ГЛУБОКОВОДНЫЙ АГРЕГАТ СБОРА ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПАССИВНОГО КОНТАКТНОГО ТИПА (АСПК)

Полезная модель относится к техническим средствам освоения твердых полезных ископаемых Мирового океана и может быть использовано для добычи железомарганцевых руд.
Известны классические принципы конструктивного исполнения добычной машины - самоходный агрегат сбора (АС), движение которого по поверхности дна океана обеспечивает гусеничный движитель. Именно гусеничный механизм осуществляет перемещение грунтозаборного устройства (ГУ) по заданной траектории и несет на себе все обеспечивающее оборудование.
Известно устройство по патенту США №5203099 «Автономная мобильная драга», содержащее корпус на гусеничном ходу, подвижно установленный на приводе и одновременно вращающийся вокруг дуги на 360 градусов и шламовый насос, установленный на ковше драги.
Недостатками использования гусеничного движителя в подводных условиях являются:
1. Перемещение агрегата по дну океана, осложненному трещинами, уступами, обвалами и нагромождениями осадочных пород даже для гусеничного способа перемещения, как наиболее надежного из известных, представляется весьма сложной и опасной задачей.
2. Заваливание АС в грунт за счет значительного веса машины, особенно при ее использовании на грунтах с низкой несущей способностью, является фактором, требующим определенных конструктивных решений, исключающих возможные аварийные состояния.
3. АС на гусеничном ходу имеет предел функциональных возможностей в части обеспечения производительности предприятия. Наращивание производственных показателей возможно лишь при увеличении количества одновременно работающих машин, что существенным образом усложняет технологический цикл спускоподъемных операций, и значительно увеличивает риски со всеми вытекающими последствиями в эксплуатационных режимах и внеплановых ситуациях (технологические простои, аварийные ситуации).
4. Использование АС на гусеничном ходу отрицательно сказывается на экологическом равновесии среды: неизбежно возникновение «мутьевого облака», происходит разрушение осадочных слоев при перемещении машины по дну к местам выполнения работ.
Так же известно техническое решение по патенту РФ №2181835 «Агрегат сбора для глубоководной добычи полезных ископаемых», в котором агрегат сбора установлен на колесной паре и соединен трубопроводом с плавсредством, снабжен захватным механизмом и эрлифтным устройством, в котором захватный механизм выполнен в виде трособлочного узла.
Недостатками использования колесных пар в глубоководных условиях на слабонесущих грунтах в качестве основного движительного элемента являются-забуривание в грунты и заклинивание механизмов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и принятым за прототип является техническое решение по патенту РФ №2170824 «Устройство для разработки конкреций», содержащем раму-корпус, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодом, исполнительный орган и приемный бункер.
К недостаткам указанного прототипа «Устройство для разработки конкреций» можно отнести следующие позиции:
- перемещение такой добычной машины производится при помощи буксировочного троса, соединяющего его с обеспечивающим судном, что исключает возможность автономного передвижения и маневрирования по отрабатываемому участку месторождения;
- внедрение исполнительного органа в грунт производится под собственным весом машины, что существенно ограничивает возможности управления процессом выемки полезной руды;
- в глубоководных условиях использование подобной машины является нецелесообразным в силу недостаточной функциональности и отсутствия возможности автоматизированного управления рабочими процессами.
В целом можно сказать, что указанные недостатки наиболее существенно проявляются во всех подводных машинах, в которых усилие на перемещение по поверхности дна создается путем активного взаимодействия движителя с грунтом и определяется свойствами грунтов.
В предложенном техническом решении использован принцип комбинированного перемещения полезной модели по дну океана на глубинах до 6000 м с осложненным ландшафтным рельефом (склоны, осыпи, разломы) и на слабонесущих грунтах, характерных для мест залегания полиметаллических руд, заключающийся в том, что для обеспечения опоры машины используется конструкция пассивного типа в виде колес или лыж, а для ее управляемого перемещения - маршевые движители. Возможность одновременного использования опорной конструкции с регулируемой высотой отстояния от дна и маршевых движителей, установленных на корпусе машины, являются ее отличительной особенностью.
В представленной полезной модели использование колес (лыж) в опорной конструкции с возможностью ее регулируемой посадки на грунт обеспечивает изменение площади опорной поверхности машины и ее устойчивое положение на грунтах с переменной несущей способностью и сложным рельефом, а использование маршевых движителей - управляемое перемещение по курсу, что является отличительным и существенным признаком нового технического решения, которые позволяют избежать недостатки прототипа.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются:
- обеспечение максимально возможного количества выборки полезной руды и ее дальнейшую транспортировку на борт добычного судна;
- обеспечение многофункциональности одного АСПК;
- соблюдение экологического равновесия и безопасности в местах производства работ.
