一种分段式海底采矿车履带

本发明涉及深海采矿装备技术领域，尤其涉及一种分段式海底采矿车履带。

背景技术：

社会经济、科技高速发展的今天，陆上资源日渐枯竭，而海洋面积广阔，特别是深海，探索程度较低，具有极大的开发前景。深海含有极为丰富的镍、钴、铜、锰的多金属结核物和富含铅、锌、金、银的多金属硫化物，这些矿产资源主要赋存于水深5000-6000m的海底表层土中。深海表层土多为稀软的黏土，含水量高，内摩擦角很小。针对海底特殊土性，目前国内外普遍认可履带式水力集矿车作为深海采矿的装备。集矿车在行驶过程中，土体提供的剪切力是其主要前进动力。例如，公开号为cn106812529a的中国专利申请公开了一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，包括设备主体、多个海底适应性集矿器，及各海底适应性集矿器对应的输矿管；所述海底适应性集矿器具有履带行走机构，能够受控自主行走。

但是，由于深海海床表层土性质不均匀，稀软土层土体强度很低，传统的履带式采矿车在深海底行进过程中，履齿插入土层，土体提供的剪切力不足以支持采矿车前进，采矿车易发生沉陷或打滑，从而造成行车困难，降低采集效率。现有的研究多集中在对履齿结构的改进上。例如，申请人在先申请的公开号为cn111016560a的中国专利申请公开了包括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履齿和短履齿，长履齿的高度大于短履齿的高度；当长履齿完全插入土中时，长履齿布置方向与行走履带行进方向呈锐角；其特征是，所述长齿板是呈一定弧度的弧板，长履齿中间部分相对于采矿车行进方向是向后凹陷的，在凸起面上中间位置竖向设置一定宽度的中间加固筋梁，凸起面两端竖向设有具有一定宽度的侧边加固筋梁，中间加固筋梁与侧边加固筋梁在形式和材料上一致；所述短履齿是呈具有一定高度和宽度的楔形体，楔形短履齿内部呈中空状态，并在楔形短履齿内部空腔中间设有起支撑和加固作用的短履齿筋梁，楔形短履齿的外表面沿长度方向设置有阶梯状的微型凸起。

公开号为cn207332879u的中国专利申请公开了可用于深海采矿车的打滑状态监控装置，其特征在于，包括控制装置、履带测速装置和测速地轮，所述履带测速装置安装于深海采矿车的履带驱动轮上且通过水下缆线和水密接连件与所述控制装置连接，所述测速地轮安装于深海采矿车的尾部并通过轴铰接以用于测量深海采矿车相对海底地面的行驶速度，且所述测速地轮通过水下缆线和水密接连件与所述控制装置连接。其仅提供了对打滑状态的监控，没有提出具体解决打滑问题的方法。

本申请试图针对现有技术中存在的履带海底采矿车易沉陷、打滑问题从改进履带结构出发予以解决。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分段式海底采矿车履带，能够解决履带式海底采矿车易发生沉陷、打滑的问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种分段式海底采矿车履带，包括两段侧边履带和一段中间履带，侧边履带和中间履带在垂直于前进方向上并排布置，中间履带位于两段侧边履带之间，侧边履带和中间履带能够独立运转。所述中间履带的履带板上固定设置有剪切履齿。所述侧边履带的履带板上设置有可调节履齿。所述可调节履齿包括可转动齿体、装配杆。可转动齿体与装配杆固定连接，装配杆穿设在所述侧边履带的履带板上的装配孔中。可转动齿体在装配杆的带动下能够转动，使得可调节履齿相对所述侧边履带的角度可调。

优选的，所述剪切履齿为v型或w型。

优选的，所述剪切履齿与中间履带的履带板焊接连接或一体制作而成。

优选的，所述可转动齿体为楔形或长弧形。

优选的，履带材料为钢材或高强度铝合金。

优选的，剪切履齿的高度大于可转动齿体的高度。

本发明的特点和有益效果是：

1.本发明采用分段式履带，能使中间履带、侧边履带匹配不同的驱动系统并有选择地以相同或不同的速度运行。在土质软烂，路况较差时，控制中间履带、侧边履带以不同的速度运行，使中间履带的运行速度低于侧边履带的速度，中间履带和侧边履带的差速运行使得中间履带下部的土体产生积聚。

2.侧边履带上设置有可调节履齿，一方面有利于根据不同的地质情况对履齿进行选择更换；另一方面，可以使侧边履带上的可调节履齿发生一定角度的转动，转动后使侧边履带的履齿与中间履带的履齿形成锐角，进而更利于把侧边履带的土体向中间履带挤压。

3.在履齿转动与中间履带和侧边履带差速运行共同作用下，侧边履带将两侧土体向中间履带推挤，使其被压密，从而提高了中间土体的粘聚力c，最终为剪切履齿剪切土体时提供了更大的剪切力和端承力，有利于采矿车在发生沉陷或打滑时脱离险境，保证了采矿车的正常行驶。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为可调整履齿转向后的整体结构示意图；

