 简曲, 高宇清, 李力 申请人:长沙矿山研究院海洋采矿研究所