一种海洋矿产资源高效挖取装置及其挖取方法
【专利摘要】本发明公开了一种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架和配重块，其特征在于，所述支撑框架四周安装有支撑脚，支撑框架的两侧设有外框，所述支撑框架内安装有导向框架，支架二安装在导向框架的两侧，所述支架二铰接有连杆二，摇臂一端与连杆二铰接，另一端连接有物料铲；本发明的有益效果：本发明通过机械运动和物理原理，使采矿装置自动抓取矿料，速度快，采集作业简单，可多台设备同时对一片区域进行作业，采矿速度快，适合推广使用。
【专利说明】
一种海洋矿产资源高效挖取装置及其挖取方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种海洋矿产资源高效挖取装置及其挖取方法，属于海洋技术装备技术领域。
【背景技术】
[0002]海洋矿产资源又名海底矿产资源。包括海滨、浅海、深海、大洋盆地和洋中脊底部的各类矿产资源。按矿床成因和赋存状况分为:1、砂矿，主要来源于陆上的岩矿碎肩，经河流、海水(包括海流与潮汐)、冰川和风的搬运与分选，最后在海滨或陆架区的最宜地段沉积富集而成。如砂金、砂铂、金刚石、砂锡与砂铁矿，及钛铁石与锆石、金红石与独居石等共生复合型砂矿;2、海底自生矿产，由化学、生物和热液作用等在海洋内生成的自然矿物，可直接形成或经过富集后形成。如磷灰石、海绿石、重晶石、海底锰结核及海底多金属热液矿(以锌、铜为主)；3、海底固结岩中的矿产，大多属于陆上矿床向海下的延伸，如海底油气资源、硫矿及煤等。在海洋矿产资源中，以海底油气资源、海底锰结核及海滨复合型砂矿经济意义最大。
[0003]如一申请号为CN103195430A公开了一种深海锰矿石采集机构，它包括回转板以及矿石仓，矿石仓包括底板和后板，在底板的左、右侧分别设置有左、右侧板，回转板设置在底板的前端，在左、右侧板前端分别连接有左、右侧防水减速电机，左、右侧防水减速电机沿水平方向设置的电机轴分别通过联轴器与回转板左、右侧上部相连，一个后板的底部与底板后端相连并且后板上部通过与左、右侧板相连的矿石仓回转轴转动连接在左、右侧板后端之间，一个拖曳电机的转动输出端与拖曳绳的一端相连，拖曳绳的另一端与底板相连以带动底板能够绕矿石仓回转轴转动。本机构具有易于保养和维修方便的优点，减少了矿石倾倒的时间。
[0004]目前海底矿产资源开发难度较大，同时设备比较昂贵，操作技术要求较高，因此研发一种低廉的海底表面矿产资源抓取装置是目前急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明克服了现有技术存在的问题，提出了及其挖取方法，该装置及其挖取方法，成本低廉，速度快，操作容易。
[0006]本发明的具体技术方案如下:
[0007]—种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架和配重块，其特征在于，所述支撑框架四周安装有支撑脚，支撑框架的两侧设有外框，
[0008]所述支撑脚底部设有电机和钻头，
[0009]所述支撑框架内安装有导向框架，支架二安装在导向框架的两侧，所述支架二铰接有连杆二，摇臂一端与连杆二铰接，另一端连接有物料铲；
[0010]所述导向框架两侧还安装有支架一，所述支架一连接有导向套筒，挖取铲通过销轴安装在外框上，所述外框上设有导向滑槽，导向套筒的顶部设有在导向滑槽内做上下运动使挖取铲开启和闭合的横轴;所述导向框架在配重块的冲击作用下可相对于支撑框架下降并使物料铲做铲料运动并收合在导向框架底部。
[0011]优先地，所述支撑框架上还安装有齿条，所述导向框架上安装有固定块，所述锁扣安装在固定块上并延伸入齿条的齿口内。
[0012]优先地，所述配重块内部为锥面结构并通孔，其内部均布设有导流孔;所述导向框架顶部还安装有吊环。
[0013]基于上述装置，本发明还提供了一种海洋矿产资源高效挖取方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0014]I)将吊环系上钢丝绳一，同时将导向框架处于支撑框架上方使物料和挖取铲处于展开状态，并在导向框架顶部中心系扣钢丝绳二；
[0015]2)确定采矿点，并通过船舶起吊设备吊取钢丝绳一将装置下放到采矿点，此时支撑脚着陆通过电机驱动钻头运动，将采矿装置固定在采矿位置，使采矿装置紧贴地面，增加采矿装置对地面的抓力和物料铲的铲力；
[0016]3)通过钢丝绳三系住配重块，同时将配重块穿过钢丝绳二，将钢丝绳二拉直并抛下配重块，使配重块顺着钢丝绳二快速下落并产生冲击力；
[0017]4)配重块砸在导向框架上使在支撑框架内快速下降，物料铲和挖取铲在导向框架下降的带动下分别铲取和抓取矿产并闭合锁死；
[0018]5)吊取配重块到海面，通过电机驱动钻头运动，将采矿装置脱离采矿位置同时通过钢丝绳一起吊采矿完成的装置到船舶上，拆下齿条使锁扣(10)失效，将导向框架再次拉起使物料铲和挖取铲处于展开状态，卸下矿料，作业完成。
[0019]本发明的有益效果:本发明通过机械运动和物理原理，使采矿装置自动抓取矿料，速度快，采集作业简单，可多台设备同时对一片区域进行作业，采矿速度快，适合推广使用。
