本發(fā)明涉及一種海底集礦裝備，尤其涉及一種智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備。

背景技術(shù)：

海洋是地球上尚未被人類充分認(rèn)識(shí)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(yè)開采價(jià)值的還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲(chǔ)量分別高出陸上相應(yīng)儲(chǔ)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(jié)殼礦區(qū)。顯然，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)必須依賴深海采礦裝備進(jìn)行。2015年5月19日公布的《中國制造2025》為“制造強(qiáng)國”戰(zhàn)略指明了方向，把“海洋工程裝備及高科技船舶”歸為重點(diǎn)突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進(jìn)行先進(jìn)海洋工程裝備的研發(fā)和國有化。

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化控制的普及，智能化設(shè)計(jì)越來越受到重視。近年來，在電力、機(jī)械、化工、制藥、建筑、物流等各個(gè)領(lǐng)域，智能化裝備都得到了廣泛的應(yīng)用。在這樣的時(shí)代背景下，海洋工程裝備的智能化也成為必然趨勢。尤其對(duì)于深遠(yuǎn)海作業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)作業(yè)裝備的智能化、自動(dòng)化能夠大大降低人力物力投入，有效提高作業(yè)生產(chǎn)率，對(duì)于海洋資源的合理開發(fā)具有十分重要的意義。

現(xiàn)有的海底集礦裝備：

集礦器與主體為一體式結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)備的行走道路有一定要求(不可過于崎嶇)，對(duì)采礦的范圍造成了不利影響；

為了保證一定的采礦效率，設(shè)備的行走速度被迫提高，影響了設(shè)備的可控性和可靠性；

集礦器的吸附能力較弱，公布日為2016年2月24日，公布號(hào)為CN105350968A的中國專利文獻(xiàn)，公開了一種海底集礦車，其采用的吸礦罩采用了螺旋導(dǎo)流板和水射流噴嘴，從其附圖上可以看出，這種螺旋導(dǎo)流板與水射流噴嘴未能實(shí)現(xiàn)良好的配合，而且這種形式的螺旋導(dǎo)流板對(duì)提高吸附力的功效也十分有限；此外，其吸礦罩的密封不足，也會(huì)導(dǎo)致吸附能力的不足；

集礦器隨主體移動(dòng)時(shí)容易與礦石或其他障礙物發(fā)生碰撞，集礦器必須向上提升避開障礙物，導(dǎo)致吸力不足，當(dāng)避讓不及時(shí)，碰撞對(duì)集礦器會(huì)產(chǎn)生一定損傷；

由于水下地形復(fù)雜，現(xiàn)有海底集礦裝備行走時(shí)，對(duì)于水下復(fù)雜地形的探測不足，對(duì)于礦物分布也探測不足，影響了行進(jìn)路徑的正確引導(dǎo)判定，也影響了對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域的避開。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種海底集礦裝備，集礦器與主體之間采用分體式結(jié)構(gòu)，主體行進(jìn)緩慢的過程中集礦器自身可以自由移動(dòng)，尋找合適的礦區(qū)進(jìn)行采吸，提高采礦效率；提高集礦器的抽吸能力，同時(shí)使集礦器可以避讓障礙物。

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種基于旋渦水動(dòng)力特性的集群式深海海底集礦裝備，包括設(shè)備主體、多個(gè)海底適應(yīng)性集礦器10及各自輸?shù)V管；所述輸?shù)V管將設(shè)備主體與海底適應(yīng)性集礦器10連接，所述輸?shù)V管能夠受控調(diào)節(jié)伸出設(shè)備主體的長度；所述海底適應(yīng)性集礦器10具有履帶行走機(jī)構(gòu)，能夠受控自主行走。該設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的“一體化”結(jié)構(gòu)相比有效提高了運(yùn)動(dòng)的靈活性，并且集礦器距海底高度不會(huì)隨地形快速變化，使集礦效率穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，所述海底適應(yīng)性集礦器10的四周均勻布置多個(gè)小型履帶19，構(gòu)成所述小型履帶行走機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述海底適應(yīng)性集礦器10底部周圍設(shè)有裙式外罩18，所述裙式外罩在與障礙物相碰時(shí)能夠向內(nèi)側(cè)收縮抬起，通過障礙物后裙式外罩在重力作用下自動(dòng)垂落，起到增加集礦器底部封閉效果的作用。

