一种深海采矿浮力运输装置

本发明属于深海采矿设备，具体涉及一种深海采矿浮力运输装置。

背景技术：

1、海底富含大量的锰结核、多金属硫化物、富钴结核等矿产资源，还有大量的稀有金属，开发海底矿产资源成为支撑未来经济、工业、科技发展的重要力量。

2、深海采矿一般以海面母船作为系统的支撑平台，在船舶底部的管船连接装置下面，连接矿浆提升立管直至距离海底几百米处，提升立管顶端与管船连接装置相连，提升立管底端连接有提升泵组、软管、海底采矿车等。采矿车在海底进行作业，将采集的矿浆由物料泵通过软管输送至提升泵组的进口，再由提升泵组通过提升立管将矿浆输送至海面母船。

3、由于矿浆中含有大量的海底泥浆，这些海底泥浆随同矿料一起，被物料泵、提升泵输送至母船；由于海底泥浆成分复杂，且含盐量高，一旦进入商业化开采，大量的海底泥浆堆放陆地，将会对陆地产生严重的环境污染。

4、此外，海底矿浆中还含有一些较大的矿物结核，一方面，受矿浆的提升管道直径限制，装不下特别大的大块矿物结核；另一方面，物料泵、提升泵一般是使用离心泵或柱塞泵，受输送泵功能限制，大块矿物结核在经过离心泵、柱塞泵时，会对离心泵、柱塞泵的泵体等主要零件产生严重磨损、变形，从而导致离心泵、柱塞泵失效；因此大块矿石不能通过管道输送的方式运送至母船，将被丢弃在海底，造成海底矿产资源浪费。

5、为解决上述问题，专利申请名称：一种深海浮力采矿系统，申请号：202311790279.3，通过浮球利用二只吊具，分别吊装回填箱和矿料箱，并在吊具与回填箱之间设有自控挂钩，将装有海底泥浆的回填箱，利用其自重超出浮球的浮力，下沉至采矿区沉底，在回填箱坐底后，矿料箱悬空，通过对矿料箱装填大块矿石，随着矿料箱重量不断增加，浮球对回填箱的拉力不断减小，当拉力减小到一定量时，自控挂钩自动解钩，回填箱留置海底，浮球带着矿料箱自动上浮。

6、由于自控挂钩为剪刀结构，在剪刀的上部二手柄之间设有压簧，将剪刀的上部二手柄撑开，使自控挂钩下部的刀口常开，剪刀的上部二手柄之间通过浮球向上拉力产生的夹紧力，克服压簧的反作用力，使剪刀的下部的刀口闭合，刀口闭合形成的吊孔悬挂回填箱的吊装绳；因此，当需要将回填箱的吊装绳挂到自控挂钩的吊孔内时，就必需先给剪刀结构的上部施加外部夹紧力，让刀口闭合形成吊孔，当浮球将回填箱吊起，对自控挂钩的剪刀上部二手柄产生夹紧力时，夹紧力克服压簧弹力，使刀口闭合后，再解除外部施加的外力，从而自控挂钩在海底才能实现自动解钩，所以操作比较繁琐。一旦操作失误，忘记给自控挂钩解除外力，自控挂钩的自动结构装置将失效。

7、也就是说，目前深海采矿浮力运输系统中，自控挂钩装钩过程比较繁琐，一旦操作失误，容易使自控挂钩的自动结构失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有深海采矿浮力运输装置中，自控挂钩装钩过程比较繁琐。一旦操作失误，将产生自控挂钩的自动结构失效的问题；发明一种深海采矿浮力运输装置，弥补现有深海采矿运输装置的不足。

2、为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

3、一种深海采矿浮力运输装置，包含浮球，吊具，回填箱，矿料箱，控制杆；所述回填箱、矿料箱上均设有吊装绳；所述浮球左右二边，至少对称设有一对吊耳，记作左吊耳和右吊耳；所述左吊耳下顺次连接第一吊具、自控挂钩、回填箱吊装绳、回填箱；所述右吊耳下顺次连接第二吊具、矿料箱吊装绳、矿料箱；其特征在于：所述自控挂钩与第二吊具之间水平铰接一根控制杆；所述控制杆长度大于第一吊具与第二吊具之间的垂线间距，第二吊具和第一吊具通过自控挂钩始终对控制杆保持夹紧力；所述悬挂在浮球上的矿料箱箱底比回填箱箱底高出h米；

4、所述自控挂钩包含一只∩形架，∩形架上端与第一吊具固定连接，∩形架下端，设有贯穿∩形架左右二侧侧板，且保持同心的推杆孔，推杆轴穿插在∩形架左右侧板的推杆孔上；所述回填箱吊装绳悬挂在∩形架左右侧板之间的推杆轴上；所述推杆轴左端端头在∩形架的外侧设有推杆销孔，推杆销设置在推杆销孔里，推杆销与控制杆左端铰链连接；