【附图说明】
[0020]图1为本发明一种海洋矿产资源高效挖取装置的结构示意图；
[0021]图2为图1的另一个视图方向结构示意图；
[0022]图3为图1中锁扣部位局部放大图；
[0023]图4为配重块的的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]实施例一:
[0025]如图所示，一种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架17和配重块14，其中:配重块14内部为锥面结构并通孔，其内部均布设有导流孔21，配重块14顶部安装有吊环二13用来系扣钢丝绳三12;所述导向框架16顶部还安装有吊环31。
[0026]支撑框架17四周安装有支撑脚I，支撑脚I底部安装有电机51和钻头52，支撑框架17的两侧设有外框30，所述支撑框架17内安装有导向框架16，支架二 9安装在导向框架16的两侧，所述支架二9铰接有连杆二7，摇臂6—端与连杆二7铰接，另一端连接有物料铲18。物料铲18开始处于导向框架16的侧边，导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架i 7下降并使物料铲18做铲料运动并收合在导向框架16底部。这样矿料被铲在物料铲18上进入导向框架16内闭合，使矿料不会漏掉。
[0027]导向框架16两侧还安装有支架一8，所述支架一 8连接有导向套筒19，挖取铲2通过销轴5安装在外框30上，所述外框30上设有导向滑槽23，导向套筒19的顶部设有在导向滑槽23内做上下运动使挖取铲2开启和闭合的横轴4。因为导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架17下降，因此通过支架一8下降通过导向套筒19的推动作用使挖取铲2取料闭合。
[0028]为了防止取完矿料的物料铲18和挖取铲2在回收过程中张开卸料，本发明还提供了自锁装置。其主要包括:支撑框架17上还安装有齿条15，所述导向框架16上安装有固定块20，所述锁扣10安装在固定块20上并延伸入齿条15的齿口内，锁扣10可以做逆时针运动而不能做顺时针运动。在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10可以在齿条15的齿口内做逆时针运动，在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10不断旋转到齿口的末端。在导向框架16相对于支撑框架17上升过程中，锁扣10不可以做顺时针运动，因此被齿口挡住锁死，这样在采矿完成回收过程中，物料铲18和挖取铲2会紧闭不会张开。基于上述装置，本发明还提供了一种海洋矿产资源高效挖取方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0029]I)将吊环31系上钢丝绳一11，同时将导向框架16处于支撑框架17上方使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，并在导向框架16顶部中心系扣钢丝绳二；
[0030]2)确定采矿点，并通过船舶起吊设备吊取钢丝绳一 11将装置下放到采矿点，此时支撑脚I着陆，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置固定在采矿位置，使采矿装置紧贴地面，增加采矿装置对地面的抓力和物料铲的铲力；
[0031]3)通过钢丝绳三12系住配重块14，同时将配重块14穿过钢丝绳二，将钢丝绳二拉直并抛下配重块14，使配重块14顺着钢丝绳二快速下落并产生冲击力；
[0032]4)配重块14砸在导向框架16上使在支撑框架17内快速下降，物料铲18和挖取铲2在导向框架16下降的带动下分别铲取和抓取矿产并闭合锁死；
[0033]5)吊取配重块14到海面，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置脱离采矿位置，同时通过钢丝绳一 11起吊采矿完成的装置到船舶上，拆下齿条15使锁扣10失效，将导向框架16再次拉起使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，卸下矿料，作业完成。
[0034]实施例二:
[0035]如图所示，一种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架17和配重块14，其中:配重块14内部为锥面结构并通孔，其内部均布设有导流孔21，配重块14顶部安装有吊环二13用来系扣钢丝绳三12;所述导向框架16顶部还安装有吊环31。
[0036]支撑框架17四周安装有支撑脚I，支撑脚I底部安装有电机51和钻头52，支撑框架17的两侧设有外框30，所述支撑框架17内安装有导向框架16，支架二 9安装在导向框架16的两侧，所述支架二9铰接有连杆二7，摇臂6—端与连杆二7铰接，另一端连接有物料铲18，所述物料铲18底部设有多个细小导流孔61。物料铲18开始处于导向框架16的侧边，导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架17下降并使物料铲18做铲料运动并收合在导向框架16底部。这样矿料被铲在物料铲18上进入导向框架16内闭合，使矿料不会漏掉。