更進(jìn)一步的，所述海底適應(yīng)性集礦器10內(nèi)部周圍設(shè)有一圈多個(gè)導(dǎo)流板23，至少有一處相鄰導(dǎo)流板之間設(shè)有噴水頭22，所述噴水頭噴凈水，使海底適應(yīng)性集礦器10內(nèi)部產(chǎn)生旋流效果，從而增加抽吸能力；所述裙式外罩18設(shè)有引導(dǎo)外部海水進(jìn)入的導(dǎo)流槽20。

再進(jìn)一步的，所述裙式外罩為多段式結(jié)構(gòu)，相鄰兩段具有部分交錯(cuò)，使外部海水進(jìn)入海底適應(yīng)性集礦器10時(shí)，產(chǎn)生一定旋流效果；交錯(cuò)部位產(chǎn)生的水流導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與所述導(dǎo)流板23的導(dǎo)流方向相適應(yīng)。

進(jìn)一步的，還包括水下探測器，所述水下探測器通過有線的方式與所述設(shè)備主體電連接，并在位于設(shè)備本體前方較高位置自動(dòng)行進(jìn)，具有視覺或聲吶探測功能。

更進(jìn)一步的，所述水下探測器包括聲吶探測儀1、電子設(shè)備艙2、若干螺旋槳推進(jìn)器4及對(duì)應(yīng)的多自由度連接器3、尾翼5、光電纜6；所述多自由度連接器可調(diào)節(jié)螺旋槳推進(jìn)器4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而調(diào)節(jié)水下探測器的行進(jìn)和轉(zhuǎn)向；所述光電纜6與設(shè)備主體連接。

更進(jìn)一步的，所述設(shè)備主體設(shè)有儲(chǔ)礦艙7、進(jìn)礦口8、減震器11、多個(gè)履帶行進(jìn)裝置、出礦口13、外輸?shù)V管14、水下探測器泊位16，所述履帶行進(jìn)裝置的最大行走速度為1m/s，所述履帶行走機(jī)構(gòu)的最大行走速度為3m/s。

更進(jìn)一步的，所述海底適應(yīng)性集礦器10設(shè)有碟形外罩17、裙式外罩18、小型履帶19、導(dǎo)流槽20、水泵21。

再進(jìn)一步的，儲(chǔ)礦艙7用于儲(chǔ)存來自海底適應(yīng)性集礦器10的礦物原料，內(nèi)部具有破碎裝置，可將大尺度的礦粒破碎成細(xì)小的顆粒以便于水力輸送。當(dāng)儲(chǔ)存量達(dá)到一定程度，可通過大型礦漿泵輸送至海底中繼艙。再進(jìn)一步的，進(jìn)礦口8內(nèi)部安裝有調(diào)節(jié)扁型輸?shù)V管9長度的機(jī)械裝置，便于扁型輸?shù)V管9自由伸縮以及防止纏繞。

進(jìn)一步的，儲(chǔ)礦艙7設(shè)置有減壓閥15，一旦儲(chǔ)礦艙內(nèi)壓力過大時(shí)，能夠通過向外排出海水來降低儲(chǔ)礦艙7內(nèi)的壓力。

進(jìn)一步的，海底適應(yīng)性集礦器10的集礦器外罩分為碟形外罩17和裙式外罩18兩部分。

更進(jìn)一步的，裙式外罩18具有多層褶皺，具有強(qiáng)伸縮性和靈活性。

進(jìn)一步的，所述設(shè)備主體采用蟒式全地形雙節(jié)履帶車的形式，兩臺(tái)履帶車一前一后布置，二者之間連接方式為鉸接，兩臺(tái)履帶車自帶驅(qū)動(dòng)能力；前面一臺(tái)履帶車安裝有水泵、扁形輸?shù)V管調(diào)節(jié)裝置，后面一臺(tái)履帶車安裝有破碎裝置、儲(chǔ)存裝置、輸送裝置。

