[發明專利]錳結核機械采集系統

有效

• 申請號: 202011586259.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112591016B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李新亞
• 申請（專利權）人: 李新亞
• 主分類號: B63B35/00
• 分類號: B63B35/00;B63C11/52;B63B17/00;B63B27/08;B63H11/04
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1.一種錳結核機械采集系統，其特征在于：

所述錳結核機械采集系統含操控船和采集船；

所述操控船位于海面上，其上有一個電動船繩絞盤和n個電動吊繩絞盤，所述n為4；

所述采集船含船體(1)、照明攝像裝置、推進裝置、導引裝置、采集裝置和吊運裝置；

所述采集船的船體(1)，含舷板(2)、船底(3)、船艙(4)、繩卡(5)、船繩(6)、隔板(12)和繩管(23)；

所述舷板(2)，其為豎直板，其后端面與其水平頂面或水平底面垂直，其前端面分為相互連接的上端面和下端面，其上端面與其頂面垂直，其下端面與其底面的夾角大于90°；所述船體(1)上有兩塊舷板(2)，這兩舷板(2)分居所述船體(1)的兩側；

所述船底(3)，其為水平矩形板，其縱向長度小于舷板(2)底面的縱向長度，其前部有多個豎直漏水孔(3a)；所述船底(3)，其兩側向面分別與相應位置的這兩舷板(2)的兩內側向面固定連接，其底面分別與這兩舷板(2)的底面齊平，其后端面分別與這兩舷板(2)的后端面齊平；

所述船艙(4)，其位于所述船底(3)的后部，其由水平矩形頂板(4a)、豎直矩形前艙壁(4b)、豎直矩形后艙壁(4c)和相應位置的所述船底(3)以及相應位置的這兩舷板(2)圍成長方體形密封內腔(4d)；所述前艙壁(4b)位于這兩舷板(2)的兩幾何中心連線的后方；所述內腔(4d)中放置電池；所述采集船的重心位于所述頂板(4a)的下方；

所述繩管(23)，其為豎直管，其下端固定連接在所述頂板(4a)的上表面上，其位于所述采集船重心的正上方；

所述船繩(6)，其外徑等于或小于所述繩管(23)的內徑，其下端穿過所述繩管(23)的管腔后與相應位置的所述頂板(4a)的上表面固定連接，其上端與所述操控船上船繩絞盤固定連接；所述船繩絞盤旋轉時通過所述船繩(6)能將所述采集船提升至所述操控船上或沉降至海底，所述繩管(23)能防止所述采集船在上升或沉降過程中發生大幅度偏傾；

所述繩卡(5)由兩平行豎直窄耳板(5a)組成，這兩耳板(5a)均具彈性；這兩耳板(5a)，其后端的兩內側向面分別與所述繩管(23)中部橫向兩側的管壁固定連接，其圓滑前端均傾斜向前上方伸出，其前端的內側均有突起的半球形卡突(5b)，其上兩卡突(5b)相互接觸，其縱向中部的兩內側向之間為卡槽(5c)；

所述隔板(12)，其為向前下方傾斜的矩形板，其底面與所述船底(3)前端附近的上表面固定連接，其橫向兩端面分別與這兩舷板(2)的兩內側向面固定連接，其頂面的橫向兩端分別接近這兩舷板(2)的幾何中心；

所述采集船的照明攝像裝置由撐桿(19)、探照燈(20)和攝像機(21)組成；

所述撐桿(19)，其橫斷面為矩形，其后端的內側向面與這兩舷板(2)中的右舷板(2)前端附近的外側向面固定連接，其前端從所述右舷板(2)的前端向前上方伸出；

所述探照燈(20)，其固定安裝在所述撐桿(19)上端附近的下表面上，其探照所述船底(3)前方海底的地形和錳結核(11)的分布情況；

所述攝像機(21)，其具廣角攝像功能，其固定安裝在所述撐桿(19)的前端，其拍攝所述船底(3)前方海底的地形和錳結核(11)的分布情況，并將拍攝的信息傳輸給所述操控船上工作人員；

