一種智能化協同作業海底集礦裝備的製作方法

2023-09-23 17:07:40 2

本實用新型涉及集礦設備技術領域，尤其涉及一種智能化協同作業海底集礦裝備。

背景技術：

海洋是地球上尚未被人類充分認識和利用的最大潛在資源基地。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業開採價值的還有多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等金屬礦產資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲量分別高出陸上相應儲量的幾十倍到幾千倍。2013年我國又正式獲得一塊太平洋富鈷結殼礦區。顯然，深海礦產資源的開發必須依賴深海採礦裝備進行。2015年5月19日公布的《中國製造2025》為「製造強國」戰略指明了方向，把「海洋工程裝備及高科技船舶」歸為重點突破的十大戰略領域之一，著重進行先進海洋工程裝備的研發和國有化。

隨著現代通信技術的發展和自動化控制的普及，智能化設計越來越受到重視。近年來，在電力、機械、化工、製藥、建築、物流等各個領域，智能化裝備都得到了廣泛的應用。在這樣的時代背景下，海洋工程裝備的智能化也成為必然趨勢。尤其對於深遠海作業而言，實現作業裝備的智能化、自動化能夠大大降低人力物力投入，有效提高作業生產率，對於海洋資源的合理開發具有十分重要的意義。協同則是指協調兩個或以上的個體，發揮各自功能，合作完成特定任務的能力。對於深海採礦這樣的複雜工程來說，包含多種作業任務，需要完成多項功能。因此，亟需一種智能、協同、高效的海底集礦作業設備。

技術實現要素：

本實用新型主要是解決現有技術中所存在的技術問題，從而提供一種自動化程度高、協同配合好、採礦效率高的智能化協同作業海底集礦裝備。

本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

本實用新型提供的智能化協同作業海底集礦裝備，其包括：

水下探測器，用於探測海底地形及礦物分布，並發出控制信號至儲礦車；

海底集礦車，用於採集海底礦物，並將採集的所述礦物輸送至儲礦車內；

儲礦車，與所述水下探測器相連接，所述儲礦車用於根據所述控制信號調整自身和海底集礦車的行進路徑，所述儲礦車還用於儲存加工所述礦物，並為所述水下探測器提供電力。

進一步地，所述水下探測器包括探測器本體、電子設備艙、多自由度螺旋槳推進器和探測設備，所述電子設備艙設置在所述探測器本體內部，所述電子設備艙通過光電纜與所述儲礦車相連接，所述多自由度螺旋槳推進器對稱設置在所述探測器本體的上部兩側，並用於驅動所述探測器本體前行和姿態調整，所述探測設備設置在所述探測器本體的前側底部，並用於探測海底地形和礦物的分布，所述電子設備艙內的控制系統用於根據所述探測設備的探測結果運算分析後發出控制信號至所述儲礦車。

進一步地，所述探測器本體的尾部外圓周方向上還設有尾翼。

進一步地，所述海底集礦車包括集礦車本體、水射流噴嘴、集礦外罩、進水口和出礦口，所述集礦車本體通過連接臂與儲礦車相連接，所述集礦外罩罩設在所述集礦車本體的前部，所述水射流噴嘴和進水口均設置在所述集礦外罩內，其中，所述水射流噴嘴沿所述集礦外罩的長度方向間隔分布，所述進水口一一對應的設置在所述水射流噴嘴的外側，所述進水口的出口端還經增壓水泵與所述出礦口相連接，所述出礦口通過軟管與所述儲礦車相連接。

進一步地，所述集礦車本體的底部還設有輪胎和減振彈簧，所述輪胎對稱設置在所述集礦車本體的四周，所述減振彈簧一一對應地安裝在所述輪胎上。

進一步地，所述儲礦車包括儲礦車本體、儲礦艙、儲礦艙口和履帶式行進裝置，所述履帶式行進裝置安裝在所述儲礦車本體的底部，所述儲礦艙設置在所述儲礦車本體的上表面，所述儲礦艙口與所述儲礦艙相連通，且所述儲礦艙口還經軟管與所述出礦口相連通，其中，所述儲礦艙還設有加工設備和礦漿泵，所述加工設備用於將所述礦物加工成礦漿，所述礦漿泵用於將所述礦漿經所述儲礦艙口輸送至海底中繼艙中。