更進(jìn)一步的，集礦器10誘導(dǎo)出特定的螺旋流對(duì)礦粒的抽吸力頻率接近半埋入海泥中礦粒的振動(dòng)固有頻率，從而激發(fā)海泥中的礦粒共振，使得礦粒更容易從海泥中被抽起。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)采用多個(gè)各自獨(dú)立的海底適應(yīng)性集礦器，與裝備主體通過柔性的輸?shù)V管連接，擴(kuò)大了采礦的范圍，設(shè)備主體可選擇相對(duì)平坦的海底道路，避開崎嶇的道路；該設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的“一體化”結(jié)構(gòu)相比有效提高了運(yùn)動(dòng)的靈活性，并且集礦器距海底高度不會(huì)隨地形快速變化，使集礦效率穩(wěn)定。

2)設(shè)備主體的行走速度可以大幅降低，在確保采礦效率的基礎(chǔ)上，提高了設(shè)備主體的可靠性與可控性；較低的行走速度同時(shí)能夠降低行進(jìn)過程中對(duì)海泥的揚(yáng)起，減弱對(duì)海底環(huán)境的不利影響。

3)在海底適應(yīng)性集礦器上設(shè)置了裙式外罩，提升了吸力；裙式外罩，其具有多層褶皺結(jié)構(gòu)，受力后可向上抬起，避開障礙物，因此具有很強(qiáng)的伸縮性和靈活性；其可以罩住集礦區(qū)域的海底表面，具有很強(qiáng)的海底地形適應(yīng)性，且可以減少對(duì)周圍海底的擾動(dòng)；集礦器的裙式外罩表面開有多個(gè)導(dǎo)流槽，用以誘導(dǎo)水平的螺旋流，進(jìn)而有利于增強(qiáng)集礦效果，提高單位能耗的抽吸力，從而配置更少數(shù)量的更小體積的水泵，降低集礦機(jī)主尺度從而大大降低能耗，更加環(huán)保。

4)導(dǎo)流槽內(nèi)部位置設(shè)置導(dǎo)流板，同時(shí)在相鄰導(dǎo)流板之間設(shè)置噴水頭，增加旋流效果，提升吸附能力；

5)裙式外罩能夠向上收縮，避開障礙物，在確保提升吸附力的同時(shí)還可以避免集礦器撞擊受損；

6)采用水下探測器，漂浮行走在設(shè)備主體前部上方，利用水下探測器探測作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布。水下探測器的設(shè)計(jì)滿足了深海采礦任務(wù)智能化的要求。

7)水下探測器設(shè)有電子設(shè)備艙，可將用于控制航行、探測、集礦、輸?shù)V等作業(yè)的電子設(shè)備置于電子設(shè)備艙內(nèi)，避免將其搭載于儲(chǔ)礦車上，從而減輕儲(chǔ)礦車的重量，使其能夠在海底較為平穩(wěn)地行進(jìn)。既有利于結(jié)構(gòu)安全，又有利于節(jié)省能量。

8)水下探測器與儲(chǔ)礦車之間通過光電纜連接，將光纖與金屬導(dǎo)線結(jié)合，既能夠滿足供電的需求，又能夠?qū)⑺绿綔y器的控制信號(hào)輸送至儲(chǔ)礦車，使得二者得以協(xié)同工作。

9)儲(chǔ)礦車采用履帶行進(jìn)裝置，其與海底的接觸方式是面接觸。與點(diǎn)接觸相比，履帶行進(jìn)裝置更加適應(yīng)海底松軟的地質(zhì)條件，作用于海底的壓強(qiáng)較小，能提供更大的抓地力，因此能夠連續(xù)、穩(wěn)定地行進(jìn)。

10)使用多臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器同時(shí)獨(dú)立工作，通過系統(tǒng)控制使得每一臺(tái)集礦器均覆蓋一定的工作范圍。因此，多臺(tái)集礦器與單臺(tái)相比，在單位時(shí)間內(nèi)相當(dāng)于覆蓋了更廣的作業(yè)范圍，進(jìn)而有效增加單位時(shí)間內(nèi)的集礦總量，提高工作效率，縮短任務(wù)周期。

