一种水下采矿小车的制作方法

本发明属于采矿设备技术领域，涉及一种水下采矿小车。

背景技术：

随着世界工业和经济的高速发展，矿产资源消耗量急剧增加，陆地矿产资源在全球范围内日趋短缺甚至枯竭，人类将目光转向占地球表面积71％的海洋，海洋矿产资源开采是弥补陆地资源枯竭的有效方式。

现在国际普遍的采矿技术可分为两种。一是机械式开采。它利用长链斗或海底机器人把海底表面的矿石收集起来，然后运用传送带提上来，该方式存在工作范围小、工作效率低等问题。二是浮式开采。它利用高速对射水柱冲击海底矿石，通过泵和管道以水力或气力方式将碎小的矿石从海底提升，由于矿石体积较大，水柱不一定能够将其击碎，导致较大块的矿石无法被泵吸入，降低采矿量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种水下采矿小车，能够用于水下矿产资源探测和采集，灵活性好，工作效率高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种水下采矿小车，包括小车本体，所述小车本体内设有储存腔，所述小车本体的后端设有采矿装置，所述采矿装置包括矿浆泵一和输送管，所述输送管通过固定架设置在小车本体的后端面上，所述固定架上设有矿浆泵一，所述矿浆泵一的出水口通过水管与储存腔后端面的顶部相连通，所述矿浆泵一的进水口与输送管的一端相连通，所述输送管的另一端竖直向下且端部设有漏斗状的吸矿罩，所述吸矿罩内水平转动设置有转轴三，所述转轴三上固设有滚筒，所述滚筒的外侧沿周向均匀设有若干个刀片，所述刀片的外端伸出吸矿罩的下端开口，所述吸矿罩外侧通过基座设有电机三，所述转轴三的一端穿出吸矿罩与电机三的输出轴固连，所述吸矿罩的下端边沿设有能够朝海底喷射高压水柱的喷射机构，所述小车本体上设有能够驱动小车本体朝任意方向移动，并且能够使小车本体上浮至水面的驱动装置。

将采矿小车投放到指定海域，当采矿小车开始探测矿产资源时，通过驱动机构驱动小车本体沿着海底移动，当探测到矿石时，启动喷射机构，喷射机构朝海底喷射高压水柱，将矿石表面的植物和泥沙冲走，然后启动电机三，带动转轴三上的滚筒转动，滚筒上的刀片绞动海底的矿石，将矿石绞碎，同时启动矿浆泵一，将吸矿罩下的矿石和海水都吸入到小车本体的储存腔内，实现矿石采集功能，自动化程度高，安全可靠。

在上述的一种水下采矿小车中，所述储存腔内倾斜设有过滤网，所述过滤网靠近矿浆泵一的一侧高于过滤网远离矿浆泵一的一侧。

当矿石和海水被矿浆泵一吸入到储存腔内时，矿石被挡在过滤网的上方，海水流到过滤网的下方，将矿石和海水进行初步分离；此外，由于过滤网倾斜设置，矿石进入储存腔内后滚落至过滤网较低的一侧，使输送管出口不会被堆积的矿石堵住，影响矿浆泵一的正常工作。

在上述的一种水下采矿小车中，所述喷射机构包括环形集水管和矿浆泵二，所述环形集水管固设在吸矿罩的下端边沿，所述矿浆泵二通过底座一固设在固定架上，所述矿浆泵二的进水口通过进水管与储存腔后端面的底部相连通，所述矿浆泵二的出水口通过出水管与环形集水管相连通，所述环形集水管的下侧面沿周向倾斜设有若干个高压喷嘴，所述小车本体的顶部设有设备箱，所述设备箱内设有设备腔，所述设备腔内设有控制器和蓄电池，所述矿浆泵二通过控制器与蓄电池电连接，所述小车本体的前端面上设有电磁采矿探测器，所述电磁采矿探测器通过控制器与蓄电池电连接。

