一种海水驱动深海履带车底盘的制作方法

本发明涉及重载履带车行走水液压系统，特别涉及一种海水驱动深海履带车底盘。

背景技术：

地球的海洋面积占地球总面积的2/3以上，海底中蕴含大量的矿产资源，海底矿产资源的开发利用是弥补陆上矿产资源日益不足的重要战略举措和有效解决途径，深海采矿车主要任务是采集赋存海底矿产，是深海采矿系统的关键装备。

深海采矿车需要长时间在海底执行采集矿产资源任务，所处的深海作业环境具有能量供给有限、环境外压高，海水腐蚀强、污染不易控制的特点，不但技术要求高，而且面临的环保、可靠性问题更为严峻。

因此，针对上述现象，在专利cn207045645u中就提到了一种海底采矿车底盘及海底采矿车。采矿车底盘包括电驱式履带行走机构、悬挂机构、底盘架及底盘控制系统，电驱式履带行走机构有四个，分别安装在四个悬挂机构上，电驱式履带行走机构通过履带架安装在相对应的悬挂机构的承重杆上，承重杆通过螺母和丝杆与转向杆连接，转向杆的内端通过滑动轴承与底盘架的悬挂座相连，底盘架上安装的底盘控制系统包括电子仓、声信标和惯性导航组件。当海底采矿车在运行过程中，底盘控制系统根据传感器采集的数据进行测算实时调节各个履带行走机构，可以独立调节各个履带行走机构高度，使采矿车在行走过程中保持在平衡，提高了采矿车的地形适应能力和越障能力，更能适应复杂海底环境。

上述的海底采矿车，其驱动采用的是伺服电机的配合来实现采矿车的行走的，虽然对比液压驱动，其解决了液压驱动所带来的液压油泄露等污染问题，但是，又会存在着其他的缺陷：上述的这种海底采矿车，其只是通过伺服电机来进行驱动，续航能力不足，不能长时间在水下工作，而且伺服电机扭矩小，如果遇到采矿车需要进行钻孔、开采等操作时，伺服电机的力矩达不到操作要求，无法进行操作。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可以有效的降低能耗，提高可靠性，减少环境污染的海水驱动深海履带车底盘。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种海水驱动深海履带车底盘，其创新点在于：包括

一履带行走总成，所述履带行走总成包括一悬架总成，在悬架总成的两侧分别设置有一条履带，所述履带内设置有驱动轮、引导轮、支重轮及托链轮，且驱动轮、引导轮、支重轮及托链轮均安装在悬架总成上；

一安装在悬架总成上的水液压驱控系统，所述水液压驱控系统包括依次串接而成的过滤器、水箱、恒量水液压泵、水液压比例换向阀、水液压马达，在恒量水液压泵与水液压比例换向阀之间还并接有依次串接而成的蓄能器、水液压单向阀，所述恒量水液压泵的输入端连接有一变频电机，变频电机的输入端接入一控制器，所述水液压马达与驱动轮相连，并驱动驱动轮进行转动，在水液压马达上还设置有一转速传感器，所述转速传感器的输出端接入控制器。

进一步的，所述驱动轮与引导轮分别设置于履带的两侧，且驱动轮与履带之间相互啮合而成，所述引导轮位于履带的前侧，引导轮与悬架总成之间还设置有张紧装置，驱动轮位于履带的后侧，所述支重轮有若干个，并列分布在驱动轮与引导轮之间，且支重轮与履带下层的上表面相贴合，所述托链轮有数个，并列分布在驱动轮与引导轮之间，且托链轮与履带上层的下表面相贴合。

进一步的，所述履带为单筋履带板。

进一步的，所述过滤器上还开有与外界海水相连通的小孔。

本发明的优点在于：本发明中的履带车底盘，针对海底采矿工况，采用水液压技术，采用水作为工作介质，避免了传统液压系统在海底工况下的容易产生的矿物油介质泄漏引起的环境污染，对水下生态环境污染小，能够满足海底作业严格的环保法规要求。