進一步地，所述儲礦艙口內安裝有兩個管道，其中一個管道的兩端分別與所述儲礦艙和出礦口相連通，另一個管道兩端分別與所述礦漿泵和海底中繼艙相連接。

進一步地，所述儲礦車本體和儲礦艙之間還設有一轉臺，所述轉臺的底面與所述儲礦車本體旋轉連接，所述轉臺的上表面與所述儲礦艙固定連接。

進一步地，所述儲礦艙的上表面還安裝有探測器泊位，所述探測器泊位與所述水下探測器相配合。

本實用新型的有益效果在於：利用水下探測器探測作業區域附近的海底地形和礦物分布，並根據探測的信息合理地規劃海底集礦車和儲礦車的行進路徑，這樣既可以規避存在風險的作業區域，又可以提高集礦作業的生產效率。而儲礦車可以根據水下探測器發出的控制信號調整自身和海底集礦車的行進路徑，還可以為水下探測器提供電力，從而使水下探測器、海底採礦車和儲礦車不僅能分別完成探測、採礦、儲礦和加工的功能，而且各個設備之間實現了協同配合，顯著提高了海底採礦作業的安全性和高效性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備的結構示意圖；

圖2是本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備的俯視圖；

圖3是本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備的海底集礦車和儲礦車的底部結構示意圖；

圖4是本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備的使用狀態俯視圖；

圖5是本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備的使用狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護範圍做出更為清楚明確的界定。

參閱圖1-3所示，本實用新型的智能化協同作業海底集礦裝備，其包括：

水下探測器1，用於探測海底地形及礦物分布，並發出控制信號至儲礦車3；

海底集礦車2，用於採集海底礦物，並將採集的礦物輸送至儲礦車3內；

儲礦車3，與水下探測器1相連接，儲礦車3用於根據控制信號調整自身和海底集礦車2的行進路徑，儲礦車3還用於儲存加工礦物，並為水下探測器1提供電力。

本實用新型利用水下探測器1探測作業區域附近的海底地形和礦物分布，並根據探測的信息合理地規劃海底集礦車2和儲礦車3的行進路徑，這樣既可以規避存在風險的作業區域，又可以提高集礦作業的生產效率。而儲礦車3可以根據水下探測器發出的控制信號調整自身和海底集礦車2的行進路徑，還可以為水下探測器1提供電力，從而使水下探測器1、海底採礦車2和儲礦車3不僅能分別完成探測、採礦、儲礦和加工的功能，而且各個設備之間實現了協同配合，顯著提高了海底採礦作業的安全性和高效性。

具體地，水下探測器1包括探測器本體11、電子設備艙12、多自由度螺旋槳推進器13和探測設備14，電子設備艙12設置在探測器本體11內部，電子設備艙12通過光電纜15與儲礦車3相連接，多自由度螺旋槳推進器13對稱設置在探測器本體11的上部兩側，並用於驅動探測器本體11前行和姿態調整，探測設備14設置在探測器本體11的前側底部，並用於探測海底地形和礦物的分布，本實施例中的探測設備14可以為聲吶探測儀或海底成像設備等。其中，電子設備艙12內的控制系統用於根據探測設備14的探測結果運算分析後發出控制信號至儲礦車3。本實施例中的光電纜15是一種將光纖和金屬導線結合起來的傳輸介質，兼具電力輸送和信息傳輸的功能。水下探測器1通過光電纜15獲得來自儲礦車3的電力供應，同時將控制信號傳輸至儲礦車3上，使其按照規劃的路逕行進和開展採礦任務。

本實用新型中，水下探測器1的主要功能在於:1)、探測海底地形和海底礦物的分布，2)、通過電子設備艙12搭載電子設備。水下探測器1具備自航能力，並且能夠在深海環境中航行。本實施例中，電子設備艙12搭載的控制系統包括用於控制航行、探測、集礦、輸礦等作業的電子裝備，這樣可以避免將其搭載於儲礦車3上，從而減輕儲礦車3的重量，使其能夠在海底較為平穩地行進，這樣既有利於結構安全，又有利於節省能量。而電子設備艙12的外殼可採用耐壓殼體結構，能夠承受深海巨大的壓力。本實施例中的水下探測器1的航行由多自由度螺旋槳13推進器(2)推進，並可以通過調整其方向，實現航行姿態的調整。探測設備14用於探測海底地形和礦物的分布，以便合理地規划行進路徑，規避存在風險的作業區域，以及提高集礦作業的生產效率。從而實現了水下探測器1和儲礦車3的協同作業。