当电磁采矿探测器探测到矿石时，发送信号给控制器，控制器启动矿浆泵二，储存腔内的海水通过矿浆泵二加压后注入环形集水管内，再通过高压喷嘴喷射出去，冲击矿石的表面，将矿石表面的植物和泥沙冲走，还能将部分矿石冲击成小块，然后通过矿浆泵一将碎小的矿石和海水吸入储存腔内，实现矿石探测与采集功能，简单可靠；此外，高压喷嘴倾斜朝向吸矿罩内设置，所有高压喷嘴的水柱集中冲击同一块区域，使该区域内的矿石受到冲击向上运动，更加容易被矿浆泵一吸走，提高采集效率。

在上述的一种水下采矿小车中，所述驱动装置包括四个驱动机构，四个所述驱动机构分别两两设置在小车本体的左右两侧，所述驱动机构包括底座板和集气箱、活塞缸、活塞杆和转轴二，所述底座板通过铰接轴铰接在小车本体上，所述集气箱固设在底座板的下侧面上，所述集气箱靠近铰接轴的一侧设有电磁铁二，当底座板绕着铰接轴转动时，至少存在一个位置，使所述电磁铁二与小车本体相接触，所述集气箱内设有集气腔，所述集气腔内转动设置有转轴一，所述转轴一的下端穿过集气腔伸出集气箱且端部与活塞缸的底部固连，所述活塞杆的一端伸入活塞缸内且端部固设有活塞，所述活塞杆的另一端固设有顶板，所述顶板远离活塞杆的一侧垂直设有支撑板，所述转轴二水平转动设置在支撑板上，所述支撑板靠近吸矿罩的一侧通过底座二设有电机二，所述电机二的输出轴与转轴二的一端固连，所述转轴二的另一端固设有滚轮，所述集气腔内还设有电机一，所述电机一与转轴一传动连接，所述电机一和电机二均通过控制器和蓄电池电连接，所述活塞缸内设有能够限定活塞移动范围的限位机构。

当小车本体需要向前移动时，控制器启动电机一，通过转轴一使滚轮轮面朝向前进的方向，然后启动电机二，带动转轴二上的滚轮转动，驱动小车本体向前移动；当小车本体需要向其他方向移动时，启动电机一，通过转轴一使滚轮轮面朝向需要移动的方向，然后再启动电机二，带动转轴二上的滚轮转动，驱动小车本体朝该方向移动，使小车本体可以适应不同的地形，提高探测效率。

在上述的一种水下采矿小车中，所述限位机构包括复位弹簧和电磁铁一，所述活塞将活塞缸内部分为上腔和下腔，所述上腔和下腔内均装满磁流变液，所述活塞上设有若干个通孔，所述电磁铁一设置在上腔的顶部，所述复位弹簧设置在活塞与电磁铁一之间，所述电磁铁一通过控制器与蓄电池电连接。

由于海底地形高低不平，小车本体在移动的过程中会出现晃动，当滚轮向地势高的位置移动时，滚轮推动活塞杆和活塞向上腔移动，挤压复位弹簧，复位弹簧压缩吸收压力，当滚轮向地势低的位置移动时，复位弹簧被压缩的能量开始释放，推动活塞和活塞杆向下腔移动，使滚轮向下移动紧贴海底表面，在小车本体移动的过程中，所述复位弹簧可以起到缓冲作用，还能确保小车本体平稳的移动；此外，当输送管上的矿浆泵一开始吸矿时，控制器启动电磁铁一，使上腔和下腔内的磁流变液受到磁场的作用，流体阻力增大，抑制活塞上下移动，保证小车本体在采矿时不会上下晃动，提高矿浆泵一的工作效率。

在上述的一种水下采矿小车中，所述滚轮的外侧设有伸缩气囊，所述集气腔内装满压缩气体，所述底座二上固设有电动气泵，所述电动气泵通过管子与伸缩气囊相连通，所述电动气泵通过管子与集气腔相连通。

