一种复合橇板式海底矿车行走装置

摘要

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。

权利要求

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。

说明书

一种复合橇板式海底矿车行走装置

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 优选的，刚性橇板后端固定连接有抑尘挡板。

[0012] 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。

[0013] 优选的，水囊呈长方体或圆柱体形。

[0014] 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。。

[0015] 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。

[0016] 本发明的特点和有益效果是：

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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

[0021] 图1为本发明的整体结构示意图。

[0022] 图2为本发明的后视图；

[0023] 图3为本发明的侧视图；

[0024] 图4为本发明单个水囊、气囊的剖面图；

[0025] 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

[0026] 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。

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 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。

[0035] 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。

[0036] 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。