相对于只是用电机来进行驱动，本发明的履带车底盘采用水液压驱控系统的配合，电机至作为动力元件，水液压换向阀是控制元件，水液压马达是执行元件，蓄能器及传感器是辅助元件，整个底盘续航时间更长，而且能够满足钻孔、开采等操作。

直接采用水作为工作介质，解决传统矿物油介质受到泄漏进液压系统的海水导致的介质变质而产生液压元件腐蚀磨损，提高了系统可靠性。

采用了水液压驱控的系统，自动适应外界环境压力的大范围变化，无需压力补偿器等复杂部件，结构简单可靠。

采用变频调速水液压节能技术，采用结构简单可靠的变频电机加恒量泵，相比传统的履带车辆节能型负载敏感/正负流量液压技术，能有效提高能量利用率。

通过过滤器上设置的小孔与外界水相连，以保证水箱中的水压与外界环境水压相同，实现系统的压力自适应调节，无需使用压力补偿器，简化结构。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的海水驱动深海履带车底盘的示意图。

图2为本发明的履带行走总成的示意图。

图3为本发明的履带行走总成的侧视图。

图4为本发明的履带行走总成的俯视图。

图5为本发明中的水液压驱控系统的连接示意图。

图6为本发明中的水液压驱控系统的控制示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图6所示的一种海水驱动深海履带车底盘，包括

一履带行走总成，履带行走总成包括一悬架总成4，在悬架总成4的两侧分别设置有一条履带8，履带8内设置有驱动轮2、引导轮7、支重轮3及托链轮5，且驱动轮2、引导轮7、支重轮3及托链轮5均安装在悬架总成4上。

驱动轮2与引导轮7分别设置于履带8的两内侧，并与履带8的内侧相贴合，且驱动轮2与履带8之间相互啮合而成，引导轮7位于履带8的前侧，在引导轮7与悬架总成4之间还设置有张紧装置6，引导轮7支撑履带8的重量，让履带8沿着引导轮7前进，驱动轮2位于履带8的后侧，驱动轮2后置，可在车辆前进时降低履带行驶装置的功率损失，同时避免车体震动时驱动轮2与地面之间可能的冲击，支重轮3有若干个，并列分布在驱动轮2与引导轮7之间，且支重轮3与履带8下层的上表面相贴合，支重轮3通过螺钉固定在悬架总成4的下端，并用于支撑底盘的质量，托链轮5有数个，并列分布在驱动轮2与引导轮7之间，且托链轮5与履带8上层的下表面相贴合。

履带8为单筋履带板，采用单筋履带板推力更大。

一安装在悬架总成4上的水液压驱控系统，水液压驱控系统一共有两套，分别控制两侧的履带8的运动，如图5所示的示意图可知，水液压驱控系统包括依次串接而成的过滤器11、水箱、恒量水液压泵12、水液压比例换向阀16、水液压马达17，在恒量水液压泵12与水液压比例换向阀16之间还并接有依次串接而成的蓄能器15、水液压单向阀14，恒量水液压泵12的输入端连接有一变频电机13，变频电机13的输入端接入一控制器，水液压马达17为双向水液压马达，水液压马达17的输出轴通过联轴器与驱动轮2的的主轴相连，并驱动驱动轮2进行转动，在水液压马达17上还设置有一转速传感器，转速传感器的输出端接入控制器。

当两台水液压马达17转速相同时，履带车可以保持直行，当履带运动速度受到外界干扰时，闭环控制系统会自动调节马达流量，保持两个履带8的转速平稳，车体转向是通过控制两台水液压马达17转速不同实现的，及根据运动指令，分别控制两台水液压马达17的转速，实现履带车的差速变向，转弯半径由两台水液压马达17的转速差决定，履带车的前进和倒退，则是通过比例换向阀16换向，即同时切换两台水液压马达17的转动方向，可实现履带车的前进和后退的方向变换。

