CN114620209B - 能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置及方法，属于海底矿产资源开采技术领域。包括履带式集矿车、外履带板、履齿、多个伸缩装置和驱动装置；履带式集矿车包括履带；外履带板包覆在履带外；外履带板包括边板和内板，每一边板均位于两内板之间；内板为可伸缩板；履齿的一端设置于履带；履齿穿过边板；伸缩装置在履带和外履带板之间伸缩。在软弱承载土体上工作时，调节外履带板缩进，提高履齿长度；在较为坚实的土体上工作时，调节外履带板伸出，减小履齿长度。外履带板根据液压调节控制器伸出或缩回，保证集矿车具有足够牵引力的同时利用行进水流清理履齿面上粘附的深海土。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置及方法，属于海底矿产资源开采技术领域。
背景技术
深海多金属结核含多种具有极高经济价值的猛、钴、镍等稀有金属，在新能源、电子行业、医疗设备、航天工程等领域具有广泛的应用前景。多金属结核大多位于4000-6000米深的海底表面，赋存在15-20cm的上部深海沉积物中，处于半埋藏状态。深海沉积物具有颗粒粒径极小、含水率高、密度低、孔隙比大等物理特征，导致其具有低剪切强度、高塑性、高流变性等力学性质，这就使得在射流采集过程中，高压力水流在激起结核的同时使沉积物表面形成冲坑，对后部集矿车的行走安全造成威胁；在集矿车行走过程中，由于沉积物的特殊物理性质，很容易产生对履带齿的粘附，使得牵引力降低，诱发打滑、沉陷等工程安全问题。海底表面并不都是平坦的，而是有所起伏，且不同区域土体性质又有所不同，这就对集矿车行走系统提出了极高的要求，需满足在不同地形条件下集矿车均能够正常行驶以及履带能够提供足够牵引力的条件。
中国专利CN 112943254 A公开了一种行走采集一体式海底采矿车，主要由开采滚筒、采集行驶一体轮、行驶气垫等装置组成，通过前部的开采滚筒将矿石挖起，再由采集行驶一体轮集中矿石并送到传送履带上，同时矿车的行进也依靠采集行驶一体轮。该发明专利利用螺旋开采滚筒将赋存于海底沉积物中的多金属结核挖起，再由采集行驶一体轮收集，在这个过程中，由于车体仅具有两个采集行驶一体轮，导致其收集开采滚筒所挖起的结核时效率很低，开采面积不足且极易造成漏采；该发明专利中矿车的行进仅仅依靠两个采集行驶一体轮，虽然后部车体有气垫支撑，但前部车体的接地比压将会达到较大的数值，在软弱土体中行走时极易出现驱动力不足以及沉陷等严重工程问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服履带式采矿车在深海不同区域中地形条件以及土体性质的不同而出现的采集效率不高、履带打滑甚至沉陷等工程问题，提供一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置，包括履带式集矿车、外履带板、多个履齿、多个伸缩装置和驱动装置；所述履带式集矿车包括履带；所述外履带板包覆在履带外；所述外履带板包括多块边板和多块内板，每一边板均位于两内板之间；所述内板为可伸缩板，以改变位于内板两侧的两边板之间的距离；所述履齿的一端设置于履带、与履带之间具有连接面，所述履齿垂直于连接面；履齿穿过边板；所述伸缩装置的一端与履带固定连接、另一端与边板活动连接，在履带和外履带板之间伸缩；所述驱动装置驱动伸缩装置的伸缩。采矿作业进程中，履带板根据液压调节控制器伸出或缩回，保证集矿车具有足够牵引力的同时利用行进水流清理履齿面上粘附的深海土。
上述能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置还可以采用下述任意一种或多种方式进行优化或具体化：
所述伸缩装置为液压装置。
所述伸缩装置设置于所述履齿的两侧。
所述驱动装置为液压调节控制器。
所述边板的厚度与所述伸缩装置的最大长度之和等于履齿的长度。
还包括磁性吸附材料；所述边板包括第一板和第二板；所述第一板和第二板分别与位于履齿的两侧；所述第一板和第二板均与伸缩装置连接；所述磁性吸附材料位于所述第一板和第二板之间、设置于第一板和第二板。
还包括滚筒装置，所述滚筒装置设置在履带式集矿车前方；所述滚筒装置包括滚筒、液压器和弹簧；所述滚筒的运动方向与履带式集矿车的运动方向一致；所述液压器一端与滚筒连接、另一端与履带式集矿车连接；所述弹簧设置在滚筒和履带式集矿车之间。所述滚筒的数量为二；所述弹簧包括低刚度系数弹簧和高刚度系数弹簧；所述低刚度系数弹簧套设于液压器外。采矿作业进程中，水射流采集会形成形状、深度极不规则的冲坑，滚筒装置工作将地面压平和压实，为后部履带行走提供有利条件。
还包括集矿头，所述集矿头与集矿车连接；所述滚筒装置设置于集矿头与集矿车之间。所述采集头为用于水力式采集的采集头。
本发明还提供了能够适应多地形工作和改善行走条件的方法，采用上述任意一种集矿装置；在软弱承载土体上工作时，调节外履带板缩进，提高履齿长度；在较为坚实的土体上工作时，调节外履带板伸出，减小履齿长度。