所述探照燈(20)或所述攝像機(21)由所述電池供電，且供電由所述操控船上工作人員遙控；

所述采集船的推進裝置為兩離心水泵(22)；這兩水泵(22)，其分別固定安裝在這兩舷板(2)縱向中部的外表面上，其分別接近這兩舷板(2)的頂面，其上的葉輪均由水泵輪轂電機驅動，其上的進水管(22a)均伸向前方，其上的噴水管(22b)均伸向后方，但其兩噴水管(22b)均為矢量噴管；當這兩噴水管(22b)水平向后噴水時所述船體(1)沿水平方向向前運動，當這兩噴水管(22b)向后下方噴水時所述船體(1)向前上方運動，當這兩噴水管(22b)向后上方噴水時所述船體(1)向前下方運動；這兩水泵(22)上的兩水泵輪轂電機均由所述電池供電，且供電由所述操控船上工作人員遙控；

所述采集船的采集裝置含轉軸(16)、轉柱(17)和轉齒(18)；

所述轉軸(16)，其為橫向水平軸，其軸線位于這兩舷板(2)底面前端的前上方，其兩端分別固定連接在這兩舷板(2)的前上角轉角處的這兩舷板(2)上；

所述轉柱(17)，其為橫向水平圓柱體，其軸向長度等于這兩舷板(2)上兩內側向面之間的距離，其外徑大于所述轉軸(16)的外徑，其同軸套裝在所述轉軸(16)上，其在轉柱輪轂電機驅動下可繞軸線沿順時針方向自由轉動，但不能沿軸向移動；所述轉柱輪轂電機由所述電池供電，且供電由所述操控船上工作人員遙控；

所述轉齒(18)，其為直桿，其橫斷面為矩形，其里端與所述轉柱(17)的外圓周表面固定連接，其外端沿所述轉柱(17)的徑向伸出，其位于所述轉軸(16)的正下方時，其外端面與所述船底(3)的底面共面；環繞所述轉柱(17)的圓周表面均勻橫向安裝多排轉齒(18)，每排轉齒(18)有m個轉齒(18)，且這m個轉齒(18)沿同一軸向均勻分布；所述m為18；

所述采集船的導引裝置由斜板(13)、槽板(14)和弧板(15)組成；

所述槽板(14)，其為向前下方傾斜的矩形板，其橫向兩端面分別與這兩舷板(2)的兩內側向面固定連接，其上有m個分別供所述轉柱(17)上每排m個轉齒(18)插入并轉動通過的齒槽(14a)；所述齒槽(14a)，其上端接近所述槽板(14)的頂面，其下端直達所述槽板(14)的底面，其上端或下端位于虛擬圓筒的圓周表面上，其上端位于所述轉軸(16)軸線的后下方且在豎直方向上接近所述轉軸(16)的軸線，其下端位于所述轉軸(16)軸線的后下方且在水平方向上接近所述轉軸(16)的軸線；所述虛擬圓筒的軸線與所述轉軸(16)的軸線重合，且所述虛擬圓筒的半徑等于轉齒(18)的外端面與所述轉軸(16)軸線之間的距離；

所述弧板(15)，其為短的圓弧形板，其上表面與所述虛擬圓筒的圓周表面重合，其前端位于所述轉軸(16)軸線的后下方，且在水平方向上較所述槽板(14)上齒槽(14a)的下端更接近所述轉軸(16)的軸線，其后端與所述槽板(14)的下端圓滑固定連接，其橫向兩端面分別與這兩舷板(2)的兩內側向面固定連接；

所述斜板(13)，其為向前上方傾斜的矩形板，其前端與所述槽板(14)的頂端圓滑固定連接，其后端與所述隔板(12)的上端圓滑固定連接，其橫向兩端面分別與這兩舷板(2)的兩內側向面固定連接；

