CN116291461A - 一种深海采矿车防沉陷与脱困装置及其脱困方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海采矿车防沉陷与脱困装置及其脱困方法，涉及海洋采矿技术领域。采矿车包括车体，车体包括超临界二氧化碳储罐、履带式行进机构以及辅助轮，所述辅助轮包括辅助轮本体与若干喷头，通过同步带与所述行进机构同步转动，若干所述喷头位于所述行进机构行进路径上的正前方，所述超临界二氧化碳储罐通过可伸缩输送管与各所述喷头连接。所述车体通过液压缸带动所述辅助轮进行伸缩与摆动的姿态变换，并维持所述同步带的涨紧度不变。本发明通过辅助轮在行进机构正前方的路径上喷射超临界二氧化碳，加强行进机构的抗滑移能力，并利用液压缸带动辅助轮下压来将车体撑起，同时采用边后退边喷射超临界二氧化碳的方式，使车体快速脱困。
Description
技术领域
本发明涉及海洋采矿技术领域，尤其涉及一种深海采矿车防沉陷与脱困装置及其脱困方法。
背景技术
深海中的矿产资源十分丰富，并且含有战略性矿产资源，海洋采矿具有极大的商业与战略价值。目前，大多采用履带式采矿车进行开采，但由于海底的沉积物质地较为稀软，履带式采矿车在海底沉积物上运动时会对海底沉积物产生扰动，容易出现沉陷、打滑以及侧翻等情况，导致采矿车无法正常开采。
中国专利文件CN115628063A公开了一种深海采矿车自动脱困装置及其脱困方法，深海采矿车包括车体、车体的底部两侧设置有履带式行走机构，车体内设置有超临界二氧化碳储罐，二氧化碳储罐通过二氧化碳输送管路连接有旋转喷头，二氧化碳输送管路包括可伸缩输送管，旋转喷头设置在可伸缩输送管的端部。其通过可伸缩旋转喷头向海床内注入超临界二氧化碳生成固态水合物，来实现海床土体的快速固化，增强采矿车在行进过程中的抗滑移能力。旋转喷头通过可伸缩输送管进入土体后，将超临界二氧化碳旋转喷出，但旋转喷头旋转并喷出超临界二氧化碳时，由于气流和水流会激起较大的海底沉积物羽流，并将超临界二氧化碳喷射至周围，需要耗费大量的超临界二氧化碳，但对于行走机构前进路径上的加固效果不明显。并且由于海底沉积物的沉淀层较厚，负载较重的采矿车容易深陷在海底沉积物的低洼或坑洞内，文件中仅通过向海床内注入超临界二氧化碳方式，无法使得采矿车从较深的海底沉积物中快速脱离。
发明内容
针对上述旋转喷头在旋转喷出超临界二氧化碳时较为分散，无法集中覆盖在采矿车行走机构的前进路径上，导致加固效果不明显，并且采矿车深陷在海底沉积物的坑洞中无法快速脱困的问题，本发明提供了一种深海采矿车防沉陷与脱困装置及其脱机方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，包括车体，所述车体设置有若干沉陷传感器，所述车体内安装有超临界二氧化碳储罐，车体底部的两侧设置有履带式行进机构。设置有辅助轮，所述辅助轮包括辅助轮本体与若干喷头，所述辅助轮位于车体前侧，通过同步带与所述行进机构同步转动，若干所述喷头分别设置在所述辅助轮本体的两侧，并位于所述行进机构行进路径上的正前方，所述超临界二氧化碳储罐通过可伸缩输送管与各所述喷头连接。所述辅助轮本体的两端各通过液压缸连接在所述车体上，各所述液压缸可绕着与所述车体的连接处转动，带动所述辅助轮进行伸缩与摆动的姿态变换，同时维持所述同步带的涨紧度不变。
进一步地，所述辅助轮为两侧对称结构，中间位置处具有第一齿轮，位于所述喷头与第一齿轮之间的所述辅助轮本体上，沿周向设置有若干长齿板。
进一步地，所述行进机构之间具有传动轴，所述传动轴上具有第二齿轮，所述同步带的前端与所述第一齿轮啮合，后端与所述第二齿轮啮合。
进一步地，各所述喷头为可伸缩式喷头，包括基座与喷嘴，所述喷嘴的端部具有喷口，所述基座与辅助轮本体固定连接，所述喷嘴通过液压装置沿所述基座进行伸缩，并与所述可伸缩输送管连接。
进一步地，沿所述喷嘴的周向还设置有若干喷口。
一种深海采矿车防沉陷与脱困方法，应用于如上述所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，包括以下步骤，S1：深海采矿车在海底运行进行采矿时，所述行进机构通过所述同步带带动所述辅助轮同步向前转动，使得所述车体前进；S2：所述辅助轮在转动时，通过所述喷头同时向外喷射超临界二氧化碳，来提高所述行进机构正前方路径上的海底沉积物强度；S3：在所述车体前进过程中，当所述沉陷传感器检测到所述行进机构沉陷在海底沉积物中时，所述行进机构与辅助轮停止转动，所述液压缸绕着与所述车体的连接处进行转动并伸长，使得所述辅助轮向下运动将所述车体的前部抬升，同时保持所述同步带的涨紧度不变；S4：所述喷头利用液压装置伸出所述喷嘴，使其伸入海底沉积物的内部并喷射超临界二氧化碳；S5：所述行进机构通过所述同步带带动所述辅助轮同步向后转动，使得所述车体整体后退进行脱困，在所述车体后退过程中，所述辅助轮通过所述喷头同时喷射超临界二氧化碳，并且所述液压缸带动所述辅助轮逐渐回转复位；S6：所述行进机构带动所述辅助轮同步转动，使得所述车体重新前进。