11)扁型輸?shù)V管可以將輸?shù)V管道和光電纜集成于一體，便于礦物的傳輸以及集礦器的供電和控制。且扁型輸?shù)V管因其變形自由度受限制而更加便于伸縮和防止纏繞，提高了裝置的可靠性。

12)集礦器設(shè)置有裙式外罩，其具有多層褶皺結(jié)構(gòu)，因此具有很強(qiáng)的伸縮性和靈活性。其可以罩住集礦區(qū)域的海底表面，具有很強(qiáng)的海底地形適應(yīng)性，且可以減少對(duì)周圍海底的擾動(dòng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明海底集礦裝備的立體圖。

圖2是本發(fā)明海底集礦裝備的主視圖。

圖3是海底適應(yīng)性集礦器的立體圖。

圖4是海底適應(yīng)性集礦器底部位置的立體圖。

圖5是采用多段式結(jié)構(gòu)的裙式外罩的示意圖，相鄰兩段具有部分交錯(cuò)，使外部海水進(jìn)入海底適應(yīng)性集礦器時(shí)，產(chǎn)生一定旋流效果；交錯(cuò)部位產(chǎn)生的水流導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與所述導(dǎo)流板的導(dǎo)流方向相適應(yīng)。

圖6是采用導(dǎo)流板和切向孔結(jié)構(gòu)的裙式外罩的外部結(jié)構(gòu)示意圖，使得集礦器能夠根據(jù)工作條件采用兩種誘導(dǎo)旋流的方法。

圖7是采用導(dǎo)流板和切向孔結(jié)構(gòu)的裙式外罩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是設(shè)有備用水下探測器的海底集礦裝備的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖9是圖8的主視圖。

圖10是本發(fā)明海底集礦裝備設(shè)計(jì)的邏輯圖。

圖中，1.聲吶探測儀，2.電子設(shè)備艙，3.多自由度連接器，4.螺旋槳推進(jìn)器，5.尾翼，6.光電纜，7.儲(chǔ)礦艙，8.進(jìn)礦口，9.扁型輸?shù)V管，10.海底適應(yīng)性集礦器，11.減震器，12.履帶式行進(jìn)裝置，13.出礦口，14.外輸?shù)V管，15.減壓閥，16.水下探測器泊位，17.碟形外罩，18.裙式外罩，19.小型履帶，20.導(dǎo)流槽，21.水泵，22.噴水頭，23.導(dǎo)流板,24.切向孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

協(xié)同是指協(xié)調(diào)兩個(gè)或以上的個(gè)體，發(fā)揮各自功能，合作完成特定任務(wù)的能力。對(duì)于深海采礦這樣的復(fù)雜工程來說，包含多種作業(yè)任務(wù)，需要完成多項(xiàng)功能。因此，采用多種裝備“各司其職”，協(xié)同作業(yè)將是十分有效的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明提出一款海底集礦裝備，將智能化與協(xié)同化設(shè)計(jì)相結(jié)合。整套裝備包括水下探測器、海底適應(yīng)性集礦器和履帶式儲(chǔ)礦車等多個(gè)部分，能夠分別完成探測、采礦、儲(chǔ)礦和加工的功能。各個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)同配合，可顯著提高海底采礦作業(yè)的安全性和高效性。此外，每一種裝備都根據(jù)各自的作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行了合理化設(shè)計(jì)，使其在協(xié)同作業(yè)的同時(shí)，保證自身功能可實(shí)現(xiàn)，以期達(dá)到可靠性的要求。

參見圖10，下面對(duì)本發(fā)明總的設(shè)計(jì)思路進(jìn)一步闡述：

首先，從改善水力集礦性能和多個(gè)集礦器形成觸須式協(xié)同作業(yè)布局兩個(gè)方面提高集礦效率。從原理上具有突破：利用旋渦水動(dòng)力特性，增加負(fù)壓的傳遞距離，有效降低礦粒的臨界起動(dòng)速度，增加單位能耗的抽吸力；

第二，從減小行進(jìn)壓力和改進(jìn)抬礦方式兩個(gè)方面降低對(duì)海底環(huán)境的影響。從結(jié)果布置上具有創(chuàng)新：利用補(bǔ)水射流或者水平附加水射流，通過增加切向角動(dòng)量形成穩(wěn)定的豎軸旋渦。詳見附圖10。

