CN111016560A - 履带式深海采矿车行走履带装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种履带式深海采矿车行走履带装置，包括安装于履带支架两侧的两条行走履带，行走履带上设有若干间隔布置的长履齿和短履齿，长履齿的高度大于短履齿高度；当长履齿完全插入土中时，长履齿布置方向与行走履带行进方向呈锐角；长齿板是弧板，长履齿中间部分相对于采矿车行进方向是向后凹陷的，在凸起面上中间位置竖向设置中间加固筋梁，凸起面两端竖向设有具有侧边加固筋梁；短履齿是呈具有一定高度和宽度的楔形体，楔形短履齿内部呈中空状态，楔形短履齿内部空腔中间设有起支撑和加固作用的短履齿筋梁，楔形短履齿外表面沿长度方向设有阶梯状的微型凸起。本发明能够使履带式深海采矿车具有更好的推进性能，防止打滑、沉陷、侧移。
Description
技术领域
本发明涉及一种海底工程作业设备技术，尤其是一种履带式深海采矿车行走履带装置。
背景技术
多金属结核主要赋存于4000-6000m海底表层土体中。海底表层土体性质不均匀，内聚力和内摩擦角均很小，含水率极高。基于海底表层土特殊的力学性质，履带式采矿车成为海底采矿的主要设备。履带上的履齿对海底土体施加向后的水平推动力，海底土体发生剪切变形，产生的剪切力便构成履带式采矿车的主要前进动力。但海底表层土具有扰动流体化特性，对外界扰动极为敏感，受扰动后土体强度会明显降低。水力式矿石采集头利用高压水流采集矿石，射流扰动后土体悬浮并沉降，成为履带车的行进下卧层。为匹配扰动后海底表层土体特殊性质，需要特殊设计的履齿形式以确保更大的行驶推动力和行进稳定性。
影响履带式采矿车稳定、有效行驶的因素还有：车体在行进过程中逐渐沉陷，导致行驶失效；侧向水流使采矿车发生侧向位移，导致开采路径偏移，影响采集效率。
中国专利申请CN 104802867 A公开了一种海底矿车行走底盘，包括车体支架、履带支架和安装于履带支架两侧的两条行走履带，行走履带上设有若干间隔布置的长齿板，相邻长齿板之间设有若干间隔布置的短齿板，长齿板的高度大于短齿板的高度；各长齿板垂直于行走履带的接地面并与行走履带行进方向呈锐角。该专利中增大剪切力的方法是通过增大与土体的剪切面的面积，但是，根据实际情况，履带车经过的深海表层土体是经过开采扰动的，深海表层土体扰动后强度降低明显，上述专利申请文件中提出的短履齿较难发挥作用，实现预期要求是比较困难的。另外，对于该专利申请文件中未提出有效的防侧移和预防沉陷技术。
发明内容
本发明针对扰动后海底土体强度降低而导致履带车行驶动力减弱问题以及稳定行驶问题，提供一种履带式深海采矿车行走履带装置，其具有强化推进性能，防止侧向位移，提高行进效率，适应于扰动后海底土体特性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种履带式深海采矿车行走履带装置，包括安装于履带支架两侧的两条行走履带，所述行走履带上设有若干间隔布置的长履齿和短履齿，长履齿的高度大于短履齿的高度；当长履齿完全插入土中时，长履齿布置方向与行走履带行进方向呈锐角；所述长齿板是呈一定弧度的弧板，长履齿中间部分相对于采矿车行进方向是向后凹陷的，在凸起面上中间位置竖向设置一定宽度的中间加固筋梁，凸起面两端竖向设有具有一定宽度的侧边加固筋梁，中间加固筋梁与侧边加固筋梁在形式和材料上一致；所述短履齿是呈具有一定高度和宽度的楔形体，楔形短履齿内部呈中空状态，并在楔形短履齿内部空腔中间设有起支撑和加固作用的短履齿筋梁，楔形短履齿的外表面沿长度方向设置有阶梯状的微型凸起。
所述中间加固筋梁和侧边加固筋梁均呈梯形。
所述短履齿筋梁的形状与楔形短履齿纵向截面形状相似。