当储存腔内的矿石积累到一定数量时，关闭电磁铁二，使底座板可以绕铰接轴转动，启动电动气泵，从集气腔内抽取压缩气体加入伸缩气囊内，伸缩气囊充气膨胀，使滚轮受到向上的浮力，带动底座板绕着铰接轴转动，当底座板与小车本体的侧壁相接触时，小车本体限制底座板继续转动，此时滚轮处于水平状态，伸缩气囊提供的浮力带动小车本体上浮至水面，对储存腔内的矿石进行收集；此外，当滚轮陷入至泥浆中无法脱困时，启动电动气泵，从集气腔内抽取压缩气体加入滚轮外侧的伸缩气囊内，伸缩气囊充气膨胀，给滚轮提供一个向上的浮力，使滚轮可以摆脱泥浆，简单实用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、将采矿小车投放到指定海域，启动电磁采矿探测器和电机二，电磁采矿探测器可以探测小车本体附近的矿石，电机二带动滚轮转动，驱动小车本体前进，当需要改变小车本体的前进方向时，启动电机一带动转轴一转动，可以改变滚轮的转动方向，使采矿小车可以适应不同的地形，简单实用；

2、当电磁采矿探测器探测到矿石时，发送信号给控制器，控制器启动矿浆泵二，储存腔内的海水通过矿浆泵二加压后注入环形集水管内，再从高压喷嘴喷射出，冲击矿石表面的植物和泥沙，然后再启动电机三和矿浆泵一，电机三带动转轴三转动，使滚筒上的刀片绞动矿石，将矿石绞碎，矿浆泵一将吸矿罩下的矿石和海水一起吸入储存腔内，矿石被挡在过滤网上方，海水流到过滤网的下方，通过矿浆泵二注入环形集水管内，再次冲击岩土矿石，简单可靠；

3、当储存腔内的矿石积累到一定数量时，控制器关闭电磁铁二，使底座板可以绕着铰接轴转动，同时打开电动气泵，电动气泵从集气腔内抽气加入到滚轮外侧的伸缩气囊内，使伸缩气囊充气膨胀，滚轮受到向上的浮力，带动底座板绕着铰接轴转动，当底座板与小车本体的侧壁相接触时，小车本体限制底座板继续转动，此时滚轮处于水平状态，伸缩气囊提供的浮力带动小车本体上浮至水面，对储存腔内的矿石进行收集。

附图说明

图1是本水下采矿小车的结构示意图；

图2是图1中a-a处的剖视图；

图3是图1中b-b处的剖视图；

图4是图3中c处的局部放大图；

图5是伸缩气囊充气膨胀后水下采矿小车的结构示意图。

图中，1、小车本体；1a、储存腔；1b、过滤网；2、电磁采矿探测器；3、矿浆泵一；3a、输送管；3b、吸矿罩；3c、固定架；4、环形集水管；4a、高压喷嘴；5、矿浆泵二；6、设备箱；6a、设备腔；6b、控制器；6c、蓄电池；7、底座板；7a、铰接轴；8、集气箱；8a、集气腔；8b、转轴一；8c、电机一；8d、电磁铁一；9、活塞缸；9a、活塞杆；9b、活塞；9c、上腔；9d、下腔；9e、复位弹簧；9f、通孔；10、顶板；10a、支撑板；11、滚轮；11a、伸缩气囊；11b、转轴二；11c、电机二；11d、电动气泵；12、电磁铁二；13、电机三；13a、转轴三；14、滚筒；14a、刀片。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

参考图1至5，一种水下采矿小车，包括小车本体1，所述小车本体1内设有储存腔1a，所述小车本体1的后端设有采矿装置，所述采矿装置包括矿浆泵一3和输送管3a，所述输送管3a通过固定架3c设置在小车本体1的后端面上，所述固定架3c上设有矿浆泵一3，所述矿浆泵一3的出水口通过水管与储存腔1a后端面的顶部相连通，所述矿浆泵一3的进水口与输送管3a的一端相连通，所述输送管3a的另一端竖直向下且端部设有漏斗状的吸矿罩3b，所述吸矿罩3b内水平转动设置有转轴三13a，所述转轴三13a上固设有滚筒14，所述滚筒14的外侧沿周向均匀设有若干个刀片14a，所述刀片14a的外端伸出吸矿罩3b的下端开口，所述吸矿罩3b外侧通过基座设有电机三13，所述转轴三13a的一端穿出吸矿罩3b与电机三13的输出轴固连，所述吸矿罩3b的下端边沿设有能够朝海底喷射高压水柱的喷射机构，所述小车本体1上设有能够驱动小车本体1朝任意方向移动，并且能够使小车本体1上浮至水面的驱动装置。