實(shí)施例一：

如圖1-3所示，一款海底集礦裝備，包括水下探測器、履帶式儲(chǔ)礦車和海底適應(yīng)性集礦器等多個(gè)部分。水下探測器主要包括：聲吶探測儀1、電子設(shè)備艙2、多自由度連接器3、螺旋槳推進(jìn)器4和尾翼5等。水下探測器通過光電纜6與履帶式儲(chǔ)礦車連接。履帶式儲(chǔ)礦車主要包括：儲(chǔ)礦艙7、進(jìn)礦口8、減震器11、履帶式行進(jìn)裝置12、出礦口13、外輸?shù)V管14、減壓閥15和探測器泊位16等。海底適應(yīng)性集礦器主要包括：碟形外罩17、裙式外罩18、小型履帶19、導(dǎo)流槽20、水泵21。集礦器通過扁形輸?shù)V管9與儲(chǔ)礦車的進(jìn)礦口8相連接。

水下探測器的功能主要是：①探測海底地形；②探測海底礦物的分布；③搭載電子設(shè)備。水下探測器具備自航能力，并且能夠在深海環(huán)境中航行。探測器上安裝有聲吶探測儀1，用于探測海底地形和礦物的分布，以便合理地規(guī)劃行進(jìn)路徑，規(guī)避存在風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)域，以及提高集礦作業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，水下探測器的設(shè)計(jì)滿足了深海采礦任務(wù)智能化的要求。電子設(shè)備艙2搭載用于控制航行、探測、集礦、輸?shù)V等作業(yè)的電子裝備，其外殼為耐壓殼體結(jié)構(gòu)，能夠承受深海巨大的壓力。水下探測器的航行由螺旋槳推進(jìn)器4推進(jìn)，其通過多自由度連接器3與探測器相連，因此可以通過自由調(diào)整方向，實(shí)現(xiàn)航行姿態(tài)的調(diào)整。尾翼5能夠改善水下探測器的操縱性，使其穩(wěn)定航行，從而保護(hù)電子設(shè)備艙2內(nèi)的設(shè)備不受損壞。光電纜6是一種將光纖和金屬導(dǎo)線結(jié)合起來的傳輸介質(zhì)，兼具電力輸送和信息傳輸?shù)墓δ?。水下探測器通過光電纜6獲得來自儲(chǔ)礦車的電力供應(yīng)，同時(shí)將控制信號(hào)傳輸至儲(chǔ)礦車上的控制設(shè)備，使其按照規(guī)劃的路徑行進(jìn)和開展采礦任務(wù)。因此，這一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水下探測器和儲(chǔ)礦車的協(xié)同作業(yè)。

履帶式儲(chǔ)礦車的功能主要是：①儲(chǔ)存來自海底適應(yīng)性集礦器10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為水下探測器提供電力和停泊處所；⑤接收來自水下探測器的控制信號(hào)，并控制行進(jìn)路徑和采礦作業(yè)。來自海底適應(yīng)性集礦器10的礦物儲(chǔ)存于儲(chǔ)礦艙7中。儲(chǔ)礦艙7設(shè)置有多個(gè)進(jìn)礦口8，每個(gè)進(jìn)礦口通過扁型輸?shù)V管9與一臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器10相連。因此儲(chǔ)礦艙7可同時(shí)收集來自多臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器10采集的礦物，覆蓋較廣的范圍，進(jìn)而有效增加單位時(shí)間內(nèi)的集礦總量，提高集礦作業(yè)的整體效率。進(jìn)礦口8內(nèi)部安裝有調(diào)節(jié)扁型輸?shù)V管9長度的機(jī)械裝置，目的是便于扁型輸?shù)V管9自由伸縮以及防止纏繞。儲(chǔ)礦艙7中安裝有破碎裝置，可將大尺度礦粒破碎成細(xì)小的顆粒，以便于水力輸送。當(dāng)儲(chǔ)存量接近飽和時(shí)，可借助大型礦漿泵由出礦口13通過外輸?shù)V管14輸送至海底中繼艙。必要時(shí)亦可通過減壓閥15向外排出海水來降低艙內(nèi)壓力。儲(chǔ)礦車底部采用履帶式行進(jìn)裝置12，其與海底的接觸方式為面接觸。與點(diǎn)接觸相比，履帶式行進(jìn)裝置更加適應(yīng)海底松軟的地質(zhì)條件，作用于海底的壓強(qiáng)較小，壓陷小，因此能夠在大承載情況下連續(xù)、穩(wěn)定地行進(jìn)。履帶式行進(jìn)裝置12上還安裝有減震器11，目的是降低儲(chǔ)礦車在復(fù)雜海底地形上行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，保證結(jié)構(gòu)和設(shè)備的安全，以及對(duì)集礦器底盤進(jìn)行升沉補(bǔ)償，動(dòng)態(tài)貼靠海底，保證集礦作業(yè)任務(wù)的穩(wěn)定進(jìn)行。儲(chǔ)礦車上安裝有水下探測器泊位16，當(dāng)海底地形三維掃描完畢、非工作狀態(tài)以及集礦機(jī)修整時(shí)，可供探測器停泊。