所述短履齿筋梁与阶梯状微型凸起垂直。
所述楔形短履齿的长度和长履齿一致。
所述楔形短履齿的高度大于其自身宽度。
本发明相对于中国专利申请CN 104802867 A中海底采矿车行走底盘中所描述的齿形形式和齿形布置，本发明有如下优势和区别：（1）防侧滑；（2）预防沉陷；（3）增大驱动力；（4）适用于扰动后的海底稀软土。
增大驱动力和适用于扰动后的海底稀软土与CN 104802867 A海底采矿车行走底盘中提及的相关设计在原理上存在非常大的区别：CN 104802867 A海底采矿车行走底盘中增大剪切力的方法是通过增大与土体的剪切面的面积，但是，根据实际情况，履带车经过的深海表层土体是经过开采扰动的，深海表层土体扰动后强度降低明显，上述专利中提出的短履齿较难发挥作用，实现预期要求是比较困难的；而本发明充分考虑扰动后深海表层土体的性质改变，增大行驶驱动力的原理为通过特殊设计的楔形短履齿在插入土体后将下部扰动后的深海土体进行压实，压实后产生的压密区覆盖长履齿对下部土体的剪切路径，提高海底土体的剪切强度，剪切力提升进而驱动力增大。长履齿对土体的剪切路径经过压密区，能够为长履齿向后拨土中能够提供更大作用力。
在防侧移、预防沉陷等创新点上，CN 104802867 A海底采矿车行走底盘中并未提及相关设计及方法。
防止侧滑是保证履带车稳定、规则有序行驶的重要前提，本发明中特殊设计的长履齿弧形式样式能够提供更大的土体接触面，提供一定的与土体相接触的侧面积，在长履齿向后拨土过程中能够为履带车提供更大的作用力；长履齿上的具有一定宽度的特殊加固筋梁同时提供与土体相接触的侧面积，两侧的筋梁能够防止因扰动后土体发生沿长履齿面流动现象导致的土体滑移，能够缓解打滑现象，通过增大履齿与土体接触的侧面积，提供较大侧面约束力，防止履带车侧移。
长履齿上布置的筋梁以及楔形短履齿的侧面能够增大履齿与土体的整体侧向接触面积，在履带车行驶过程中能够防止履带车因侧向水流影响导致整体发生侧移，偏离预先估计的采矿路径，影响采矿效率。
预防沉陷是保证履带车采矿、行走的重要前提，本发明防止沉陷的创新为：特殊设计的楔形短履齿及其表面存在的阶梯状的微型凸起能够减小接地比压，楔形短履齿倾斜的表面在向后拨土过程以及楔形短履齿表面的阶梯状凸起在垂直插入土体过程中均能够为履带车整体提供斜上的作用力，缓解履带车的沉陷现象，防止沉陷；经过楔形短履齿压实之后的下部土体，形成一定厚度的压密层，提升土体的承载能力，防止矿车沉陷。
长履齿与履带表面不垂直，在履带车行进过程中，长履齿插入土体后的土体剪切面、楔形短履齿土体剪切面与集矿车行进方向成锐角，根据履带车整体受力分析，长履齿向后拨土过程中，土体提供给矿车斜上方的推动力而非单纯的水平推动力，提供的斜上推动力分解为水平推动力和垂直向上的提升力，提升力能够抵消一部分矿车推土体的压力，该作用力能够缓解履带车的沉陷现象，从而防止沉陷。
本发明充分考虑了经过水力式采矿车射流采矿，深海表层土体受高压射流扰动后剪切强度降低的现象，提出了一种特殊设计的履齿齿型：特殊设计的弧形长履齿，能够提高行驶效率，并在上边布置具有一定宽度的加固筋梁板，弧形的长履齿和筋梁板可约束侧向位移；特殊设计的空心楔形短履齿，短履齿表面设计有阶梯状的微型凸起，短履齿能够起到压实土体的作用。本发明的目的是提高采矿车行驶动力，节约能耗，防止车体侧向位移，提高采集效率。
附图说明
图1为履齿布置整体三维图；
图2为履齿布置左视图；
图3为履齿布置俯视图；
图4为长履齿示意图；
图5为楔形短履齿示意图；