本實用新型中，探測器本體1的尾部外圓周方向上還設有尾翼16。尾翼16能夠改善水下探測器1的操縱性，使其穩定航行，從而保護電子設備艙12內的設備不受損壞。

具體地，海底集礦車2包括集礦車本體21、水射流噴嘴22、集礦外罩23、進水口24和出礦口25，集礦車本體21通過連接臂26與儲礦車3相連接，集礦外罩23罩設在集礦車本體21的前部，水射流噴嘴22和進水口24均設置在集礦外罩23內，其中，水射流噴嘴22沿集礦外罩23的長度方向間隔分布，進水口24一一對應的設置在水射流噴嘴22的外側，進水口24的出口端還經增壓水泵27與出礦口25相連接，出礦口25通過軟管35與儲礦車3相連接。

本實用新型中，海底集礦車2的主要功能在於:1)、採集海底礦物，如：錳結核等；2)、將採集的礦物輸送至儲礦車3中。海底集礦車2採用水力集礦的方式，水射流噴嘴22能夠產生高速的水射流，利用其高能量將礦物從海床分離。集礦外罩23形成局部抽吸流場，使得水流更多地從下方湧入，進而增加對礦物顆粒的流體作用力。進水口24處形成局部負壓區，使得大流量的水被吸入進水口24中，從而大量地採集礦物顆粒。在本實用新型的其他應用場合下，也可以採用其他的集礦方式進行採礦。海底集礦車2通過連接臂26與儲礦車3相連，儲礦車3通過連接臂26控制海底集礦車2的運動路徑。同時，海底集礦車2採集的礦物由出礦口25通過輸送至儲礦車3中儲存，從而實現了海底集礦車2和儲礦車3的協同作業。

較佳地，集礦車本體21的底部還設有輪胎28和減振彈簧29，輪胎28對稱設置在集礦車本體21的四周，減振彈簧29一一對應地安裝在輪胎28上。這樣可以使集礦車本體21更加平穩地在海底移動。

具體地，儲礦車3包括儲礦車本體31、儲礦艙32、儲礦艙口33和履帶式行進裝置34，履帶式行進裝置34安裝在儲礦車本體31的底部，儲礦艙32設置在儲礦車本體31的上表面，儲礦艙口33與儲礦艙32相連通，且儲礦艙口33還經軟管35與出礦口25相連通，其中，儲礦艙32還設有加工設備36和礦漿泵37，加工設備36用於將礦物加工成礦漿，礦漿泵37用於將礦漿經儲礦艙口33輸送至海底中繼艙(圖中未示出)中。

本實用新型中儲礦車3的主要功能在於：1)、儲存來自海底集礦車2的礦物；2)、加工礦物，使其成為礦漿；3)、將礦漿輸送至海底中繼艙；4)、為水下探測器1提供電力和停泊處所；5)、接收來自水下探測器1的控制信號，並控制行進路徑和採礦作業。其中，儲礦車3底部採用履帶式行進裝置34，其與海底的接觸方式是面接觸，與點接觸相比，履帶行進裝置34更加適應海底鬆軟的地質條件，作用於海底的壓強較小，能提供更大的抓地力，因此能夠連續、穩定地行進。

較佳地，為了便於分離礦物和礦漿的輸送通道，儲礦艙口33內安裝有兩個管道，其中一個管道的兩端分別與儲礦艙32和出礦口25相連通，另一個管道兩端分別與礦漿泵37和海底中繼艙相連接。

參閱圖4-5所示，儲礦車本體31和儲礦艙32之間還設有一轉臺38，轉臺38的底面與儲礦車本體31旋轉連接，轉臺38的上表面與儲礦艙32固定連接。因連接臂26、儲礦艙32等結構與轉臺38相連接，因此可以實現整體迴轉。當儲礦車3需要向後方轉彎時，可以先轉動轉臺38，使上方的結構轉到某一適當角度，然後調整履帶行進裝置34的履帶方向，按照反方向行進。這樣的設計相當於把「S形」路線化為「Z形」路線，從而有效地減小車體的轉彎半徑，大大提高行進效率，進而提高作業的生產率。

較佳地，儲礦艙32的上表面還安裝有探測器泊位39，探測器泊位39與水下探測器1相配合。當海底地形三維掃描完畢、非工作狀態以及海底集礦車2修整時，可供水下探測器1停泊。

以上，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。