本水液压驱控系统为开式液压系统，水箱中的水介质，通过装有过滤器11的小孔与外界水相连，以保证水箱中的水压与外界环境水压相同，实现系统的压力自适应调节，无需压力补偿器；恒量水液压泵12转速（如齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等）由受控制器控制的变频电机13转速调节，实现介质的大流量控制，恒量水液压泵12输出的高压水介质通过比例换向阀16驱动水液压马达17，比例换向阀16也可实现对工作水介质的输出流量小范围调节，因此通过恒量水液压泵12控大流量及比例换向阀16控小流量的系统流量分段控制策略，保证水液压马达17的转速控制精度；水液压马达17通过变速机构驱动履带运动，不同的水液压马达17转速决定了履带车的运动速度以及车体转向；比例换向阀16的换向可以控制水液压马达17的转动方向切换，从而实现履带底盘的前进和后退。

在过滤器11上还开有与外界海水相连通的小孔，通过过滤器11上设置的小孔与外界水相连，以保证水箱中的水压与外界环境水压相同，实现系统的压力自适应调节，无需使用压力补偿器，简化结构。

本发明的履带车底盘由履带行走总成和水液压驱控系统组成，动力系统为变频电机13，传动系统为纯液压传动，驱动轮2由水液压马达17驱动，每条履带8均配有一套变频调速水液压系统，采用双履带差速转向；与现有的履带驱动底盘油压驱控方式不同，本发明提出的水液压驱控系统，采用了海水介质，与水下油液压系统相比，水液压驱控系统不再需要压力补偿器，实现了全水深的系统压力自适应，而且介质的外泄漏对环境污染小，同时外界海水泄漏进系统对液压元件腐蚀磨损小，提高了系统可靠性。

目前重载履带车的节能型液压驱控系统均为负载敏感或正负流量系统，其特点是通过控制变量泵的流量输出调节系统的流量。与传统的阀控相比，现有节能液压驱控系统通过变量泵调节流量，可以降低阀的节流能量损失，提高能量效率，但由于电机功耗恒定，部分能量通过液压系统的溢流阀损失。本发明提出的履带底盘，由变频电机13驱动恒量水液压泵12，直接通过变频电机13的转速调节系统输出流量，电机能耗随系统负载需要变化，其能量使用效率更高，该水液压驱控系统，其中变频电机13驱动的恒量水液压泵12是动力元件、水液压换向阀16控制元件、水液压马达17是执行元件，15及传感器是辅助元件，动力元件提供高压水介质，水介质压力通过控制元件控制，驱动执行元件实现行走系统运动,，其控制原理是水液压驱控系统中的水液压马达转17转速反馈到控制器，控制器控制变频电机13转速以调节恒量泵的转速，形成闭环负反馈系统，实现恒量水液压泵12输出流量的控制，进而水液压马达转17的转速，实现行走系统的运动控制。

在水液压驱控系统进行工作时，如图6所示，首先，由履带车发送运动指令给控制器，控制器根据输入的履带车运动指令以及水液压马达17的转速负反馈，通过控制算法控制变频电机13的变频器输出，受变频器输出控制的变频电机13转速可调，从而控制恒量水液压泵12的不同流输出量，进而控制驱动履带的水液压马达17转速。

本系统为分段式控制系统，整个系统构成一个水液压马达转速的闭环控制系统，在恒量水液压泵12转速变化较大时，变频电机13转速调节恒量水液压泵12的系统大流量输出控制；水液压马达17转速变化较小时，通过控制器调节比例换向阀16的输出流量实现系统小流量输出控制，从而实现行走系统运动速度的精确控制。

本发明中的履带车底盘，针对海底采矿工况，采用水液压技术，采用水作为工作介质，避免了传统液压系统在海底工况下的容易产生的矿物油介质泄漏引起的环境污染，对水下生态环境污染小，能够满足海底作业严格的环保法规要求。

直接采用水作为工作介质，解决传统矿物油介质受到泄漏进液压系统的海水导致的介质变质而产生液压元件腐蚀磨损，提高了系统可靠性。

采用了水液压驱控的系统，自动适应外界环境压力的大范围变化，无需压力补偿器等复杂部件，结构简单可靠。

采用变频调速水液压节能技术，采用结构简单可靠的变频电机加恒量泵，相比传统的履带车辆节能型负载敏感/正负流量液压技术，能有效提高能量利用率。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。