[0037]导向框架16两侧还安装有支架一8，所述支架一 8连接有导向套筒19，挖取铲2通过销轴5安装在外框30上，所述外框30上设有导向滑槽23，导向套筒19的顶部设有在导向滑槽23内做上下运动使挖取铲2开启和闭合的横轴4。因为导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架17下降，因此通过支架一8下降通过导向套筒19的推动作用使挖取铲2取料闭合。
[0038]为了防止取完矿料的物料铲18和挖取铲2在回收过程中张开卸料，本发明还提供了自锁装置。其主要包括:支撑框架17上还安装有齿条15，所述导向框架16上安装有固定块20，所述锁扣10安装在固定块20上并延伸入齿条15的齿口内，锁扣10可以做逆时针运动而不能做顺时针运动。在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10可以在齿条15的齿口内做逆时针运动，在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10不断旋转到齿口的末端。在导向框架16相对于支撑框架17上升过程中，锁扣10不可以做顺时针运动，因此被齿口挡住锁死，这样在采矿完成回收过程中，物料铲18和挖取铲2会紧闭不会张开。基于上述装置，本发明还提供了一种海洋矿产资源高效挖取方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0039]I)将吊环31系上钢丝绳一11，同时将导向框架16处于支撑框架17上方使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，并在导向框架16顶部中心系扣钢丝绳二；
[0040]2)确定采矿点，并通过船舶起吊设备吊取钢丝绳一 11将装置下放到采矿点，此时支撑脚I着陆，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置固定在采矿位置，使采矿装置紧贴地面，增加采矿装置对地面的抓力和物料铲的铲力；
[0041]3)通过钢丝绳三12系住配重块14，同时将配重块14穿过钢丝绳二，将钢丝绳二拉直并抛下配重块14，使配重块14顺着钢丝绳二快速下落并产生冲击力；
[0042]4)配重块14砸在导向框架16上使在支撑框架17内快速下降，物料铲18和挖取铲2在导向框架16下降的带动下分别铲取和抓取矿产并闭合锁死；
[0043]5)吊取配重块14到海面，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置脱离采矿位置，同时通过钢丝绳一 11起吊采矿完成的装置到船舶上，细小的泥沙和海水可以通过导流孔61随着采矿装置的起吊而流失掉，减轻重量，拆下齿条15使锁扣10失效，将导向框架16再次拉起使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，卸下矿料，作业完成。
[0044]实施例三:
[0045]如图所示，一种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架17和配重块14，其中:配重块14内部为锥面结构并通孔，其内部均布设有导流孔21，配重块14顶部安装有吊环二13用来系扣钢丝绳三12;所述导向框架16顶部还安装有吊环31。
[0046]支撑框架17四周安装有支撑脚I，支撑脚I底部安装有电机51和钻头52，支撑框架17的两侧设有外框30，所述支撑框架17内安装有导向框架16，支架二 9安装在导向框架16的两侧，所述支架二9铰接有连杆二7，摇臂6—端与连杆二7铰接，另一端连接有物料铲18，所述物料铲18底部设有多个细小导流孔61，所述物料铲18前端设有多个铲齿24。物料铲18开始处于导向框架16的侧边，导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架17下降并使物料铲18做铲料运动并收合在导向框架16底部。这样矿料被铲在物料铲18上进入导向框架16内闭合，使矿料不会漏掉。
[0047]导向框架16两侧还安装有支架一 8，所述支架一 8连接有导向套筒19，挖取铲2通过销轴5安装在外框30上，所述外框30上设有导向滑槽23，导向套筒19的顶部设有在导向滑槽23内做上下运动使挖取铲2开启和闭合的横轴4。因为导向框架16在配重块14的冲击作用下可相对于支撑框架17下降，因此通过支架一8下降通过导向套筒19的推动作用使挖取铲2取料闭合。