本发明的有益效果是：本发明利用辅助轮喷射超导二氧化碳形成水合物来提高海底沉积物的抗剪切强度，防止车体沉陷，同时行进机构同步带动辅助轮转动，辅助轮对行进机构行进路径上的正前方进行喷射超临界二氧化碳，有效加强行进机构的抗滑移能力。本发明利用液压缸带动辅助轮下压来将车体前部撑起，并采用边后退边喷射超临界二氧化碳的方式，使得车体快速从海底沉积物的低洼、坑洞中脱困，并将沉陷处进行深层次加固，保证车体脱困后的正常前行。
附图说明
图1所示为本发明一种实施方式的结构原理示意图。
图2所示为图1的侧视图。
图3所示为图1的正视图
图4所示为图3中辅助轮的结构放大图。
图5所示为图4中沿A处切割线的剖面视图。
图6所示为车体脱困时的结构示意图。
图7所示为图6的侧视图。
具体实施方式
本发明公开了一种深海采矿车防沉陷与脱困装置及其脱困方法，以下结合附图对本发明的一种实施方式作具体描述。
如图1所示，一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，采矿车包括车体1，车体1四周设置有若干沉陷传感器，车体1底部的两侧设置有履带式行进机构2。行进机构2之间具有传动轴，传动轴上具有第二齿轮5。车体1内可拆卸固定有超临界二氧化碳储罐，超临界二氧化碳储罐内储存有超临界二氧化碳，超临界二氧化碳是指当压力超过7.38MPa，温度超过31.4℃时，二氧化碳呈密度大于海水、粘性较小的超临界状态。超临界二氧化碳进入海底沉积物后能够驱替稀软土体孔隙中的水生成固态水合物，实现海底沉积物的快速固化，提高海底沉积物的支撑强度，增大与行进机构2之间的摩擦力，使得采矿车能够在深海正常行进。
如图2所示，车体1的前侧设置有辅助轮，辅助轮为两侧对称结构，包括辅助轮本体6、第一齿轮以及若干可伸缩式喷头7，第一齿轮位于辅助轮本体6的中间位置处。如图3所示，行进机构2通过同步带4带动辅助轮进行同步转动，同步带4的前端与第一齿轮相适配啮合，后端与第二齿轮5相适配啮合。若干喷头7分别位于辅助轮本体6的两侧，并设置在行进机构2行进路径上的正前方。结合图4和图5所示，喷头7包括基座702与喷嘴701，喷嘴701的端部以及沿喷嘴701的周向各设置有若干喷口，基座702与辅助轮本体6固定连接，喷嘴701通过液压装置703沿基座702进行伸缩。位于喷头7与第一齿轮之间的辅助轮本体6上，沿其周向均匀设置有若干长齿板8。
车体1的两侧各设置有液压缸3，通过液压缸3分别与辅助轮本体6两端的轴心处可动连接，并且液压缸3可绕着与车体1的连接位置处进行转动，带动辅助轮进行伸缩与摆动的姿态变换。超临界二氧化碳储罐通过可伸缩输送管101与辅助轮可动连接，可伸缩输送管101的前端密封可动连接于辅助轮本体6两端的轴心处，后端与超临界二氧化碳储罐密封可动连接，各可伸缩输送管101的端部可在液压缸3的带动下分别进行转动。
结合图6和图7所示，一种深海采矿车防沉陷与脱困方法，包括以下步骤：第一步，深海采矿车在海底运行进行采矿时，行进机构2通过同步带4带动辅助轮同步转动，利用行进机构2的长齿板与辅助轮上的长齿板8使得车体1前进。第二步，辅助轮在转动时，超临界二氧化碳储罐通过可伸缩输送管101向喷头7内输送超临界二氧化碳，喷头7将超临界二氧化碳喷射到行进机构2的前进路径上，通过超临界二氧化碳与海底沉积物充分混合生成固态水合物来进行加固，提高行进机构2的抗滑移能力。并且各喷头7位于行进机构2的正前方，可充分对行进机构2的前进路径进行加固，能在提高加固效果的同时节省超临界二氧化碳的消耗。第三步，车体1在海底沉积物上行走作业，由于行进机构2的负载较大，容易沉陷在海底沉积物中的低洼、坑洞中，导致车体1无法正常运行。当沉陷传感器检测到车体1沉陷时，行进机构2与辅助轮停止转动，液压缸3绕着与车体1的连接处进行转动并伸长，带动辅助轮以传动轴为圆心、同步带4为半径进行转动，并保证同步带4的涨紧度维持不变，将车体1的前部撑起，同时可伸缩输送管101随之进行转动。第四步，辅助轮下压进海底沉积物中，喷头7利用液压装置703将喷嘴701伸长，使其伸入海底沉积物的内部并喷射超临界二氧化碳进行加固。第五步，行进机构2通过同步带4带动辅助轮同步向后转动，使得车体1整体后退。在车体1后退的过程中，辅助轮通过喷头7同时喷射超临界二氧化碳对沉陷处进行加固，并且液压缸3带动辅助轮逐渐回转复位，同时维持同步带4的涨紧度不变。第六步，行进机构2带动辅助轮同步向前转动，使得车体1重新前进。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，包括车体(1)，所述车体(1)设置有若干沉陷传感器，所述车体(1)内安装有超临界二氧化碳储罐，车体(1)底部的两侧设置有履带式行进机构(2)，其特征在于：
