CN112943254A - 一种行走采集一体式海底采矿车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行走采集一体式海底采矿车。包括前车体、后车体、连接前车体和后车体的连接装置；前车体前端设置有开采滚筒，开采滚筒与前车体通过液压悬臂连接；前车体底部设置有采集行驶一体轮，采集行驶一体轮通过驱动轴与前车体连接；采集行驶一体轮中间为车轮本体，沿车轮本体外周均匀设置有多个可调节弧形轮齿，所述可调节弧形轮齿板上设置有多个板齿；前车体上还设置有提升装置、传送装置；后车体底部设置有行驶气垫；行驶气垫设置有气体调节装置。本发明将传统采矿车的行驶结构与采集结构相结合，实现了采集行走的一体化，并能降低能耗，增加矿车的越野性能。

Description

一种行走采集一体式海底采矿车

技术领域

本发明涉及海底矿产资源开采设备领域，尤其涉及一种行走采集一体式海底采矿车。

背景技术

多金属结核具有极高的开采价值，海洋矿产资源丰富，据统计，世界大洋海底锰结核的总储量达30000亿吨，仅太平洋就有17000亿吨，海洋资源开发是目前世界各国竞争的焦点。

多金属结核分布在世界大洋底部水深3500—6000米海底表层沉积物中，在深海进行开采作业，必然会消耗大量的能量，因此经济性在采矿车的设计过程中是必然要考虑的。由于深海沉积物含水率高及承载力的特点，普通的轮式车体极易发生打滑，目前的深海采矿车主要采用的是履带式的行驶方式，采集方式则是在车体前单独设置水力式或机械式采矿装置，采矿车的行驶和采集需要分别驱动，耗能巨大，很难实现开采的经济性，同时履带式矿车具有转向困难，灵活性低的缺点。例如，公开号为CN106703812A的中国专利申请公开了一种深海钴结壳采矿车，包括：双车体框式车身以及设置于车身前端的切削装置和集吸装置、依次设置于车身上的分离仓、矿石储仓以及驱动机构，其中：集吸装置位于切削装置上方；所述的切削装置包括：带有机械臂和液压控制装置的三组螺旋式滚筒组；所述的集吸装置包括：与分离仓相连的收集盖、分别与分离仓和矿石储仓相连的离心泵，其中：收集盖和离心泵均通过软管与分离仓和矿石储仓相连。所述的驱动机构包括：设置于双车体框式车身底部的履带运动机构以及设置于双车体框式车身两侧的液压推进器。其即存在前述问题。

中国专利申请CN101482018A公开了一种铁锰结核水帘选矿车，主要由行进履带、挖矿轮、传输履带、高压水喷射头、矿箱、电力系统和两端提升绳组成，矿车行进时，旋转的挖矿轮在前方将矿物挖起并送到传送履带上，传送履带下方安装高压水喷射头，高压水喷射头透过传送履带间隙冲洗矿物，使较轻矿物及淤泥等杂物吹出，铁锰矿及更重矿物由传送带进入矿箱。该发明利用旋转的挖矿轮将赋存于海底沉积物中的矿石挖起，虽能有效采集矿石，但机械式的挖矿轮对海底环境扰动大，降低了行走机构下卧土层的承载力，容易导致矿车沉陷，不适用易沉陷地层。高压水射喷头虽能有效冲洗矿物，但此过程需要外部系统持续提供高压水流；同时传送履带的运转需要外部系统的动力供应，能耗大幅提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种行走采集一体式海底采矿车，将采矿车的行走装置与采集装置结合，能够在驱动矿车行驶的同时完成采集任务，节约采矿过程中的能耗，并且采矿车的行使方式为轮式驱动，增加了采矿车行驶过程中的灵活性。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种行走采集一体式海底采矿车，一种行走采集一体式海底采矿车，包括前车体、后车体、连接前车体和后车体的连接装置。

前车体前端设置有开采滚筒，开采滚筒与前车体通过液压悬臂连接。前车体底部设置有采集行驶一体轮，采集行驶一体轮通过驱动轴与前车体连接。采集行驶一体轮中间为车轮本体，沿车轮本体外周均匀设置有多个可调节弧形轮齿，所述可调节弧形轮齿板上设置有多个板齿。所述可调节弧形轮齿板的一端与车轮本体通过开闭机构活动连接，且角度可调。所述可调节弧形轮齿板的弧度与车轮本体弧度相同，闭合时可与车轮本体外周贴合。所述可调节弧形轮齿板的宽度大于车轮本体宽度。前车体上还设置有提升装置、传送装置。提升装置位于采集行驶一体轮的后侧。传送装置位于提升装置后侧。

后车体底部设置有行驶气垫。行驶气垫设置有气体调节装置，可以充气和放气调整气垫高度。

优选的，连接装置为弹性材料，其外侧设有保护弹簧，用于连接前后两部分车体。

优选的，所述开采滚筒为圆柱形，并排两个设置在前车体前方，开采滚筒外层为螺旋挡板，两个滚筒上的螺旋挡板方向相反，车体前进时，开采滚筒转动，矿车前方土体及结核随着滚筒上螺旋挡板的旋转向车体两侧移动，当遇到一些障碍时，滚筒也能利用滚动对障碍物进行破碎或者清除。

