CN112960044B - 一种复合橇板式海底矿车行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合橇板式海底矿车行走装置，包括矿车主体、推进转向装置、行走装置、浮力控制装置，推进转向装置包括螺旋桨推进器、整流罩、导流板，行走装置包括刚性橇板、柔性橇板，刚性橇板固定连接在矿车主体下部，柔性橇板固定连接在刚性橇板下方，柔性橇板包括外部保护层、水囊、气囊；外部保护层内设置有多个独立的水囊，水囊上部与橇板紧密相连水囊内部设置有气囊；浮力控制装置包括高压水泵、水管道、分水箱、充水阀、排水阀、高压气罐、气管道、充气阀、排气阀，每个水囊均设置有充水阀和排水阀，所述气囊设置有充气阀与排气阀。本发明可以使海底矿车适于放置、行走、脱陷自救、回收等不同的工作模式。

Description

一种复合橇板式海底矿车行走装置

技术领域

本发明涉及海洋矿产资源开采设备领域，尤其涉及一种复合橇板式海底矿车行走装置。

背景技术

多金属结核矿具有极大开采价值，主要分布在深海平原沉积物表层。这种沉积物一般极为松软，矿车在其上部行走时，极易产生大幅度沉陷。且含水率大，摩擦角几乎为0，与车辆间摩擦力很小，普通轮式行走装置极易打滑。

现阶段的海底采矿车主要有自行履带式、阿基米德螺旋推进式等，其中以履带式为主流，主要依靠履齿插入沉积土进行剪切，利用履齿对沉积土的剪切力的反作用力进行前进。但是深海沉积土抗剪能力也相对较弱，难以提供稳定的推进力，使得履带十分容易打滑。而阿基米德螺旋推进式矿车对土壤扰动破坏太大。两种矿车都面临着由于矿车自身重量导致大幅度下沉，造成额外的推土阻力的问题，降低行走效率。

例如，公开号为CN204659846U的中国专利申请公开了一种海底采矿车行走底盘，其对履带结构进行了改进，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，所述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。

深海平原总体坡度小，但是存在坑洼处，极易造成车辆沉陷，如果车辆不能及时脱困，会严重影响多金属结核收集效率，甚至会造成矿车的损毁。申请人之前申请有公开号为CN111017058A的发明专利，涉及一种海底集矿车行走过程中沉陷脱困自救装置，包括履带行进装置，其特征是，履带行进装置的外侧安装有能够展开及收起的支撑板，支撑板中心沿其长度方向开设有长条孔，履带行进装置内腔设置有液压控制装置和能够水平伸缩的动力轮，动力轮外圆周上固定安装有拨土齿轮，液压控制装置通过上下两排液压杆分别与支撑板球形铰接，形成万向节，在液压控制装置控制下，液压杆推动支撑板由竖直状态向水平状态展开，动力轮水平伸出后，拨土齿轮恰好处于支撑板的长条孔中。其发明思路为采用机械方法利用支点杠杆原理来实现脱困，但是海底泥沙量大，海水腐蚀性强，长期工作环境下，机械设备可能会产生可靠性降低等问题，申请人从另一发明思路出发进行了改进。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的矿车下沉程度大、行走效率低以及陷入坑洼后自救方式较为复杂的问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种复合橇板式海底矿车行走装置，包括矿车主体、推进转向装置、行走装置、浮力控制装置，所述推进转向装置位于矿车主体尾部。

其中，矿车的推进转向装置包括螺旋桨推进器、整流罩、导流板。整流罩包裹在螺旋桨推进器周围，导流板设置在整流罩后缘，可左右活动调节。螺旋桨推进器有两个，均转速可调。

行走装置包括刚性橇板、柔性橇板，刚性橇板固定连接在矿车主体下部，柔性橇板固定连接在刚性橇板下方，柔性橇板包括外部保护层、水囊、气囊；外部保护层内设置有多个独立的水囊，水囊上部与橇板紧密相连，多个水囊彼此紧密相连，水囊内部设置有气囊。

