CN109398007B - 一种海底集矿车行走底盘及其自救方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深海采矿作业设备，具体地说是一种海底集矿车行走底盘及其自救方法，前伸缩架与后伸缩架的一端分别与所述本体的前后两侧伸缩连接，该本体的前后两侧均安装有推拉油缸，两侧推拉油缸的活塞杆分别与所述前伸缩架和后伸缩架相连，该前伸缩架及后伸缩架通过所述推拉油缸的驱动伸缩；所述前伸缩架及后伸缩架的另一端均连接有步进油缸，该步进油缸的活塞杆连接有在所述履带系统出现打滑或行走困难时完成支撑步进的支撑滑靴，该支撑滑靴通过所述步进油缸的驱动升降。本发明集履带行走与支撑步进相结合，能够适应深海海底各种复杂的地形，在履带行走出现打滑、行走困难时及时自救，顺利完成深海海底采矿的任务。
Description
技术领域
本发明涉及深海采矿作业设备，具体地说是一种海底集矿车行走底盘及其自救方法。
背景技术
随着陆地资源的不断枯竭和深海探测、研究的不断深入，位于海底的矿产资源逐渐走入了人们的视野。海底已知有商业开采价值的有多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等矿产资源。
其中，多金属结核赋存于水深4000～6000m的海底沉积物表层。海底沉积物土壤底质极为希软，且土壤性质不断变化，剪切强度为1～5kPa，土壤承载力远低于陆地上。为了完成多金属结核的开采，海底采矿车要求具备在海底行走的能力。目前在研的多金属结核采矿车底盘，基本上都是采用履带式结构。履带式底盘在陆地上得到了广泛的应用，但应用于海底作业时，由于土壤承载力低，土壤内摩擦角小，履带底盘行走主要靠土壤的剪切力推动；一旦土壤剪切强度突然变低，履带行走时土壤剪切破坏，希软的底质使履带式底盘普遍遇到车体沉陷、履带打滑、跑偏甚至不能行走的情况。这些情况一旦出现，处于深海海底的履带底盘很难自救。
发明内容
为了解决土壤剪切强度变低后履带底盘行走时土壤剪切破坏而导致的打滑或行走困难的问题，本发明的目的在于提供一种海底集矿车行走底盘及其自救方法。该海底集矿车行走底盘在履带出现打滑或行走困难时，可开始自救。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的海底集矿车行走底盘包括本体、安装在本体两侧的履带架及每侧履带架上的履带系统，还包括前伸缩架、后伸缩架、支撑滑靴、推拉油缸及步进油缸，其中前伸缩架与后伸缩架的一端分别与所述本体的前后两侧伸缩连接，该本体的前后两侧均安装有推拉油缸，两侧推拉油缸的活塞杆分别与所述前伸缩架和后伸缩架相连，该前伸缩架及后伸缩架通过所述推拉油缸的驱动伸缩；所述前伸缩架及后伸缩架的另一端均连接有步进油缸，该步进油缸的活塞杆连接有在所述履带系统出现打滑或行走困难时完成支撑步进的支撑滑靴，该支撑滑靴通过所述步进油缸的驱动升降；
其中：所述步进油缸的缸筒与前伸缩架及后伸缩架铰接，在所述前伸缩架和后伸缩架上均安装有支撑油缸，该支撑油缸的缸筒铰接于前伸缩架或后伸缩架上，所述支撑油缸的活塞杆与所述步进油缸的缸筒相铰接，通过支撑油缸的驱动调节所述支撑滑靴与海底地面接触的位置；
所述支撑滑靴包括下盖、上盖及底板，该底板的上表面设有下盖，所述步进油缸的活塞杆端部为球铰结构，该球铰结构通过所述上盖及下盖包裹，所述上盖与下盖相连；所述上盖与下盖的内壁分别设有与球铰结构接触的上衬套、下支撑衬套；所述底板为弧形板；
所述本体为中空结构、设有空腔，该空腔内安装有与所述前伸缩架及后伸缩架滑动连接的滑轨，所述本体底部的前后两侧均为向上弯折的翘板；
所述本体的左右两侧均设有供安装履带架的履带架连接部，该履带架连接部上分别开有螺纹孔A及键槽A；所述履带架为中空结构，中间为方形、前后两侧均向上翘起，该履带架与所述履带架连接部连接的一侧设有本体连接板，所述本体连接板上分别开有螺纹孔B及键槽B；所述螺纹孔A、键槽A、螺纹孔B及键槽B为允余设计；
所述履带系统的每个履带板内侧均设有可拆卸的履带链，外侧均设有可拆卸的履刺，该履刺的端面形状为倒置的三角形或渐开线形状；