优选的，所述可调节弧形轮齿板的宽度大于车轮本体宽度

优选的，采集行驶一体轮为左右两个，通过横轴连接，横轴与驱动轴连接。

优选的，前车体和采集行驶一体轮之间还设有挡板。可以减少行走采矿时的扬尘。

优选的，提升装置是挡板传送带，挡板设有20°-40°倾角，防止采集到的矿物滑落，提高采集率。传送装置是传送带。

优选的，提升装置设置有高度调节装置。使提升装置的高度与采集行驶一体轮不同状态相适应。

本发明的特点和有益效果是：

1、将传统采矿车的行驶结构与采集结构相结合，实现了采集行走的一体化。车体通过采集行驶一体轮驱动，控制采集行驶一体轮上可调节轮齿的张开程度完成不同任务。正常采集行驶时可调节轮齿张开，增大剪切力，完成结核采集；转弯或在土体软弱区行驶时，可调节轮齿闭合，减少车轮接地比压，减少下沉。车体前的开采滚筒具有减少行驶阻力、清理路障和协助采集的作用。实现了采矿车的行驶与采集结核，边行驶边采集，降低采集过程中的能耗。

2、采用了前轮驱动结合气垫的行驶方式，避免传统履带车转向困难、易沉陷的问题，增加了采矿车的越野性。

附图说明

图1为本发明的整体结构三维示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的行走采集示意图；

图4为本发明采集行驶一体轮张开状态细部构造图；

图5为本发明采集行驶一体轮闭合状态细部构造图；

图6为文发明开采滚筒细部构造图；

附图标记列表：1-前车体、2-后车体、3-开采滚筒、301-螺旋挡板、4-采集行驶一体轮、401-可调节弧形轮齿板、402-板齿、5-液压悬臂、6-提升装置、7-传送装置、8-行驶气垫、9-连接装置、10-驱动轴、11-挡板。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图对本发明的优选实施方案进行详细的说明。

参见图1-6，一种行走采集一体式海底采矿车，包括前车体1、后车体2、连接前车体1和后车体2的连接装置9。连接装置9为弹性材料，其外侧设有保护弹簧，用于连接前后两部分车体。

前车体1底部设置有采集行驶一体轮4，采集行驶一体轮4通过驱动轴10与前车体1连接。前车体1前端设置有开采滚筒3，开采滚筒3与前车体通过液压悬臂5连接，通过调节液压悬臂5，可以根据地形调整开采滚筒3的高度，液压悬臂5内设有电缆，通过车内电机，驱动开采滚筒3旋转，用以扰动矿车前方赋存结核的土体，驱赶结核向矿车两边运动，便于采集，同时也能减少车辆沉陷造成的推土压力，并具有一定的清除路障的作用。所述开采滚筒3为圆柱形，并排两个设置在前车体前方，开采滚筒3外层为螺旋挡板301，两个滚筒上的螺旋挡板301方向相反，车体前进时，开采滚筒3转动，矿车前方土体及结核随着滚筒上螺旋挡板301的旋转向车体两侧移动，当遇到一些障碍时，滚筒也能利用滚动对障碍物进行破碎或者清除。采集行驶一体轮4中间为车轮本体，沿车轮本体外周均匀设置有多个可调节弧形轮齿板401，所述可调节弧形轮齿板401上设置有多个防滑板齿402。所述可调节弧形轮齿板401的一端与车轮本体通过开闭机构活动连接，且角度可调。所述可调节弧形轮齿板401的弧度与车轮本体弧度相同，闭合时可与车轮本体外周贴合，若矿车行驶到软弱区时，可将可调节弧形轮齿板401闭合，增大车轮的接地面积，依靠轮齿402剪切土体驶离软弱区。所述可调节弧形轮齿板401的宽度大于车轮本体宽度，闭合可以增大着地面积，打开可以增加剪切力并可以将结核拨起，实现行走采集一体化。采集行驶一体轮4为左右两个，通过横轴连接。横轴与驱动轴10连接。前车体1和采集行驶一体轮4之间还设有挡板11，可以减少行走采矿时的扬尘。前车体上还设置有提升装置6、传送装置7。提升装置6位于采集行驶一体轮4的后侧，可以收集采集行驶一体轮抛出的矿物并提升到高处，传送装置7位于提升装置6后侧，将提升装置6运送来的矿物传送到车体内的料仓内。提升装置6可以是挡板传送带，挡板设有20°-40°倾角，防止采集到的矿物滑落，提高采集率。提升装置6可以设置高度调节装置，使提升装置6的高度与采集行驶一体轮4相适应。传送装置7可以是传送带。