浮力控制装置包括高压水泵、水管道、分水箱、充水阀、排水阀、高压气罐、气管道、充气阀、排气阀，每个水囊均设置有充水阀和排水阀，充水阀通过水管道、分水箱与所述高压水泵相连，排水阀为只允许水从气囊内部流向外部的单向阀，当内部水压达到一定程度打开；所述气囊设置有充气阀与排气阀，充气阀通过气管道与高压气罐相连，排气阀与外界相连通，为可以控制开启的单向阀。

优选的，刚性橇板后端固定连接有抑尘挡板。

优选的，外部保护层为具有铁丝夹层、表面光滑的柔性防割材料。起到对内部囊体的保护作用。

优选的，水囊呈长方体或圆柱体形。

优选的，最前端水囊较中后部水囊位置高。形成一个坡度，有利于爬坡及防撞。。

优选的，水囊和气囊均由具有弹性与坚韧度的柔性材料构成。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明充分考虑了深海沉积物的特性，采用刚性橇板和柔性橇板相结合的复合橇板，在保证强度的同时增大车辆与海底接触面积，降低接地比压，可以有效减小车辆的下沉量，避免因车辆自身重力导致的下陷过大。

2、柔性橇板中设置有水囊和气囊，取代了结构复杂的悬挂装置，可以在实现越野、减震性能的同时减少设备故障发生频率起到减震作用。

3、本申请可以通过水、气的变换来改变车身重心，调节浮力，以适于放置、行走、脱陷自救、回收等不同的工作模式。

4、车辆前进动力采用螺旋桨推动方式，在车尾上部设置螺旋桨推进装置，推进装置设置有整流罩、导流板等，可实现行走转向等操作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的后视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明单个水囊、气囊的剖面图；

附图标记列表：1矿车主体、2推进转向装置、201螺旋桨推进器、202整流罩、203导流板、3行走装置、301刚性橇板、302柔性橇板、303抑尘挡板、4浮力控制装置、401高压水泵、402水管道、403分水箱、404充水阀、405水囊、406排水阀、407高压气罐、408气管道、409充气阀、410气囊、411排气阀。

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1-2，一种复合橇板式海底矿车行走装置，包括矿车主体1、推进转向装置2、行走装置3、浮力控制装置4，所述推进转向装置2位于矿车主体1尾部。

其中，所述推进转向装置2包括螺旋桨推进器201、整流罩202、导流板203。整流罩202包裹在螺旋桨推进器201周围，起到聚拢水流，减少动能消耗的作用，导流板203设置在整流罩202后缘，可左右活动实现转向，能够改变螺旋桨出水方向，以此改变前进方向。螺旋桨推进器201有两个，均转速可调，可以通过转速调节来实现车辆转向。

如图3-4所示，行走装置3包括刚性橇板301、柔性橇板302、抑尘挡板303。刚性橇板301固定连接在矿车主体1下部，刚性橇板301前端上翘，后端固定连接有抑尘挡板303。刚性橇板301为不易变形的金属板、复合材料板等。柔性橇板302固定连接在刚性橇板301下方。柔性橇板302包括外部保护层、水囊405、气囊410。外部保护层可以是具有铁丝夹层、表面光滑的防割材料，起到对内部囊体的保护作用，外部保护层内设置有多个独立的水囊405，水囊405呈长方体或圆柱体形，水囊405上部与橇板紧密相连，最前端水囊较中后部水囊位置高，形成一个坡度，有利于爬坡及防撞。多个水囊405彼此紧密相连。水囊405内部设置有气囊410。水囊405和气囊410均由具有较好弹性与坚韧度的弹性材料组成，可以保证强度和密闭性。

浮力控制装置4包括高压水泵401、水管道402、分水箱403、充水阀404、排水阀406、高压气罐407、气管道408、充气阀409、排气阀411。每个水囊405均设置有充水阀404和排水阀406，充水阀404通过水管道402、分水箱403与所述高压水泵401相连，排水阀406为只允许水从气囊内部流向外部的单向阀，当内部水压达到一定程度才会打开。所述气囊设置有充气阀409与排气阀411，充气阀409通过气管道408与高压气罐407相连，排气阀411与外界相连通，为可以控制开启的单向阀。浮力控制装置4中高压水泵、阀门、高压气罐等部件的开闭通过常规的控制方式即可实现，不再赘述。