图3为可调节履齿的结构示意图；

图4为采矿车行进的受力分析图；

图5-6为分段式履带的工作过程原理图。

附图标记列表：1、侧边履带；2、中间履带；3、可调节履齿；4、剪切履齿；301、齿体；302、装配杆。

具体实施方式

为使本发明能更有效地达到既定目的和作用，下面结合附图对本发明的结构、特征和具体实施方式作进一步的阐述。详细说明如下：

具体实施例1

如图1-3所示，一种分段式海底采矿车履带，包括两段侧边履带1和一段中间履带2，侧边履带1和中间履带2在垂直于前进方向上并排布置，中间履带2位于两段侧边履带1之间，侧边履带1和中间履带2能够独立运转。所述中间履带2的履带板上焊接固定设置有剪切履齿4。所述剪切履齿4为v型。所述侧边履带1的履带板上设置有可调节履齿3。所述可调节履齿3包括可转动齿体301、装配杆302。可转动齿体301与装配杆302固定连接，装配杆302穿设在所述侧边履带1的履带板上的装配孔中，可转动齿体301在装配杆的带动下能够转动，使得可调节履齿3相对所述侧边履带1的角度可调。所述可转动齿体301为楔形。履带材料为钢材。

具体实施例2

一种分段式海底采矿车履带，包括两段侧边履带1和一段中间履带2，侧边履带1和中间履带2在垂直于前进方向上并排布置，中间履带2位于两段侧边履带1之间，侧边履带1和中间履带2能够独立运转。所述中间履带2的履带板上固定设置有剪切履齿4。所述剪切履齿4为v型。所述侧边履带1的履带板上设置有可调节履齿3。所述可调节履齿3包括可转动齿体301、装配杆302。可转动齿体301与装配杆302固定连接，装配杆302穿设在所述侧边履带1的履带板上的装配孔中，可转动齿体301在装配杆的带动下能够转动，使得可调节履齿3相对所述侧边履带1的角度可调。所述可转动齿体301为长弧形。履带材料为高强度铝合金。剪切履齿4的高度大于可转动齿体301的高度，增大了剪切履齿4与土体的接触面积，以获得更大的剪切力。

如图4所示，当采矿车在海床上行驶时，矿车的行进动力f行主要由履齿与土体剪切时产生的被动土压力ep提供：

其中γ土体重度，h为履齿高度，c为土体粘聚力，kp为被动土压力系数。

当采矿车沉陷打滑时，主要是土体无法提供足够的粘聚力，使得行进动力不足。本发明从上述公式出发，通过履齿转动与中间履带和侧边履带差速运行的共同作用，侧边履带将两侧土体向中间履带推挤，使其被压密，从而提高了中间土体的粘聚力c，最终为剪切履齿剪切土体时提供了更大的剪切力和端承力。

如图5-6所示，本发明的具体工作过程如下：首先，将本发明的分段式海底采矿车履带装配在采矿车上，侧边履带1和中间履带2并排布置，且可以在各自的动力系统下独立运行，其行进速度可以单独调节。如图5所示，采矿车在深海底行驶，当前方土质较均匀良好时，土体提供的剪切力足够为矿车产生动力前行而不至于沉陷，分段式海底采矿车履带以普通模式工作，侧边履带1和中间履带2以相同的速度运行，带动采矿车行驶；当前方土质软烂，路况较差时，土体提供的剪切力不足以供给矿车动力，采矿车容易发生沉陷、打滑等情况，此时可以通过控制系统对侧边履带1和中间履带2的运行速度进行调节，使中间履带2的运行速度低于侧边履带1的速度，中间履带2和侧边履带1的差速运行使得中间履带2下部的土体产生积聚，同时，通过调节装置带动装配杆使侧边履带上的可调节履齿发生转动，转动的角度有利于两侧土体更多地朝中间履带2堆积压密，例如，使楔形齿体或弧形齿体尖端朝外侧转动一定角度，如图6所示。通过上述技术手段，共同增强了中间履带2下部的土体强度，为剪切履齿3剪切土体时提供了更大的剪切力，此时，调节侧边履带1和中间履带2的速度，使其同步运行，并通过控制系统将可转动齿体301调回横向方向1，以上措施能使采矿车在发生沉陷或打滑时脱离险境，保证了采矿车的正常行驶。

需要说明的是，本发明是针对海底采矿车履带本身结构的改进，采矿车其余的部分能够实现履带的功能即可，例如，分别带动中间履带2和侧边履带1以相同或不同速度运行的动力系统、控制系统，带动装配杆使侧边履带上的可调节履齿发生转动的调节装置、控制系统等，均可以通过本领域的现有技术实现，在此不一一详述。

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。