后车体底部设置有行驶气垫8。行驶气垫8设置有气体调节装置，可以充气和放气调整气垫高度。

所述车辆可以利用自身传感系统用以定位确定集矿车行驶路线的地形状况及前方土体是否为软弱区等，以及矿车的转向系统、开闭机构、提升装置、传送装置、气体调节装置等涉及的动力、控制系统，均为该发明实现所需的辅助系统，采用本领域常规技术即可实现，其具体工作方式不做具体讨论与要求。

下面对本发明所述的行走采集一体式海底采矿车的工作过程说明如下。

采集行驶过程：在正常路线行驶过程中，采集行驶一体轮4上的可调节弧形轮齿板401闭合，由前车体1的采集行驶一体轮4驱动，带动后车体2的行驶气垫8滑动。根据车底传感器获得行驶路线的地形数据，通过前车体11内的动力控制系统控制液压悬臂5，将开采滚筒3调整至螺旋挡板301插入土体5-8cm，以扰动矿车前方土体，将结核驱赶至采集行驶一体轮4附近。同时根据车体内的控制系统调整可调节弧形轮齿板401绕车轮本体转动，使其张开角度在45°-60°之间。可调节弧形轮齿板401插入海底稀软土体，通过剪切海底土体为矿车前进提供驱动力，并在旋转过程中挖取开采开采滚筒3驱赶到附近的结核。挡板11防止采集行驶一体轮在行驶采集过程中扬尘过大。当可调节弧形轮齿板401随着车轮旋转至离开土体时，可调节弧形轮齿板401所挖取的矿物结核在离心力的作用下被抛到后方的提升装置6上，提升装置6将采集的矿物结核提升，然后矿物结核落到传送装置7上，最终被运送到矿车内的料仓中，完成采集行驶过程。

转向过程：根据矿车规划路线，当矿车需要转向时，车内控制系统收到转向指令，暂停采集过程，开采滚筒3暂时停止旋转，液压悬臂5提升使开采滚筒3离开土体，减少转向阻力，并提高提升装置6的高度。通过车内的控制系统使采集行驶一体轮4的可调节弧形轮齿板401旋转闭合，以增大采集行驶一体轮4的接地面积，避免在转向过程中张开的可调节弧形轮齿板401对海底稀软的土体造成较大的破坏而发生沉陷，同时调整后车体2的行驶气垫8放气，使气垫与车轮在同一水平线上。闭合的采集行驶一体轮4依靠可调节弧形轮齿板401外侧的板齿402剪切土体行驶。转向过程中，前车体1内的转向系统控制前车体1转向，然后经过的连接装置9带动后车体1转向。待采矿车完成转向，按照规划路线继续行驶，再次进行采集行驶过程。

软弱土体区行驶：若矿车行驶至软弱土体区，极易发生沉陷，则与上述转向过程相同。暂停采集过程，开采滚筒3暂时停止旋转，液压悬臂5提升使开采滚筒3离开土体，减少沉陷风险，通过车内的控制系统使采集行驶一体轮4的可调节弧形轮齿板401闭合，增大前车体1采集可调节弧形轮齿板401的接地面积，避免张开的对软弱区海底稀软的土体造成较大的破坏发生沉陷，同时通过行驶气垫的气体调节装置调整后车体2的行驶气垫8放气，使气垫与车轮再同一水平线上。闭合的采集行驶一体轮4依靠可调节弧形轮齿板401外侧的板齿402剪切土体行驶，同时拖动后车体2的行驶气垫8运动，待采矿车逐渐驶出软弱区后，再次进行采集行驶过程。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种行走采集一体式海底采矿车，包括前车体、后车体、连接前车体和后车体的连接装置；

前车体前端设置有开采滚筒，开采滚筒与前车体通过液压悬臂连接；前车体底部设置有采集行驶一体轮，采集行驶一体轮通过驱动轴与前车体连接；采集行驶一体轮中间为车轮本体，沿车轮本体外周均匀设置有多个可调节弧形轮齿，所述可调节弧形轮齿板上设置有多个板齿；所述可调节弧形轮齿板的一端与车轮本体通过开闭机构活动连接，且角度可调；所述可调节弧形轮齿板的弧度与车轮本体弧度相同，闭合时与车轮本体外周贴合；前车体上还设置有提升装置、传送装置；提升装置位于采集行驶一体轮的后侧；传送装置位于提升装置后侧；

后车体底部设置有行驶气垫；行驶气垫设置有气体调节装置。

2.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，所述连接装置为弹性材料，其外侧设有保护弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，所述开采滚筒为圆柱形，并排两个设置在前车体前方，开采滚筒外层为螺旋挡板，两个滚筒上的螺旋挡板方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，所述可调节弧形轮齿板的宽度大于车轮本体宽度。

5.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，采集行驶一体轮为左右两个，通过横轴连接，横轴与驱动轴连接。

6.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，前车体和采集行驶一体轮之间还设有挡板。

7.根据权利要求1所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，提升装置是挡板传送带，挡板设有20°-40°倾角；传送装置是传送带。

8.根据权利要求1-7所述的一种行走采集一体式海底采矿车，其特征在于，提升装置设置有高度调节装置。

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