图中：1-楔形短履齿、2-长履齿、3-侧边加固筋梁、4-中间加固筋梁、5-短履齿筋梁，6.凸起。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1-图5所示，履带式深海采矿车行走履带装置，包括行走履带上的长履齿2和短履齿1，行走履带上设计有若干间隔布置的长履齿2和短履齿1，相邻长履齿2之间布置短履齿1，长履齿2的高度大于短履齿1的高度；当长履齿2完全插入土中，长履齿2布置方向与履带车行进方向呈锐角，短履齿1垂直于行走履带。
长履齿2是呈一定弧度的弧板，长履齿2中间相对于车体行进方向是凹陷的，且在凹陷方向相反的一侧设有具有一定宽度的中间加固筋梁4，长履齿两边相对于车体行进方向是凸出的，且在凸出方向相反一侧设有具有一定宽度的侧边加固筋梁3，中间加固筋梁4与侧边加固筋梁3在形式和材料上一致。
短履齿1是呈具有一定高度和宽度的楔形体，楔形短履齿内部呈中空状态，并在楔形短履齿内部空腔中间设有起支撑和加固作用的短履齿筋梁5，楔形短履齿的外表面设计有阶梯状的微型凸起6，楔形短履齿1的长度和长履齿2一致，其高度小于长履齿2高度，楔形短履齿1的高度大于其自身宽度。
在履带车行进过程中，各长履齿2布置方向与履带车行进方向呈锐角，在长履齿2向后拨土过程中能够为履带车整体提供斜上的作用力，根据履带车整体受力分析，该作用力能够缓解履带车的沉陷现象；楔形短履齿1倾斜的表面在向后拨土过程中也能够为履带车整体提供斜上的作用力，缓解履带车的沉陷现象；同时，楔形短履齿1表面的阶梯状凸起6在垂直插入土体过程中也能够为履带车提供向上的作用力，缓解履带车的沉陷现象。
长履齿2特殊的弧形式样式可以提供更大的土体接触面，在长履齿2向后拨土过程中能够为履带车提供更大的作用力，同时，侧边加固筋梁3能够防止因扰动后土体发生沿长履齿面流动现象导致的土体滑移，能够缓解打滑现象。楔形短履齿1在插入土体后，能够将其周围一定范围内的土体进行压密，提高海底土体的剪切强度，长履齿对土体的剪切路径经过压密区，能够为长履齿向后拨土中能够提供更大作用力。
长履齿2上布置的筋梁以及楔形短履齿的侧面能够增大履齿与土体的整体侧向接触面积，在履带车行驶过程中能够防止履带车因侧向水流影响导致整体发生侧移，偏离预先估计的采矿路径，影响采矿效率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种履带式深海采矿车行走履带装置，包括安装于履带支架两侧的两条行走履带，所述行走履带上设有若干间隔布置的长履齿和短履齿，长履齿的高度大于短履齿的高度；当长履齿完全插入土中时，长履齿布置方向与行走履带行进方向呈锐角；其特征是，所述长齿板是呈一定弧度的弧板，长履齿中间部分相对于采矿车行进方向是向后凹陷的，在凸起面上中间位置竖向设置一定宽度的中间加固筋梁，凸起面两端竖向设有具有一定宽度的侧边加固筋梁，中间加固筋梁与侧边加固筋梁在形式和材料上一致；所述短履齿是呈具有一定高度和宽度的楔形体，楔形短履齿内部呈中空状态，并在楔形短履齿内部空腔中间设有起支撑和加固作用的短履齿筋梁，楔形短履齿的外表面沿长度方向设置有阶梯状的微型凸起。
2.如权利要求1所述的履带式深海采矿车行走履带装置，其特征是，所述中间加固筋梁和侧边加固筋梁均呈梯形。
3.如权利要求1所述的履带式深海采矿车行走履带装置，其特征是，所述短履齿筋梁的形状与楔形短履齿纵向截面形状相似。
4.如权利要求3所述的履带式深海采矿车行走履带装置，其特征是，所述短履齿筋梁与阶梯状微型凸起垂直。
5.如权利要求1所述的履带式深海采矿车行走履带装置，其特征是，所述楔形短履齿的长度和长履齿一致。
6.如权利要求1所述的履带式深海采矿车行走履带装置，其特征是，所述楔形短履齿的高度大于其自身宽度。
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