海底適應(yīng)性集礦器10的主要功能是：①在海底表面自主移動(dòng)；②通過水泵的抽吸作用以及誘導(dǎo)螺旋流，收集海底礦物。集礦器的外罩分為兩部分，上部是碟形外罩17，下部是裙式外罩18。裙式外罩18具有多層褶皺，因此具有很強(qiáng)的伸縮能力和靈活性，可以罩住吸礦區(qū)域的海底表面，進(jìn)而減少對(duì)海底的擾動(dòng)。裙式外罩18表面均勻地開有導(dǎo)流槽20，其作用是誘導(dǎo)水平的螺旋流，進(jìn)而提高集礦的效果。集礦器底部安裝有小型履帶19，可以使得集礦器在海底自主行駛。集礦器的上部安裝有水泵21，借助水泵的抽吸作用可將礦物泵送至扁型輸?shù)V管9。

所述海底適應(yīng)性集礦器10內(nèi)部周圍設(shè)有一圈多個(gè)導(dǎo)流板23，至少有一處相鄰導(dǎo)流板之間設(shè)有噴水頭22，所述噴水頭噴凈水，使海底適應(yīng)性集礦器10內(nèi)部產(chǎn)生旋流效果，從而增加抽吸力。

本發(fā)明的基本思想是：根據(jù)海底集礦作業(yè)的特點(diǎn)，通過水下探測器、履帶式儲(chǔ)礦車和海底適應(yīng)性集礦器三者的協(xié)同作業(yè)，提高海底集礦作業(yè)的可行性、高效性，從而實(shí)現(xiàn)智能、協(xié)同、高效的海底集礦作業(yè)。

下面結(jié)合圖1-2進(jìn)一步說明本裝置的具體工作原理：

此智能化協(xié)同作業(yè)海底集礦裝備在某深海海域開展海底采礦任務(wù)。海底地形和礦物的具體分布未知，因此派出水下探測器執(zhí)行探測任務(wù)。水下探測器依靠聲吶探測儀1探測海底的地形狀況以及礦物的分布情況。這些信息經(jīng)過控制系統(tǒng)的處理，能夠規(guī)劃出最優(yōu)的行進(jìn)路徑，以提高集礦的生產(chǎn)率，并能夠避開存在危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)域。水下探測器的電子設(shè)備艙2內(nèi)攜帶有大量電子設(shè)備，用于控制其航行、探測以及采礦、儲(chǔ)礦、加工、輸送等任務(wù)。水下探測器依靠多自由度連接器3和螺旋槳推進(jìn)器4推進(jìn)，當(dāng)其需要上升、下降或轉(zhuǎn)彎時(shí)，可調(diào)整多自由度連接器3，改變螺旋槳推進(jìn)器4的位置和角度，從而實(shí)現(xiàn)航行姿態(tài)的控制。尾翼5能夠保證其在航行過程中維持穩(wěn)定。水下探測器依靠儲(chǔ)礦車供電，電力通過光電纜6傳輸，同時(shí)水下探測器發(fā)出的控制信號(hào)亦通過光電纜6傳輸至儲(chǔ)礦車。儲(chǔ)礦車上安裝有水下探測器泊位16，當(dāng)海底地形三維掃描完畢、非工作狀態(tài)以及集礦器修整時(shí)，可供探測器停泊。