将采矿小车投放到指定海域，当采矿小车开始探测矿产资源时，通过驱动机构驱动小车本体1沿着海底移动，当探测到矿石时，启动喷射机构，喷射机构朝海底喷射高压水柱，将矿石表面的植物和泥沙冲走，然后启动电机三13，带动转轴三13a上的滚筒14转动，滚筒14上的刀片14a绞动海底的矿石，将矿石绞碎，同时启动矿浆泵一3，将吸矿罩3b下的矿石和海水都吸入到小车本体1的储存腔1a内，实现矿石采集功能，自动化程度高，安全可靠。

具体来说，所述储存腔1a内倾斜设有过滤网1b，所述过滤网1b靠近矿浆泵一3的一侧高于过滤网1b远离矿浆泵一3的一侧。

当矿石和海水被矿浆泵一3吸入到储存腔1a内时，矿石被挡在过滤网1b的上方，海水流到过滤网1b的下方，将矿石和海水进行初步分离；此外，由于过滤网1b倾斜设置，矿石进入储存腔1a内后滚落至过滤网1b较低的一侧，使输送管3a出口不会被堆积的矿石堵住，影响矿浆泵一3的正常工作。

具体来说，所述喷射机构包括环形集水管4和矿浆泵二5，所述环形集水管4固设在吸矿罩3b的下端边沿，所述矿浆泵二5通过底座一固设在固定架3c上，所述矿浆泵二5的进水口通过进水管与储存腔1a后端面的底部相连通，所述矿浆泵二5的出水口通过出水管与环形集水管4相连通，所述环形集水管4的下侧面沿周向倾斜设有若干个高压喷嘴4a，所述小车本体1的顶部设有设备箱6，所述设备箱6内设有设备腔6a，所述设备腔6a内设有控制器6b和蓄电池6c，所述矿浆泵二5通过控制器6b与蓄电池6c电连接，所述小车本体1的前端面上设有电磁采矿探测器2，所述电磁采矿探测器2通过控制器6b与蓄电池6c电连接。

当电磁采矿探测器2探测到矿石时，发送信号给控制器6b，控制器6b启动矿浆泵二5，储存腔1a内的海水通过矿浆泵二5加压后注入环形集水管4内，再通过高压喷嘴4a喷射出去，冲击矿石的表面，将矿石表面的植物和泥沙冲走，还能将部分矿石冲击成小块，然后通过矿浆泵一3将碎小的矿石和海水吸入储存腔1a内，实现矿石探测与采集功能，简单可靠；此外，高压喷嘴4a倾斜朝向吸矿罩3b内设置，所有高压喷嘴4a的水柱集中冲击同一块区域，使该区域内的矿石受到冲击向上运动，更加容易被矿浆泵一3吸走，提高采集效率。