[0048]为了防止取完矿料的物料铲18和挖取铲2在回收过程中张开卸料，本发明还提供了自锁装置。其主要包括:支撑框架17上还安装有齿条15，所述导向框架16上安装有固定块20，所述锁扣10安装在固定块20上并延伸入齿条15的齿口内，锁扣10可以做逆时针运动而不能做顺时针运动。在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10可以在齿条15的齿口内做逆时针运动，在导向框架16相对于支撑框架17下降过程中，锁扣10不断旋转到齿口的末端。在导向框架16相对于支撑框架17上升过程中，锁扣10不可以做顺时针运动，因此被齿口挡住锁死，这样在采矿完成回收过程中，物料铲18和挖取铲2会紧闭不会张开。基于上述装置，本发明还提供了一种海洋矿产资源高效挖取方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0049]I)将吊环31系上钢丝绳一11，同时将导向框架16处于支撑框架17上方使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，并在导向框架16顶部中心系扣钢丝绳二；
[0050]2)确定采矿点，并通过船舶起吊设备吊取钢丝绳一 11将装置下放到采矿点，此时支撑脚I着陆，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置固定在采矿位置，使采矿装置紧贴地面，增加采矿装置对地面的抓力和物料铲的铲力；
[0051 ] 3)通过钢丝绳三12系住配重块14，同时将配重块14穿过钢丝绳二，将钢丝绳二拉直并抛下配重块14，使配重块14顺着钢丝绳二快速下落并产生冲击力；
[0052]4)配重块14砸在导向框架16上使在支撑框架17内快速下降，物料铲18和挖取铲2在导向框架16下降的带动下分别铲取和抓取矿产并闭合锁死；
[0053]5)吊取配重块14到海面，通过电机51驱动钻头52运动，将采矿装置脱离采矿位置，同时通过钢丝绳一 11起吊采矿完成的装置到船舶上，细小的泥沙和海水可以通过导流孔61随着采矿装置的起吊而流失掉，减轻重量，拆下齿条15使锁扣10失效，将导向框架16再次拉起使物料铲18和挖取铲2处于展开状态，卸下矿料，作业完成。
[0054]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【主权项】
1.一种海洋矿产资源高效挖取装置，包括支撑框架(17)和配重块(14)，其特征在于，所述支撑框架(17)四周安装有支撑脚(I)，支撑框架(17)的两侧设有外框(30)，所述支撑脚(I)底部设有电机(51)和钻头(52)，所述支撑框架(17)内安装有导向框架(16)，支架二(9)安装在导向框架(16)的两侧，所述支架二(9)铰接有连杆二(7)，摇臂(6) —端与连杆二(7)铰接，另一端连接有物料铲(18); 所述导向框架(16)两侧还安装有支架一 (8)，所述支架一 (8)连接有导向套筒(19)，挖取铲(2)通过销轴(5)安装在外框(30)上，所述外框(30)上设有导向滑槽(23)，导向套筒(19)的顶部设有在导向滑槽(23)内做上下运动使挖取铲(2)开启和闭合的横轴(4);所述导向框架(16)在配重块(14)的冲击作用下可相对于支撑框架(17)下降并使物料铲(18)做铲料运动并收合在导向框架(16)底部。2.如权利要求1所述的一种海洋矿产资源高效挖取装置，其特征在于，所述支撑框架(17)上还安装有齿条(15)，所述导向框架(16)上安装有固定块(20)，所述锁扣(10)安装在固定块(20)上并延伸入齿条(15)的齿口内。3.如权利要求1或2所述的一种海洋矿产资源高效挖取装置，其特征在于，所述配重块(14)内部为锥面结构并通孔，其内部均布设有导流孔(21)。4.如权利要求1或2所述的一种海洋矿产资源高效挖取装置，其特征在于，所述导向框架(16)顶部还安装有吊环(31)。5.—种海洋矿产资源高效挖取方法，其特征在于，包括以下步骤， 1)将吊环(31)系上钢丝绳一(11)，同时将导向框架(16)处于支撑框架(17)上方使物料铲(18)和挖取铲(2)处于展开状态，并在导向框架(16)顶部中心系扣钢丝绳二； 2)确定采矿点，并通过船舶起吊设备吊取钢丝绳一(11)将装置下放到采矿点，此时支撑脚(I)着陆，通过电机(51)驱动钻头(52)运动，将采矿装置固定在采矿位置，使采矿装置紧贴地面，增加采矿装置对地面的抓力和物料铲的铲力； 3)通过钢丝绳三(12)系住配重块(14)，同时将配重块(14)穿过钢丝绳二，将钢丝绳二拉直并抛下配重块(14)，使配重块(14)顺着钢丝绳二快速下落并产生冲击力； 4)配重块(14)砸在导向框架(16)上使在支撑框架(I7)内快速下降，物料铲(I8)和挖取铲(2)在导向框架(16)下降的带动下分别铲取和抓取矿产并闭合锁死； 5)吊取配重块(14)到海面，通过电机(51)驱动钻头(52)运动，将采矿装置脱离采矿位置，同时通过钢丝绳一(11)起吊采矿完成的装置到船舶上，拆下齿条(15)使锁扣(10)失效，将导向框架(16)再次拉起使物料铲(18)和挖取铲(2)处于展开状态，卸下矿料，作业完成。
【文档编号】E21C50/00GK105863643SQ201610279638
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】钟爱华
【申请人】钟爱华