本发明的有益效果是：
本发明充分考虑了深海底沉积物不同地形条件及不同区域土体性质对集矿车行走系统的影响，提出了一种能够改变履齿长度并可及时清理履齿粘附的装置——外履带板，同时为了减弱水力式采集射流扰动后对地面的影响以及改善深海底行走条件，提出了可以使射流采集后形成的冲坑恢复平整并压实地面以提高其承载能力的滚筒装置。外履带板可通过液压装置进行调节，以适应不同条件的工作区域，获得足够牵引性能的同时节省能源并保护履齿；根据外履带板所处的位置，控制外履带板伸出至履齿端部，以达到清理履齿间粘附堆积沉积物的目的。本专利利用水力式采集方法，由于所设置的滚筒的存在，使得水力冲采后在海底表面形成的冲坑恢复平整，因此可将水力采集宽度设置为与采集装置等宽，采集效率与结核采集率都将得到巨大提升。滚筒装置选用具有一定重量的铝合金制成，保证冲坑恢复压实至可供集矿车安全行走；滚筒装置通过左右各两个液压缸和高强度弹簧与上部钢板相连，可以自主适应海底地形变化，液压缸外部设置较低弹性刚度弹簧进行保护。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置的滚筒装置的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置未启用外履带板时的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置启用外履带板时的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置的外履带板的局部结构示意图。
其中，1-滚筒；2-高刚度系数弹簧；3-液压器；4-伸缩装置；5-外履带板；6-履齿；7-低刚度系数弹簧；8-钢板；9-上部控制器；10-下部控制器；11-边板；1101-第一板；1102-第二板；12-内板；13-磁性吸附材料；14-履带。
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。
本说明书附图所绘示的结构、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。
如图所示，一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置，包括：履带式集矿车、外履带板5、多个履齿6、多个伸缩装置4和驱动装置；履带式集矿车包括履带14；外履带板5包覆在履带14外；外履带板5包括多块边板11和多块内板12，每一边板11均位于两内板12之间；内板12为可伸缩板，以改变位于内板12两侧的两边板11之间的距离；履齿6的一端设置于履带14、与履带之间具有连接面，履齿6垂直于连接面；履齿6穿过边板11；伸缩装置4的一端与履带14固定连接、另一端与边板11活动连接，在履带14和外履带板5之间伸缩；驱动装置驱动伸缩装置4的伸缩、为伸缩装置4提供动力。
即在履带式集矿车的履带14外再套一履带——外履带板5，形成双层履带结构。主要由多块边板11和多块内板12组成的外履带板5是一种长度可变、可伸缩的履带板。其中，边板11为刚性板，满足履带板的支撑强度要求；内板12为柔性板，可以在两边板11之间的伸缩、改变位于内板12两侧的两边板11之间的距离，从而改变外履带板5的长度；边板11和内板12可以为固定连接。当伸缩装置4向外伸出时，外履带板5向外运动，外履带板5的内板12伸展，满足外履带板5变长的要求。具体的，内板12可以采用高强度可伸缩橡胶材料，其最大长度根据外履带板5最大曲率处履齿6端部间距进行计算得到。边板11可以采用钢板8。伸缩装置4、履齿6均可以采用钢材质。伸缩装置4、履齿6与履带14之间可以通过焊接的方式连接。
具体的，边板11的厚度与伸缩装置4的最大长度之和等于履齿6的长度。也就说，当伸缩装置4处于完全伸展的状态时，边板11的外表面与履齿6的末端持平；从而使得外履带板5整体平滑，其外表面不会存在凹凸不平的情况。
边板11与伸缩装置4末端之间的活动连接是指伸缩装置4末端可以沿外履带板5的长度方向活动。外履带板5的长度方向即集矿装置的运动方向。伸缩装置4伸长、推动边板11向外运动，伸缩装置4末端与履齿6之间的沿外履带板5长度方向的距离变化，边板11与伸缩装置4末端之间的活动连接，满足该条件。
边板11的宽度稍宽于履带14的宽度。履带14的宽度方向与外履带板5的宽度方向相同、与外履带板5的长度方向垂直。
具体的，边板11还可以包括第一板1101和第二板1102；第一板1101和第二板1102分别与位于履齿6的两侧；第一板1101和第二板1102均与伸缩装置4连接；此时，可以在第一板1101和第二板1102之间设置磁性吸附材料13，磁性吸附材料13设置于第一板1101和第二板1102。也就是说，边板11分为第一板1101和第二板1102两部分；第一板1101和第二板1102靠近履齿6的一端设置磁性吸附材料13；通过磁性吸附材料13将第一板1101和第二板1102于履齿6吸附在一起，保证外履带板5在伸出和缩回时一直紧贴履齿6。