具体来说，所述驱动装置包括四个驱动机构，四个所述驱动机构分别两两设置在小车本体1的左右两侧，所述驱动机构包括底座板7和集气箱8、活塞缸9、活塞杆9a和转轴二11b，所述底座板7通过铰接轴7a铰接在小车本体1上，所述集气箱8固设在底座板7的下侧面上，所述集气箱8靠近铰接轴7的一侧设有电磁铁二12，当底座板7绕着铰接轴7a转动时，至少存在一个位置，使所述电磁铁二12与小车本体1相接触，所述集气箱8内设有集气腔8a，所述集气腔8a内转动设置有转轴一8b，所述转轴一8b的下端穿过集气腔8a伸出集气箱8且端部与活塞缸9的底部固连，所述活塞杆9a的一端伸入活塞缸9内且端部固设有活塞9b，所述活塞杆9a的另一端固设有顶板10，所述顶板10远离活塞杆9a的一侧垂直设有支撑板10a，所述转轴二11b水平转动设置在支撑板10a上，所述支撑板10a靠近吸矿罩3b的一侧通过底座二设有电机二11c，所述电机二11c的输出轴与转轴二11b的一端固连，所述转轴二11b的另一端固设有滚轮11，所述集气腔8a内还设有电机一8c，所述电机一8c的输出轴与转轴一8b靠近底座板7的一端固连，所述电机一8c和电机二11c均通过控制器6b和蓄电池6c电连接，所述活塞缸9内设有能够限定活塞9b的移动范围的限位机构。

当小车本体1需要向前移动时，控制器6b启动电机一8c，通过转轴一8b使滚轮11轮面朝向前进的方向，然后启动电机二11c，带动转轴二11b上的滚轮11转动，驱动小车本体1向前移动；当小车本体1需要向其他方向移动时，启动电机一8c，通过转轴一8b使滚轮11轮面朝向需要移动的方向，然后再启动电机二11c，带动转轴二11b上的滚轮11转动，驱动小车本体1朝该方向移动，使小车本体1可以适应不同的地形，提高探测效率。

具体来说，所述限位机构包括复位弹簧9e和电磁铁一8d，所述活塞9b将活塞缸9内部分为上腔9c和下腔9d，所述上腔9c和下腔9d内均装满磁流变液，所述活塞9b上设有若干个通孔9f，所述电磁铁一8d设置在上腔9c的顶部，所述复位弹簧9e设置在活塞9b与电磁铁一8d之间，所述电磁铁一8d通过控制器6b与蓄电池6c电连接。

由于海底地形高低不平，小车本体1在移动的过程中会出现晃动，当滚轮11向地势高的位置移动时，滚轮11推动活塞杆9a和活塞9b向上腔9c移动，挤压复位弹簧9e，复位弹簧9e压缩吸收压力，当滚轮11向地势低的位置移动时，复位弹簧9e被压缩的能量开始释放，推动活塞9b和活塞杆9a向下腔9d移动，使滚轮11向下移动紧贴海底表面，在小车本体1移动的过程中，所述复位弹簧9e可以起到缓冲作用，还能确保小车本体1平稳的移动；此外，当输送管3a上的矿浆泵一3开始吸矿时，控制器6b启动电磁铁一8d，使上腔9c和下腔9d内的磁流变液受到磁场的作用，流体阻力增大，抑制活塞9b上下移动，保证小车本体1在采矿时不会上下晃动，提高矿浆泵一3的工作效率。

具体来说，所述滚轮11的外侧设有伸缩气囊11a，所述集气腔8a内装满压缩气体，所述底座二上固设有电动气泵11d，所述电动气泵11d通过管子与伸缩气囊11a相连通，所述电动气泵11d通过管子与集气腔8a相连通。

当储存腔1a内的矿石积累到一定数量时，关闭电磁铁二12，使底座板7可以绕铰接轴7a转动，启动电动气泵11d，从集气腔8a内抽取压缩气体加入伸缩气囊11a内，伸缩气囊11a充气膨胀，使滚轮11受到向上的浮力，带动底座板7绕着铰接轴7a转动，当底座板7与小车本体1的侧壁相接触时，小车本体1限制底座板7继续转动，此时滚轮11处于水平状态，伸缩气囊11a提供的浮力带动小车本体1上浮至水面，对储存腔1a内的矿石进行收集；此外，当滚轮11陷入至泥浆中无法脱困时，启动电动气泵11d，从集气腔8a内抽取压缩气体加入滚轮11外侧的伸缩气囊11a内，伸缩气囊11a充气膨胀，给滚轮11提供一个向上的浮力，使滚轮11可以摆脱泥浆，简单实用。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种修改、补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。