车辆在海底着陆前，打开高压水泵401、充水阀404，使水通过分水箱403再分别经过水管道402、充水阀404向水囊405中充水，柔性橇板302开始膨胀获得弹性，逐渐具备缓冲、减震功能。柔性橇板302接触海底，使矿车获得缓冲。当冲击力过大时，水囊内的水流在冲击力作用下从出水阀流出，达到缓冲的作用。

矿车着陆后，通过尾部的螺旋桨推进器转动，实现在海底平原的前进，通过两螺旋桨的速度差以及转向导流板的摆动，实现转向功能。在崎岖路面行走时，可以通过改变水囊水压力，增大充水囊包弹性，实现较好越野性能。

当需要改变车体浮力完成越障、脱陷等功能时，先关闭水囊405的充水阀404，打开气囊410的充气阀409，高压气罐407中的气体通过气管道408、充气阀409向气囊410内注入气体，使得水囊405中的水被从排水阀406处挤出，完成浮力的改变，再配合推进装置的推动力，即可完成脱陷过程。脱陷完成后，关闭气囊410的充气阀409，打开充水阀404、排气阀411，气体被从排气阀411处挤出，采矿车恢复普通行驶状态。

当回收矿车时，也可以进行相关操作，对气囊充气，增大浮力，减少矿车回收耗能。

本发明充分考虑了深海沉积物的特性，采用刚性橇板和柔性橇板相结合的复合橇板，在保证强度的同时增大车辆与海底接触面积，降低接地比压，可以有效减小车辆的下沉量，避免因车辆自身重力导致的下陷过大。柔性橇板中设置有水囊和气囊，取代了结构复杂的悬挂装置，可以在实现越野、减震性能的同时减少设备故障发生频率起到减震作用。本发明还可以通过水、气的变换来改变车身重心，调节浮力，以适于放置、行走、脱陷自救、回收等不同的工作模式。

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 (4)

1.一种复合橇板式海底矿车行走装置，包括矿车主体、推进转向装置、行走装置、浮力控制装置，所述推进转向装置位于矿车主体尾部；其特征在于：

推进转向装置包括螺旋桨推进器、整流罩、导流板，整流罩包裹在螺旋桨推进器周围，导流板设置在整流罩后缘，可左右活动调节，螺旋桨推进器有两个，均转速可调；

行走装置包括刚性橇板、柔性橇板，刚性橇板固定连接在矿车主体下部，柔性橇板固定连接在刚性橇板下方，柔性橇板包括外部保护层、水囊、气囊；外部保护层内设置有多个独立的水囊，水囊上部与橇板紧密相连，多个水囊彼此紧密相连，水囊内部设置有气囊；刚性橇板后端固定连接有抑尘挡板；外部保护层为具有铁丝夹层、表面光滑的柔性防割材料；

浮力控制装置包括高压水泵、水管道、分水箱、充水阀、排水阀、高压气罐、气管道、充气阀、排气阀，每个水囊均设置有充水阀和排水阀，充水阀通过水管道、分水箱与所述高压水泵相连，排水阀为只允许水从气囊内部流向外部的单向阀，当内部水压达到一定程度打开；所述气囊设置有充气阀与排气阀，充气阀通过气管道与高压气罐相连，排气阀与外界相连通，为可以控制开启的单向阀。

2.根据权利要求1所述的一种复合橇板式海底矿车行走装置，其特征在于，水囊呈长方体或圆柱体形。

3.根据权利要求1所述的一种复合橇板式海底矿车行走装置，其特征在于，最前端水囊较中后部水囊位置高。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种复合橇板式海底矿车行走装置，其特征在于，水囊和气囊均由具有弹性与坚韧度的柔性材料构成。

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