所述前伸缩架的左右两侧及后伸缩架的左右两侧均连接有步进油缸，每个步进油缸的活塞杆均连接有支撑滑靴；所述本体的前后两侧上表面均设有油缸支座，所述推拉油缸的缸筒铰接于该油缸支座上；
本发明海底集矿车行走底盘的自救方法为：
当一侧或两侧的所述履带系统出现打滑或行走困难时，所述本体前侧的推拉油缸活塞杆伸出、将前伸缩架推出，然后前伸缩架与后伸缩架上的步进油缸活塞杆伸出，同时放下各自连接的支撑滑靴，通过海底地面施加各支撑滑靴的反作用力将行走底盘向上托起，本体前侧的推拉油缸活塞杆缩回、后侧的推拉油缸活塞杆伸出，进而将本体向前拉动；然后，前伸缩架与后伸缩架上的步进油缸活塞杆缩回、放下本体、收回支撑滑靴，本体后侧的推拉油缸活塞杆缩回，将后伸缩架向前拉动，完成一个循环，使行走底盘完成支撑步进；直到土壤剪切强度提升，前伸缩架与后伸缩架上的步进油缸活塞缩回，通过本体两侧的履带系统剪切土壤继续前进。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明的海底集矿车行走底盘，集履带行走与支撑步进相结合，能够适应深海海底各种复杂的地形，在履带行走出现打滑、行走困难时及时自救，顺利完成深海海底采矿的任务。
2.本发明的步进油缸可通过设置在前、后伸缩架上的支撑油缸调整与地面接触的位置。
3.本发明的支撑滑靴与步进油缸的活塞杆之间采用球铰支撑结构，能够适应复杂地表地貌。
4.本发明履带架连接部及本体连接板上设计的螺纹孔和键槽均采用允余连接设计，可根据实现情况对连接位置进行调整。
附图说明
图1为本发明行走底盘的立体结构示意图；
图2为本发明行走底盘的结构主视图；
图3为本发明行走底盘的结构俯视图；
图4为本发明行走底盘的左视剖视图；
图5为本发明行走底盘中支撑滑靴的结构示意图；
图6为本发明行走底盘中本体的结构示意图；
图7为本发明行走底盘中履带架的结构示意图；
图8为本发明行走底盘中履带板的立体结构示意图；
图9为图8的结构主视图；
其中：1为前伸缩架，2为本体，201为油缸支座，202为空腔，203为翘板，204为履带架连接部，205为螺纹孔A，206为键槽A，3为履带架，301为本体连接板，302为螺纹孔B，303为键槽B，4为履带系统，401为履刺，402为履带板，403为履带链，5为后伸缩架，6为支撑滑靴，601为下盖，602为下支撑衬套，603为上衬套，604为上盖，605为底板，7为推拉油缸，8为步进油缸，9为支撑油缸，10为滑轨，11为集矿头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～9所示，本发明的行走底盘包括前伸缩架1、本体2、履带架3、履带系统4、后伸缩架5、支撑滑靴6、推拉油缸7、步进油缸8及支撑油缸9，其中本体2为中空结构、设有空腔202，用于承载部分浮力材料及相关内部设施；空腔202内安装有滑轨10，前伸缩架1与后伸缩架5的一端分别通过滑轨10与本体2的前后两侧可伸缩地连接；本实施例的滑轨10为四条，滑轨10的形式可为现有陆地上的滑轨。
本体2的前后两侧各设有两个油缸支座201，每个油缸支座201上均铰接有一个推拉油缸7；即，本实施例共布置有两对推拉油缸7，本体2的前后两侧各一对，位于本体2前侧的两个推拉油缸7的缸筒铰接在本体2前侧的两个油缸支座201上，活塞杆均与前伸缩架1铰接，位于本体2后侧的两个推拉油缸7的缸筒铰接在本体2后侧的两个油缸支座201上，活塞杆均与后伸缩架5铰接。前伸缩架1及后伸缩架5通过推拉油缸7的驱动伸缩。本体2底部的前后两侧均为向上弯折的翘板203。