儲(chǔ)礦車根據(jù)水下探測器的控制信號(hào)，按照規(guī)劃的路徑行進(jìn)。儲(chǔ)礦車采用履帶式行進(jìn)裝置12，能夠在復(fù)雜的海床表面連續(xù)、穩(wěn)定地行進(jìn)。履帶式行進(jìn)裝置12上還安裝有減振器11，使其在海底能夠平穩(wěn)地移動(dòng)，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性以及集礦作業(yè)的穩(wěn)定進(jìn)行。儲(chǔ)礦艙7設(shè)置多個(gè)進(jìn)礦口8和一個(gè)出礦口13。每個(gè)進(jìn)礦口通過扁型輸?shù)V管9與一臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器10相連。因此儲(chǔ)礦艙7可同時(shí)收集來自多臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器10采集的礦物，覆蓋較廣的范圍，進(jìn)而有效增加單位時(shí)間內(nèi)的集礦總量，提高集礦作業(yè)的整體效率。若集礦機(jī)向遠(yuǎn)離儲(chǔ)礦車的方向行進(jìn)，則需伸長扁型輸?shù)V管9的長度；反之，則需縮短。為此，進(jìn)礦口8內(nèi)部安裝有調(diào)節(jié)扁型輸?shù)V管9長度的機(jī)械裝置，便于扁型輸?shù)V管9自由伸縮。儲(chǔ)礦艙7不僅具備儲(chǔ)存礦物原料的功能，還安裝有加工設(shè)備，能夠?qū)⒌V物原料加工成礦漿。隨著集礦器源源不斷輸送礦物原料，礦漿的儲(chǔ)存量也不斷增加。當(dāng)達(dá)到某一程度時(shí)，借助大型礦漿泵，將儲(chǔ)存的礦漿由出礦口13通過外輸?shù)V管14輸送至海底中繼艙，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)的循環(huán)。

集礦器通過扁形輸?shù)V管9與儲(chǔ)礦車相連接，同時(shí)通過扁型輸?shù)V管9內(nèi)部集成的光電纜接收來自儲(chǔ)礦車的電力供應(yīng)和控制信號(hào)。借助小型履帶，集礦器可以在海底一定區(qū)域內(nèi)自主移動(dòng)，進(jìn)而開展集礦任務(wù)。集礦器下部的裙式外罩18具有多層褶皺結(jié)構(gòu)，可以罩住集礦區(qū)域的海底表面，減少對(duì)其他海底區(qū)域的擾動(dòng)，并且可以使集礦器與海底貼合更加緊密，有利于增強(qiáng)吸力。集礦開始后，在水泵21的抽吸作用下，海水和礦粒受到強(qiáng)大的抽吸力。大量的水通過裙式外罩18表面的導(dǎo)流槽20流入集礦器內(nèi)部，進(jìn)而誘導(dǎo)出水平的螺旋流。這種形式的螺旋流可以有效地增強(qiáng)集礦效果，提高集礦效率。被抽吸上來的礦物顆?；旌虾Ｋ秃Ｄ?，陸續(xù)通過裙式外罩19和碟形外罩18，并在水泵21的泵送作用下，通過扁型輸?shù)V管9輸送至儲(chǔ)礦車。

利用基于量綱分析的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究獲得不同大小礦粒在不同集礦工況(集礦流量、集礦器流域形態(tài)等)下的垂向受力規(guī)律。使得集礦作業(yè)中，通過計(jì)算分析獲得的抽吸力恰好滿足作業(yè)要求。過大的抽吸力不僅需要水泵提供更大的抽吸流量，更是增大了集礦器履帶的行走阻力，從而造成能耗極大浪費(fèi)。而剛好滿足集礦需求的抽吸力不僅能最大程度降低對(duì)海底的擾動(dòng)，抽吸過程中形成的貼靠海床吸附力增加了集礦器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)性，從而施工更加安全。