Технический результат обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем раму-корпус, грунтовый насос со всасывающим и напорным пульповодом, исполнительный орган, приемный бункер, установлены два маршевых движителя, которые путем создания тягового усилия с упором о воду позволяют перемещаться АСПК по курсу, с возможностью реверса и регулирования скорости и вектора движения, и два движителя, предназначенные для управления перемещением устройства по крену. При этом опора на грунт и движение по нему осуществляются пассивно опорной конструкцией, состоящей из конструктивных элементов в виде лыж или колес, либо их комбинацией. Так же на корпусе устройства установлены от одного до трех навесных исполнительных органов (ИО), обеспечивающих выемку руды как при движении АСПК вперед, так и при движении назад.
В частном случае АСПК может быть выполнен так, что фронтальными являются исполнительные органы ИО №2 и ИО №3, а ИО №1, является кормовым (фиг. 2). Тогда фронтальные исполнительные органы ИО №2 и ИО №3 могут выполнять только роль подгребающих ЖМК для кормового ИО №1, который осуществляет окончательную выемку и подачу ЖМК в гидравлическую систему подъема.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется схематичной конструкцией глубоководного агрегата сбора твердых полезных ископаемых пассивного контактного типа, приведенной на фиг. 1, где:
1 - рама-корпус АСПК (1 шт.)
2 - исполнительный орган с приводом (возможно размещение от 1 до 3 шт.)
3 - опорная конструкция колесного типа(1 шт.)
4 - маршевые движители (2 шт.)
5 - гидроцилиндры (3 шт.)
6 - лебедка (1 шт.)
7 - гидроцилиндр привода опорной конструкции (1 шт.)
8 - движители для управления по крену (2 шт.)
9 - всасывающий пульпопровод (3 шт.)
10 - кабель- трос (1 шт.)
11 - напорный пульпопровод (1 шт.)
12 - приемный бункер (1 шт.)
13 - колеса с выдвижным механизмом (до 4 шт.)
14 - грунтовый насос (1 шт.)
На фиг. 2 (вид сверху) схематично показаны направления перемещения предлагаемой полезной модели в местах производства работ по поверхности дна океана: вперед, назад, разворот вокруг оси корпуса АСПК с подъемом одной или нескольких секций исполнительных органов ИО №1, ИО №2 или ИО №3.
Устройство работает следующим образом: спуск и подъем АСПК (фиг. 1) осуществляется с помощью кабель-троса 10 и основной лебедки 6, установленной на системе подъема. При управляемом изменении длины кабель-троса 10 посредством лебедки 6 обеспечивается регулируемое изменение высоты отстояния АСПК по вертикали относительно поверхности дна океана. На раме-корпусе 1 установлены маршевые движители 4 и движители для управления по крену 8, работающие с реверсом и регулируемой тягой. На раме-корпусе 1 на осях подвешены исполнительные органы 2, осуществляющие подачу рабочего тела по всасывающим пульпопроводам 9 в приемный бункер 12 для последующей транспортировки по напорному пульпопроводу 11. Опорная колесная конструкция 3, обеспечивающая равномерное распределение веса конструкции АСПК на грунте и заданное заглубление и выполняющая пассивную несущую функцию, крепится к раме-корпусу 1 и гидроцилиндру 7, отдельные колеса 13 выдвигаются, это позволяет изменять площадь опорной поверхности. Изменение площади опоры о грунт и подъем опорной конструкции колесного типа 3 к раме-корпусу 1 АСПК над поверхностью морского дна придает машине дополнительную маневренность, возможность сбора руды на особо мягких грунтах и при преодолении препятствий.
В зависимости от вида осадочных грунтов, их несущей способности, возможно исполнение опорной конструкции с использованием лыж вместо колес.
При движении АСПК, преодоление препятствий осуществляется:
- подъемом одной или нескольких секций ИО - 2;
- отработкой движителями - 4 и 8, путем создания требуемого вектора тяги;
- лебедкой - 6.
Работа АСПК выполняется путем движения по полосе, параллельной или перпендикулярной движению судна. В конце полосы производится разворот вокруг оси или сдвижка на ширину ИО и повторное параллельное движение.
Отсутствие механизма гусеничного перемещения, то есть отсутствие обязательного условия силового (активного) взаимодействия с грунтом при перемещении, значительно облегчает вес АСПК. Освободившийся ресурс позволяет использовать его на увеличение мощности маршевых движителей для перемещения в различных направлениях; удержания на месте в заданной точке координат на период, достаточный для выполнения той или иной операции; плавного перемещения по кривой в пространстве с ускорением, либо торможением.
Таким образом, АСПК получает возможность свободного маневрирования по поверхности дна и при преодолении рельефных препятствий. Скорость перемещения машины обеспечивается мощностными характеристиками маршевых движителей.
Площадь опорной поверхности выбрана так, чтобы обеспечить расчетное заглубление грунтозаборного устройства при первоначальной посадке на дно.
При этом следует стремиться к уменьшению величины заглубления до минимально возможного, с целью снижения сопротивления движению и, следовательно, к уменьшению требуемой мощности маршевых движителей.
Таким образом при применении указанного устройства достигается:
- обеспечение максимально возможного количества выборки полезной руды и ее дальнейшая транспортировка на борт добычного судна;
- обеспечение многофункциональности одного АСПК;
- соблюдение экологического равновесия и безопасности в местах производства работ.