所述采集船的吊運裝置含吊繩(7)、繩圈(8)、篼網(9)和網圈(10)；

所述篼網(9)攤開時為接近圓形的蜂巢網，該圓形的直徑等于或小于所述船底(3)的橫向寬度；

k個金屬網圈(10)均勻分布在攤開的篼網(9)的周圍，這k個網圈(10)分別與相應位置的所述篼網(9)邊緣的k個網孔的網孔繩固定連接；所述k為12；

所述繩圈(8)為金屬圈；

所述吊繩(7)，其外徑等于所述繩卡(5)上卡槽(5c)的橫向寬度，其下端依次穿過這k個網圈(10)后與繩圈(8)固定連接，其上端穿過所述繩圈(8)后向上伸出；

n個篼網(9)分層依次攤放在所述船底(3)縱向中部的上表面上；這n個篼網(9)中，位于頂層的篼網(9)為第1層，位于最下面的篼網(9)為第n層，其余的篼網(9)的排列順序依此類推；這n個篼網(9)上的n條吊繩(7)均卡插在所述繩卡(5)的卡槽(5c)中；所述卡槽(5c)中的n條吊繩(7)中，第1層篼網(9)上的吊繩(7)在所述卡槽(5c)中的位置最靠前，第n層篼網(9)上的吊繩(7)在所述卡槽(5c)中的位置最靠后，其余的吊繩(7)在所述卡槽(5c)中的排列位置依此類推；這n條吊繩(7)的上端均伸向所述操控船，且分別依次固定連接在所述操控船的n個吊繩絞盤上；

轉柱(17)在轉柱輪轂電機驅動下，帶著多排轉齒(18)沿順時針方向旋轉，其中任意一排轉齒(18)上的m個轉齒(18)同時轉到所述轉柱(17)下方的海底時，這m個轉齒(18)推著相應位置的海底上的錳結核(11)進到弧板(15)上，接著這m個轉齒(18)分別同時插入槽板(14)的相應m個齒槽(14a)中，繼續推著所述錳結核(11)沿所述槽板(14)上升，當這m個轉齒(18)分別從這m個齒槽(14a)的上端同時轉出來時，所述錳結核(11)翻越所述槽板(14)的頂端進到斜板(13)上，然后沿所述斜板(13)滾下再掉落到最上層篼網(9)上；操控船上工作人員通電轉動相應吊繩絞盤，使所述篼網(9)上吊繩(7)上升；所述吊繩(7)在上升過程中，牽引所述篼網(9)的周邊邊上升邊收縮，從而所述篼網(9)變為袋形，同時所述吊繩(7)上的繩圈(8)和k個網圈(10)通過所述繩卡(5)時，強迫所述吊繩(7)從所述繩卡(5)的卡槽(5c)中移出，所述篼網(9)便裝著所述錳結核(11)上升到所述操控船上，從而實現了錳結核(11)的采集。

2.根據權利要求1所述錳結核機械采集系統，其特征在于：

錳結核機械采集的操作程序如下：

第一步，準備：

將n個篼網(9)依次分層攤放在位于操控船上的采集船船底(3)縱向中部的上表面上；將這n個篼網(9)上的n條吊繩(7)分別依次卡插在所述采集船上繩卡(5)的卡槽(5c)中，這n條吊繩(7)的上部分別纏繞在所述操控船的n個吊繩絞盤上；船繩(6)的上部纏繞在所述操控船的船繩絞盤上；電池充電；

第二步，沉降采集船：

旋轉所述船繩絞盤，讓所述船繩(6)吊著所述采集船沉降到海底上；與此同時，同步旋轉這n個吊繩絞盤，使這n條吊繩(7)隨所述采集船的下降而不斷伸長；

第三步，尋找采集點：

所述采集船上控照燈(20)點亮、攝像機(21)拍攝，所述操控船上工作人員根據影像信息，啟動兩水泵輪轂電機，推動所述采集船沿海底開行到錳結核(11)密集點；此過程中，所述操控船跟隨所述采集船運動，讓所述操控船始終位于所述采集船的正上方；

第四步，采集錳結核(11)：

所述操控船上工作人員讓所述采集船緩慢前進，同時啟動所述采集船上的轉柱輪轂電機，讓采集裝置開始工作，此后不斷有錳結核(11)落到最上層的篼網(9)上；

第五步，上吊錳結核(11)：

所述篼網(9)上錳結核(11)的數量達到額定量時，所述操控船上工作人員斷開這兩水泵輪轂電機和所述轉柱輪轂電機的電源，轉動所述操控船上相應吊繩絞盤，提升相應吊繩(7)，使所述篼網(9)帶著所述錳結核(11)升到所述操控船上；

接著重復上述第四步和第五步，直到n個篼網(9)都完成上吊工作；

然后，啟動所述船繩絞盤，用所述船繩(6)吊著所述采集船回到所述操控船上，再重復上述程序。