设置有辅助轮，所述辅助轮包括辅助轮本体(6)与若干喷头(7)，所述辅助轮(6)位于车体(1)前侧，通过同步带(4)与所述行进机构(2)同步转动，若干所述喷头(7)分别设置在所述辅助轮本体(6)的两侧，并位于所述行进机构(2)行进路径上的正前方，所述超临界二氧化碳储罐通过可伸缩输送管(101)与各所述喷头(7)连接；
所述辅助轮本体(6)的两端各通过液压缸(3)连接在所述车体(1)上，各所述液压缸(3)可绕着与所述车体(1)的连接处转动，带动所述辅助轮进行伸缩与摆动的姿态变换，同时维持所述同步带(4)的涨紧度不变。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，其特征在于：所述辅助轮为两侧对称结构，中间位置处具有第一齿轮，位于所述喷头(7)与第一齿轮之间的所述辅助轮本体(6)上，沿周向设置有若干长齿板(8)。
3.根据权利要求2所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，其特征在于：所述行进机构(2)之间具有传动轴，所述传动轴上具有第二齿轮(5)，所述同步带(4)的前端与所述第一齿轮啮合，后端与所述第二齿轮(5)啮合。
4.根据权利要求1所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，其特征在于：各所述喷头(7)为可伸缩式喷头(7)，包括基座(702)与喷嘴(701)，所述喷嘴(701)的端部具有喷口，所述基座(702)与辅助轮本体(6)固定连接，所述喷嘴(701)通过液压装置(703)沿所述基座(702)进行伸缩，并与所述可伸缩输送管(101)连接。
5.根据权利要求4所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，其特征在于：沿所述喷嘴(701)的周向还设置有若干喷口。
6.一种深海采矿车防沉陷与脱困方法，应用于如上述权利要求1至5任一项所述的一种深海采矿车防沉陷与脱困装置，其特征在于：包括以下步骤，
S1：深海采矿车在海底运行进行采矿时，所述行进机构(2)通过所述同步带(4)带动所述辅助轮同步向前转动，使得所述车体(1)前进；
S2：所述辅助轮在转动时，通过所述喷头(7)同时向外喷射超临界二氧化碳，来提高所述行进机构(2)正前方路径上的海底沉积物强度；
S3：在所述车体(1)前进过程中，当所述沉陷传感器检测到所述行进机构(2)沉陷在海底沉积物中时，所述行进机构(2)与辅助轮停止转动，所述液压缸(3)绕着与所述车体(1)的连接处进行转动并伸长，使得所述辅助轮向下运动将所述车体(1)的前部抬升，同时保持所述同步带(4)的涨紧度不变；
S4：所述喷头(7)利用液压装置(703)伸出所述喷嘴(701)，使其伸入海底沉积物的内部并喷射超临界二氧化碳；
S5：所述行进机构(2)通过所述同步带(4)带动所述辅助轮同步向后转动，使得所述车体(1)整体后退进行脱困，在所述车体(1)后退过程中，所述辅助轮通过所述喷头(7)同时喷射超临界二氧化碳，并且所述液压缸(3)带动所述辅助轮逐渐回转复位；
S6：所述行进机构(2)带动所述辅助轮同步转动，使得所述车体(1)重新前进。
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2023
- 2023-04-12 CN CN202310385180.9A patent/CN116291461A/zh active Pending
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| CN117991801B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-09-13 | 中国海洋大学 | 一种深海采矿车推力智能优化装备及方法 |
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