5、所述左侧板底部中心设有带内螺纹的阻尼器孔，且与推杆孔垂直相交，阻尼器孔内设有推杆轴的阻尼器。

6、本发明的目的还可以通过以下技术解决措施来进一步实现。

7、所述第一吊具与浮球左吊耳、第二吊具与浮球右吊耳之间为铰链连接。

8、所述第一吊具、第二吊具为缆绳，或锚链，或刚性杆。

9、所述控制杆包含叉头和长干，左端为叉头，右端为长杆，所述叉头右端与长杆左端固定连接。

10、所述控制杆的叉头，为音叉形状，上下贯通，叉口向左，叉口前后二侧侧板的端头设有连接孔，与推杆销铰链连接，并使得控制杆的最大水平移动距离l1约等于推杆轴上的l2长度。

11、所述推杆轴与推杆孔为间隙配合。

12、所述推杆轴的左端端头设有推杆销孔，推杆销孔与推杆销之间为过渡配合。

13、所述推杆轴在左侧板右侧带有锥度，锥度方向：左直径大右直径小。

14、所述阻尼器设置在阻尼器孔里，所述阻尼器孔从上向下，分别设有阻尼块、压簧、调节螺钉。

15、所述阻尼块上端设有与推杆轴外径相匹配的圆弧，下端设有压簧导向轴颈。

16、所述调节螺钉上端设有压簧导向轴颈，调节螺钉的螺纹与阻尼器孔的内螺纹设置的螺纹相匹配。

17、有益效果

18、本发明利用浮球、回填箱、矿料箱、自控挂钩等组成的深海水下运输系统，当浮球在回填箱与未加载的矿料箱牵引下一起沉海时，回填箱的底部比矿料箱底部低h米(h取值约为0.5米，取值太大，矿料箱在海底装填矿料不方便，取值太小，矿料箱底部容易与海床接触)，矿料箱在浮球的浮力影响下，悬浮在水中。

19、回填箱坐底后，通过遥控海底矿车，给矿料箱装载矿石，且在装载矿料的过程中，矿料箱在浮球的牵引下，始终漂浮在海里。由于控制杆长度大于第一吊具与第二吊具之间的垂线间距，且第二吊具和第一吊具通过自控挂钩始终对控制杆保持夹紧力，也就是说，即使自控挂钩已经释放了回填箱吊装绳，第二吊具和自控挂钩仍然在对控制杆施加夹紧力。由于自控挂钩受到控制杆的反作用力，该反作用力是作用在自控挂钩的推杆轴上，随着矿料箱的装载矿石量增加，第二吊具受浮球的牵引力增加，根据力的分解，控制杆上承受的夹紧力也同步增大，当矿料箱的负荷达到额定载荷时，控制杆对推杆轴的反作用力，大于推杆轴与阻尼器、推杆孔之间的摩擦力，自控挂钩上的推杆轴被控制杆向左拔出；由于回填箱上的吊装绳悬挂在推杆轴上，推杆轴被向左拔出推杆孔l2长度，回填箱吊装绳脱落推杆轴，即回填箱与浮球解除了约束，停留在海底；同时，浮球失去回填箱的约束，带着矿料箱随即上浮，直至海面，再利用海面母船上的物料吊将矿料箱提到母船；矿料箱上浮的同时，海底矿车也停止装载矿石。

20、通过回填箱第一吊具下的自控挂钩设置的自动卸载功能，不仅可以将回填箱从浮球上解除约束，停留海底，还可以自动限制矿料箱的矿石装载量，避免矿料箱因过载，无法上浮的问题。

21、为了精确设定矿料箱的额定装载矿石量，自控挂钩将自动解钩。利用阻尼器的调节螺钉调节压簧的压缩量，根据压簧的压缩量与压力成正比，通过压簧对阻尼块施加压力，精确设定阻尼块对推杆轴的摩擦力，保证自控挂钩在矿料箱达到额定装载矿石量时，就能够自动解钩。为了保证阻尼器的可靠性，本发明在阻尼块的下端、调节螺钉上端均设置了压簧的定位轴颈，使得阻尼块、压簧、调节螺钉能够保持同心；此外，由于压簧的变形量较大，具有较强的自我补偿功能，避免阻尼块因磨损，使阻尼器对推杆轴的摩擦力降幅过大。

22、为了使控制杆能够是自控挂钩能够快速脱钩，即将推杆轴从推杆孔内向左快速拔出，本发明利用推杆销和左侧板的左侧面，限制推杆轴插入推杆孔的长度，同时将推杆轴在左侧板的右侧设置为锥度轴，其锥度方向为：左直径大右直径小；为了避免控制杆和推杆轴释放回填箱吊装绳后，与∩形架脱开，本发明将叉头中l1长度设置与推杆轴中l2长度相等。

23、本发明深海采矿的浮力运输装置，利用装有海底泥浆的回填箱重力，将浮球带入海底；再利用机械式自动卸载装置——自控挂钩，通过对矿料箱加载，改变控制杆对自控挂钩的作用力，自动卸载回填箱、让矿料箱自动上浮至海面，实现绿色采矿。