本實(shí)施例具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1、利用水下探測器探測作業(yè)區(qū)域附近的海底地形和礦物分布，進(jìn)而根據(jù)探測的信息合理地規(guī)劃海底集礦車和儲(chǔ)礦車的行進(jìn)路徑。

2、設(shè)有電子設(shè)備艙，可將用于控制航行、探測、集礦、輸?shù)V等作業(yè)的電子設(shè)備置于電子設(shè)備艙內(nèi)，避免將其搭載于儲(chǔ)礦車上。

3、水下探測器與儲(chǔ)礦車之間通過光電纜連接，能夠同時(shí)輸送電力和信息。

4、儲(chǔ)礦車采用履帶行進(jìn)裝置，適合于在海底行進(jìn)。

5、使用多臺(tái)海底適應(yīng)性集礦器同時(shí)獨(dú)立工作，能夠擴(kuò)大集礦范圍，提高單位時(shí)間內(nèi)的集礦總量。

6、使用扁型輸?shù)V管，其在機(jī)械裝置的作用下可以自由調(diào)整長度。

7、集礦器設(shè)置有裙式外罩，其具有多層褶皺結(jié)構(gòu)，因此具有很強(qiáng)的伸縮性和靈活性。

8、集礦器的裙式外罩表面開有多個(gè)導(dǎo)流槽，用以誘導(dǎo)水平的螺旋流。

實(shí)施例二:

與實(shí)施例一的不同之處在于：參見圖5，所述裙式外罩為多段式結(jié)構(gòu)，相鄰兩段具有部分交錯(cuò)，使外部海水進(jìn)入海底適應(yīng)性集礦器10時(shí)，產(chǎn)生一定旋流效果；交錯(cuò)部位產(chǎn)生的水流導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與所述導(dǎo)流板23的導(dǎo)流方向相適應(yīng)。

實(shí)施例三：

與實(shí)施例一、二的不同之處在于：參見圖6、圖7，將所述的導(dǎo)流板23設(shè)置于集礦器下部，同時(shí)碟形外罩下緣表面開有若干切向孔24，使得集礦器能夠根據(jù)工作條件采用兩種誘導(dǎo)旋流的方法。當(dāng)海底平坦，集礦器與海底貼靠較緊密時(shí)，借助水泵的抽吸和導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用，即可產(chǎn)生一定的旋流效果；當(dāng)海底崎嶇，集礦器無法緊密貼靠海底時(shí)，切向孔能夠產(chǎn)生橫向水射流，提供水流的的角動(dòng)量，從而保證旋流的產(chǎn)生。

實(shí)施例四：

與實(shí)施例一的不同之處在于：參見圖8、圖9，儲(chǔ)礦車主體的結(jié)構(gòu)采用蟒式全地形雙節(jié)履帶車的形式。兩臺(tái)履帶車一前一后布置，二者之間連接方式為鉸接。兩臺(tái)履帶車均有一定的驅(qū)動(dòng)能力，使其具有良好的越障能力和很強(qiáng)的地形適應(yīng)性。因此對(duì)于海底地形坡度較大的區(qū)域，與單臺(tái)履帶車相比，其具有更加良好的機(jī)動(dòng)性和通過性，進(jìn)而提高了海底集礦作業(yè)過程的可靠性。在設(shè)備布局方面，前面一臺(tái)履帶車主要安裝有水泵、扁形輸?shù)V管調(diào)節(jié)裝置等，后面一臺(tái)履帶車主要安裝有破碎裝置、儲(chǔ)存裝置、輸送裝置等。

半埋入海泥中的礦粒具有較為固定的振動(dòng)固有頻率范圍(13-17Hz)，集礦器誘導(dǎo)出特定的螺旋流對(duì)礦粒的抽吸力頻率接近半埋入海泥中礦粒的振動(dòng)固有頻率，從而激發(fā)海泥中的礦粒共振，使得礦粒更容易從海泥中被抽起，從而增加集礦效率。

以上四個(gè)實(shí)施例均為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種變換或改進(jìn)，在不脫離本申請(qǐng)總的構(gòu)思的前提下，這些變換或改進(jìn)都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。