[0001] 本发明涉及海洋采矿设备技术领域，具体涉及一种采集头实验平台及其载荷的测试与分析方法。

[0002] 随着科学技术的飞速发展，人们对金属和矿产资源的需求逐渐增加。随着陆地矿产资源的日益贫乏和人类对海洋探索的日益深入，深海底正成为人类进军的下一个领域。相较于陆地，深海底蕴藏着广泛的矿产资源，不仅包括传统的油气，这些资源除了传统的油气外，还包括诸多尚未被充分研究和开发的金属和矿产资源。深海底极为丰富的矿产资源，被认为是人类21世纪最重要的接替资源。深海采矿技术包含矿产资源的前期勘测、深海采矿设备的研发以及大洋海底环境的保护等多个方面。此外，深海底的低温、高压等极端环境为装备设计和采矿作业带来了新的技术挑战。目前深海采矿试验技术发展还不成熟，各类设备的试验设计缺乏充分的经验指导，特别是采集头实验平台及其载荷的测试与分析方法。

[0003] CN117722182A公开了一种深海多金属结核开采试验系统，集矿机构包括伸缩式输送通道和采集头，伸缩式输送通道上设置有伸缩驱动机构，采集头上设置有高度探头，采矿车上还设置有可搭载ROV，并可布放、回收ROV以探测采矿车周围环境、辅助采矿车进行采矿作业的布放回收机构。本发明的深海多金属结核开采试验系统具有采集效率高、采集数据准确、减少污染的优点。该技术中的采集头置于最前端，且水平贴地，在行进过程中易卡壳，且该结构重点在于监控功能，无法对载荷情况进行测试。

[0032] 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

[0033] 需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0034] 另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。实施例1

[0035] 如图1所示，本实施例的目的是提供一种采集头实验平台，如图1所示，包括行车、附壁射流式水力采集头2，所述车体1和水力采集头2通过前支撑托架3和后支撑架连接；所述车体1用于固定支撑水力采集头2，同时承接输入管道7、输出管道8、结核收集料仓10、吸水管道9等设备。结合图2所示，所述行车包括车体1、前支撑托架3和后支撑架；所述前支撑托架3设于所述车体1前端的底部，为矩形托架，用于固定所述水力采集头2；所述后支撑托架4设于所述车体1的中部底部，用于承托输出管道8，并支撑所述水力采集头2的后端。

[0036] 车体1配有第二电机11，可沿轨道以不同前进速度移动，模拟采集设备携带采集头在海底移动采集的过程。

[0037] 附壁射流式水力采集头2通过前支撑托架3固定承托于车体1的前部，后支撑托架4也也起到部分支撑固定的作用，同时也支撑固定输出管道8。通过调节前支撑托架3、后支撑托架4可调节水力采集头2离地高度。

[0038] 其中第一电机5为射流泵6提供动力，将水池中水经吸水管道9送往输入管道7，形成一定的射流速度。可探究不同的射流速度对采集工作的影响，灵活调节射流速度和流量。

[0039] 输入管道7将水以一定的射流速度送入附壁射流式水力采集头2，带动模拟颗粒抬升，与水流一起通过输出弯管进入结核收集料仓10。通过调节水力采集头2内部结构，如射流角度、喷口间距、喷口形状等参数，探究不同结构参数对采集工作的影响。水力采集头2可以为市售，其内部结构并非本发明的保护点，此处不做详细说明。

[0040] 所述结核收集料仓10，设有筛网，由四根铁链固定搭载于车体1的甲板后端底部，与输出管道8的弯管末端相通，主要作用是滤除混合液中水分送回水池，并收集颗粒物。

[0041] 结合图3和图4所示，本发明的所述前支撑托架3包括多个第一竖直支架31和第一水平支架；所述第一竖直支架31的顶部与所述车体1的顶部连接，底部连接所述第一水平支架，所述第一水平支架包括首尾连接形成矩形的第一支杆321、第二支杆322、第三支杆323以及第四支杆324，所述第一竖直支架31为四个，分别连接矩形的四角；所述第一支杆321和第三支杆323所在直线分别与所述行车的行进方向垂直；所述第一支杆321上装有应变片形成第一载荷测试点13，所述第三支杆323装有应变片形成第二载荷测试点14。

[0042] 所述后支撑托架4包括多个第二竖直支架41和第二水平支架，所述第二竖直支架41的顶部与所述车体1的顶部连接，底部连接所述第二水平支架，所述第二水平支架包括首尾连接形成三角形的第五支杆421、第六支杆422以及第七支杆423；所述第五支杆421和第六支杆422连接形成第一顶点，所述第六支杆422和第七支杆423连接形成第二顶点，所述第七支杆423和第五支杆421连接形成第三顶点；所述第二竖直支架41为两根，底部分别连接所述第二顶点和第三顶点；两根所述第二竖直支架41之间还设有第八支杆43；所述第八支杆43与所述第七支杆423平行且在同一竖直平面；所述第一顶点装有应变片形成第三载荷测试点15；所述第八支杆43装有应变片形成第四载荷测试点16。

[0043] 所述第一载荷测试点13与第二载荷测试点14在同一水平面上；所述第三载荷测试点15和第四载荷测试点16在用竖直平面上；所述第一载荷测试点13、第二载荷测试点14、第三载荷测试点15以及第四载荷测试点16在同一纵剖面上。

[0044] 为探究不同海底环境对采集工作的影响，本实例支持不同的水下环境，如清水环境，含沉积物环境，有一定起伏的海底环境等。实施例2

[0045] 本实施例基于实施例1的采集头实验平台，给出载荷的测试和分析方法，结合图5所示，包括以下步骤：

[0046] 在装置准备阶段，在四个载荷测试点处安装应变片，监测水平方向和竖直方向载荷数据；记录载荷测试点之间水平、竖直间距，d12＝0.5m,d23＝0.3m,d34＝0.3m,z13＝0.7m,z34＝0.3m；

[0047] 在试验阶段，实时记录应变片载荷数据,F1x＝500N，F1z＝2200N，F2x＝1300N，F2z＝2000N，F3x＝1500N，F3z＝700N，F4z＝300N；

[0048] 分析载荷数据，将载荷测试点处的载荷平移集中于居中的载荷测试点3，根据前文提出公式得出在水槽中前进并采集颗粒时采集头的载荷分布情况，Fx＝2300N,Fy＝5200N,M＝‑2830N·m。

[0049] 以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。