其中，为了有利于外履带板5的及时推出和收回，伸缩装置4靠近履齿6设置。当边板11包括第一板1101和第二板1102时，每一履齿6均设置有两个伸缩装置4，两个伸缩装置4位于履齿6的两侧；相邻两个履齿6间为一组，一组包括四个伸缩装置4。
具体的，伸缩装置4可以为液压装置。此时，驱动装置可以采用液压调节控制器。液压调节控制器可以分为两个部分：上部控制器9和下部控制器10；设置一分隔线，外履带板5在分隔线以上时，受上部控制器9调节外履带板5伸出；在分隔线以下时，受下部控制器10调节缩回到初始设置位置。
作为一种实施方式，一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置还可以包括滚筒1装置，滚筒1装置设置在履带式集矿车前方；所述滚筒1装置包括滚筒1、液压器3和弹簧；滚筒1的运动方向与履带式集矿车的运动方向一致；所述液压器3一端与滚筒1连接、另一端与履带式集矿车连接；弹簧设置在滚筒1和履带式集矿车之间。履带式集矿车前方是指履带式集矿车在进行集矿作业时向前运动的方向。滚筒1装置与履带式集矿车之间可以通过连接件连接。具体的，滚筒1装置与履带式集矿车之间可以通过钢板8连接；钢板8水平设置，其底面连接液压器3的顶端。液压器3可以竖直设置，设置在滚筒1的两端；滚筒1和液压之间通过连接件连接。通过电机给滚筒1提供动力。滚筒1的宽度可以稍微宽于集矿车宽度，也可以等于集矿车宽度。
滚筒1的数量可以为两个；此时，液压器3的数量可以为四个。弹簧包括低刚度系数弹簧7和高刚度系数弹簧2；其中，低刚度系数弹簧7套设于液压器3外。滚筒1采用具有一定重量的中空金属圆筒。液压器3和弹簧构成了自适应调节装置，以适应射流采集后的不平整的海底表面。通过不同刚度的弹簧以及液压装置根据海底工作环境进行自适应离地高度调节。
作为一种实施方式，一种能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置还可以包括集矿头，集矿头与集矿车连接；所述滚筒1装置设置于集矿头与集矿车之间。
一种能够适应多地形工作和改善行走条件的方法，其特征在于，采用上述的任意一种集矿装置；在软弱承载土体上工作时，调节外履带板5缩进，提高履齿6长度；在较为坚实的土体上工作时，调节外履带板5伸出，减小履齿6长度。具体的是，采用水力式采集方法。可将水力式采集的采集宽度设置为与集矿装置等宽。
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作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.能够适应多地形工作和改善行走条件的集矿装置，其特征在于，包括：
履带式集矿车，所述履带式集矿车包括履带；
外履带板，所述外履带板包覆在履带外；所述外履带板包括多块边板和多块内板，每一内板均位于两边板之间；所述内板为可伸缩板，以改变位于内板两侧的两边板之间的距离；
多个履齿，所述履齿的一端设置于履带、与履带之间具有连接面，所述履齿垂直于连接面；履齿穿过边板；
多个伸缩装置，所述伸缩装置的一端与履带固定连接、另一端与边板活动连接，在履带和外履带板之间伸缩；
驱动装置，所述驱动装置驱动伸缩装置的伸缩；以及，
包括磁性吸附材料；所述边板包括第一板和第二板；所述第一板和第二板分别位于履齿的两侧；所述第一板和第二板均与伸缩装置连接；所述磁性吸附材料位于所述第一板和第二板之间、设置于第一板和第二板靠近履齿的一端。
2.根据权利要求1所述的集矿装置，其特征在于，所述伸缩装置为液压装置。
3.根据权利要求1所述的集矿装置，其特征在于，所述伸缩装置设置于所述履齿的两侧。
4.根据权利要求1所述的集矿装置，其特征在于，所述驱动装置为液压调节控制器。
5.根据权利要求1所述的集矿装置，其特征在于，所述边板的厚度与所述伸缩装置的最大长度之和等于履齿的长度。
6.根据权利要求1所述的集矿装置，其特征在于，还包括滚筒装置，所述滚筒装置设置在履带式集矿车前方；所述滚筒装置包括滚筒、液压器和弹簧；所述滚筒的运动方向与履带式集矿车的运动方向一致；所述液压器一端与滚筒连接、另一端与履带式集矿车连接；所述弹簧设置在滚筒和履带式集矿车之间。
7.根据权利要求6所述的集矿装置，其特征在于，所述滚筒的数量为二；所述弹簧包括低刚度系数弹簧和高刚度系数弹簧；所述低刚度系数弹簧套设于液压器外。
8.根据权利要求6所述的集矿装置，其特征在于，还包括集矿头，所述集矿头与集矿车连接；所述滚筒装置设置于集矿头与集矿车之间。
9.能够适应多地形工作和改善行走条件的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的集矿装置；在软弱承载土体上工作时，调节外履带板缩进，提高履齿长度；在较为坚实的土体上工作时，调节外履带板伸出，减小履齿长度。
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