本体2的左右两侧均设有履带架连接部204，每侧的履带架连接部204上分别开有两列螺纹孔A205及位于两列螺纹孔A205中间的由上到下四个键槽A206，用于连接履带架3。履带架3为中空结构，用于存放浮力材料及部分设施，充分利用空间；履带架3中间为方形、前后两侧均向上翘起，该履带架3与履带架连接部204连接的一侧设有本体连接板301，本体连接板301上分别开有两列螺纹孔B302及位于两列螺纹孔B302中间的由上到下四个键槽B303。本发明的键槽A206、键槽B303、螺纹孔A205及螺纹孔B302为允余设计，根据深海沉积层底质土壤不同内聚力及承载力对应不同的沉降深度来调整把合位置。平时常置于剪切强度1kPa所对应位置把合，在深海沉积层底质土壤承载力好时不参与运行；当土壤剪切强度降低至1kPa，土壤承载力下降时，保证翘板203与深海沉积层底质土壤接触，提高行走底盘步进行走时回收支撑滑靴土壤支撑力，保证设备正常运行。
前、后伸缩架1、5形状结构均相同，一端分别与本体2通过滑轨10可伸缩地连接，另一端的左右两侧均铰接有步进油缸8，每个步进油缸8的活塞杆均连接有支撑滑靴6。本发明步进油缸8的活塞杆端为球铰结构，便于调整支撑滑靴6与地面不同角度的接触，以适应不同地形。支撑滑靴6包括下盖601、下支撑衬套602、上衬套603、上盖604、底板605，其中底板605为弧形板，底板605的上表面设有下盖601，步进油缸8的活塞杆端部为球铰结构，该球铰结构通过上盖604及下盖601包裹，上盖604与下盖601的内壁分别设有与球铰结构接触的上衬套603、下支撑衬套602。上盖604通过螺栓把合在下盖601上。支撑滑靴6可成组使用支撑步进，也可在履带系统4行走时单独使用，额外提供驱动力。
前伸缩架1另一端的左右两侧及后伸缩架5另一端的左右两侧均设有支撑油缸9，该支撑油缸9的缸筒铰接在前伸缩架1或后伸缩架5上，支撑油缸9的活塞杆与步进油缸8的缸筒铰接；步进油缸8负责收放，支撑油缸9负责调整支撑滑靴6与海底地面接触的位置。本发明的步进油缸8的缸筒也可直接把合在前伸缩架1或后伸缩架5上，从而省略支撑油缸9，简化步进油缸8的结构。
本发明履带系统4为现有技术，包括支重轮、拖链轮、张紧轮、驱动轮等，履带架3上安装支重轮及拖链轮的设施也为现有技术。本发明只对履带板作了改进，本发明履带系统4中的每个履带板402内侧均设有可拆卸的履带链403，外侧均设有可拆卸的履刺401，该履刺401的端面形状为倒置的三角形或渐开线形状，用于适应深海沉积层细软的土壤底质。
本发明将集矿头11与前伸缩架1布置在一起，随前伸缩架1一起滑动。
本发明海底集矿车行走底盘的自救方法为：
海底集矿车行走底盘在步进前行时，土壤与车体仅是车体自重产生的土壤压力沉降一个方向上问题，而履带前进时涉及土壤压力沉降和土壤剪切位移两个方向的复合问题。
本发明的海底集矿车行走底盘可以在双侧履带系统打滑、行走困难时通过支撑步进方式前进车体，也可以单侧或履带系统局部打滑严重时通过下放四个支撑滑靴中的一个或多个来提供额外的推力，使行走底盘摆脱当前环境。具体为：
海底集矿车行走底盘在海底前行时，一旦土壤剪切强度突然变低，行走底盘在行走时土壤剪切破坏；当一侧或两侧的履带系统4出现打滑或行走困难时，本体2前侧的推拉油缸7活塞杆伸出、将前伸缩架1推出，然后前伸缩架1与后伸缩架5上的步进油缸8活塞杆伸出，同时放下各自连接的支撑滑靴6，通过海底地面施加各支撑滑靴6的反作用力将行走底盘向上托起，本体2前侧的推拉油缸7活塞杆缩回、后侧的推拉油缸7活塞杆伸出，进而将本体2向前拉动。
然后，前伸缩架1与后伸缩架5上的步进油缸8活塞杆缩回、放下本体2、收回支撑滑靴6，本体2后侧的推拉油缸7活塞杆缩回，将后伸缩架5向前拉动，完成一个循环。不断重复上述过程，使行走底盘完成支撑步进；直到土壤剪切强度提升，前伸缩架1与后伸缩架5上的步进油缸8活塞缩回，通过本体2两侧的履带系统4剪切土壤继续前进。
Claims (8)
1.一种海底集矿车行走底盘，包括本体、安装在本体两侧的履带架及每侧履带架上的履带系统，其特征在于：还包括前伸缩架(1)、后伸缩架(5)、支撑滑靴(6)、推拉油缸(7)及步进油缸(8)，其中前伸缩架(1)与后伸缩架(5)的一端分别与所述本体(2)的前后两侧伸缩连接，该本体(2)的前后两侧均安装有推拉油缸(7)，两侧推拉油缸(7)的活塞杆分别与所述前伸缩架(1)和后伸缩架(5)相连，该前伸缩架(1)及后伸缩架(5)通过所述推拉油缸(7)的驱动伸缩；所述前伸缩架(1)及后伸缩架(5)的另一端均连接有步进油缸(8)，该步进油缸(8)的活塞杆连接有在所述履带系统(4)出现打滑或行走困难时完成支撑步进的支撑滑靴(6)，该支撑滑靴(6)通过所述步进油缸(8)的驱动升降；
所述步进油缸(8)的缸筒与前伸缩架(1)及后伸缩架(5)铰接，在所述前伸缩架(1)和后伸缩架(5)上均安装有支撑油缸(9)，该支撑油缸(9)的缸筒铰接于前伸缩架(1)或后伸缩架(5)上，所述支撑油缸(9)的活塞杆与所述步进油缸(8)的缸筒相铰接，通过支撑油缸(9)的驱动调节所述支撑滑靴(6)与海底地面接触的位置；
所述前伸缩架(1)的左右两侧及后伸缩架(5)的左右两侧均连接有步进油缸(8)，每个步进油缸(8)的活塞杆均连接有支撑滑靴(6)；所述本体(2)的前后两侧上表面均设有油缸支座(201)，所述推拉油缸(7)的缸筒铰接于该油缸支座(201)上。
2.根据权利要求1所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述支撑滑靴(6)包括下盖(601)、上盖(604)及底板(605)，该底板(605)的上表面设有下盖(601)，所述步进油缸(8)的活塞杆端部为球铰结构，该球铰结构通过所述上盖(604)及下盖(601)包裹，所述上盖(604)与下盖(601)相连。
3.根据权利要求2所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述上盖(604)与下盖(601)的内壁分别设有与球铰结构接触的上衬套(603)、下支撑衬套(602)。
4.根据权利要求2所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述底板(605)为弧形板。
5.根据权利要求1所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述本体(2)为中空结构、设有空腔(202)，该空腔(202)内安装有与所述前伸缩架(1)及后伸缩架(5)滑动连接的滑轨(10)，所述本体(2)底部的前后两侧均为向上弯折的翘板(203)。
6.根据权利要求1所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述本体(2)的左右两侧均设有供安装履带架(3)的履带架连接部(204)，该履带架连接部(204)上分别开有螺纹孔A(205)及键槽A(206)；所述履带架(3)为中空结构，中间为方形、前后两侧均向上翘起，该履带架(3)与所述履带架连接部(204)连接的一侧设有本体连接板(301)，所述本体连接板(301)上分别开有螺纹孔B(302)及键槽B(303)；所述螺纹孔A(205)、键槽A(206)、螺纹孔B(302)及键槽B(303)为允余设计。
7.根据权利要求1所述的海底集矿车行走底盘，其特征在于：所述履带系统(4)的每个履带板(402)内侧均设有可拆卸的履带链(403)，外侧均设有可拆卸的履刺(401)，该履刺(401)的端面形状为倒置的三角形或渐开线形状。
8.一种权利要求1至7任一权利要求所述海底集矿车行走底盘的自救方法，其特征在于：当一侧或两侧的所述履带系统(4)出现打滑或行走困难时，所述本体(2)前侧的推拉油缸(7)活塞杆伸出、将前伸缩架(1)推出，然后前伸缩架(1)与后伸缩架(5)上的步进油缸(8)活塞杆伸出，同时放下各自连接的支撑滑靴(6)，通过海底地面施加各支撑滑靴(6)的反作用力将行走底盘向上托起，本体(2)前侧的推拉油缸(7)活塞杆缩回、后侧的推拉油缸(7)活塞杆伸出，进而将本体(2)向前拉动；然后，前伸缩架(1)与后伸缩架(5)上的步进油缸(8)活塞杆缩回、放下本体(2)、收回支撑滑靴(6)，本体(2)后侧的推拉油缸(7)活塞杆缩回，将后伸缩架(5)向前拉动，完成一个循环，使行走底盘完成支撑步进；直到土壤剪切强度提升，前伸缩架(1)与后伸缩架(5)上的步进油缸(8)活塞缩回，通过本体(2)两侧的履带系统(4)剪切土壤继续前进。
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