一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置

1.本发明涉及海洋采矿装备技术领域，具体涉及一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置。


背景技术：

2.为减少主要温室气体co2排放量，并尽早实现零排放情景，世界各国纷纷出台关于禁售燃油车的相关政策，同时我国计划于2035年对燃油车实现全面禁售，海南省作为我国先驱已于2022年声明在2030年即实现禁售燃油车。基于此，新能源汽车的发展势将迎来快速巨大发展，这就伴随着mn、co、ni、li等稀缺战略金属的巨大消耗，陆地上现存储量明显不能够弥补新能源汽车发展所形成的缺口。深海中矿产极为丰富，多金属结核含有极为丰富的稀缺战略金属资源，将为新能源汽车发展提供重要支撑。经过几十年间的发展，多金属结核的开采方式基本确定为水力管道开采，而采矿车系统是关乎整个系统生产能力的关键。
3.履带式采矿车在深海底行走同时采集多金属结核，其行走性能对采收率有着十分重要的影响。而深海底稀软沉积物粒径极小、密度小等特殊土工力学特性，在经履带式采矿车行走破坏后，土体破坏严重，承载能力、牵引性能大幅减弱，极易在履带板、履齿板等接触位置产生粘附致使土体堆积，形成密实的泥块充满履带板和履齿板的空间，使履齿板的抓地能力被严重削弱，降低了采矿车行驶的机动性能，最终导致采矿车打滑、沉陷等工程问题的出现，整个采矿系统陷入瘫痪，造成大量经济损失。因此，现有技术需要进一步改进和提高。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置，解决履带式采矿车在海底土层上行走时，淤泥会在履带的齿间连续积累，压实成一体结构的泥块，降低集矿车的机动性能，导致采矿车打滑、沉陷的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置，包括车架、供水装置及两个履带行走单元，车架的上方安装有箱体，所述供水装置设置在箱体内,其包括高压泵及设于高压泵出水端的高压软管。
7.两个履带行走单元对称设在箱体下方的左右两侧，履带行走单元包括同步带轮、同步带及履带链条，所述同步带轮有两个，两个同步带轮一前一后间隔布置，且通过同步带相连。
8.所述履带链条套设在同步带外侧，是由若干个履带板首尾依次铰接而成的，履带板上设有履齿板，履齿板的两侧面上均具有多行凸起部。
9.各履带板与履齿板相连处的一侧均设有一组齿间冲射喷头。
10.车架的前端具有左右对称布置的两组第一冲射喷头，两组第一冲射喷头分别朝向两个履带链条，每个履带链条的前侧均设置有一组第二冲射喷头，所述高压泵可分别为第
一冲射喷头、第二冲射喷头及齿间冲射喷头供入高压水。
11.进一步地，所述车架是由耐腐蚀钢材制成的钢架结构，箱体的底部与车架的顶部固定相连，箱体前侧壁的上部开设有收集口。
12.所述箱体的前侧设有齿式输送带，齿式输送带的后侧相邻布置在收集口的下方。
13.齿式输送带的前侧设置有高压水射流罩壳，水射流罩壳内侧安装有多个高压水射流喷嘴，齿式输送带齿式输送带的上方设有第一高压水主管，高压水射流喷嘴通过所述第一高压水主管与高压泵的出水端相连。
14.进一步地，第一高压水主管有多个，横向依次间隔布置，各第一高压水主管的后端与箱体固定相连，前端与高压水射流罩壳固定相连。
15.每组第二冲射喷头包括至少一个第二冲射喷头，第二冲射喷头通过高压水支管与相邻侧的第一高压水主管相连，第二冲射喷头的出水口朝向履带板的外表面。
16.进一步地，所述履带板与履齿板均为长方形金属板，且长度一致。
17.所述履带板的中部与同步带的外表面固定相连，各履带板的前后两端均通过转轴与相邻履带板的对应端转动相连。
18.所述履齿板位于履带板背离同步带的一侧中部，与履带板相对垂直并固定相连成t形结构，所述履齿板的左右两端均与履带板的对应端齐平。
19.进一步地，所述履带板与履齿板相连一侧的表面开设有容纳槽，容纳槽相邻布置在履齿板运动方向后侧，并横向延伸至履带板的左右两端。
20.每组齿间冲射喷头均包括多个齿间冲射喷头，同组的各齿间冲射喷头依次间隔安装在容纳槽内。
21.进一步地，高压软管有两个，分别设置在箱体的左右两侧，高压软管的一端与高压泵的出水端相连，
22.两个同步带相互背离的一侧分别安装有一个接头，高压软管的另一端与同侧的接头相连相通。
23.所述同步带的内部具有环形的供水主通道，所述供水主通道与接头相连通。
24.所述供水主通道上连接有与履齿板数量相同且位置一一对应的供水支通道，各供水支通道均与对应履齿板上的所有齿间冲射喷头相连通。
25.进一步地，所述凸起部为半球状结构，与履齿板的侧面为一体结构，同一侧面的多行凸起部由履齿板的根部至顶部等间隔排列。
26.每行凸起部包括横向间隔排布的多个凸起部，任意相邻两行的各凸起部均错位排布。
27.进一步地，两组第一冲射喷头均位于两个履带链条之间，每组第一冲射喷头均包括沿履带链条间隔布置的至少两个第一冲射喷头。
28.同组的各第一冲射喷头均通过第二高压水主管与高压泵的出水端相连，其出口朝向同侧履带链条的履齿板。
29.通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明通过在履带链条的各履带板上设置齿间冲射喷头，对履带链条上的淤泥高速冲刷，减少淤泥在履带链条上粘附，避免淤泥在履带链条上持续累积，保持履带式集矿装置行走的机动性能，可解决其打滑、沉陷的问题。
附图说明
30.图1是本发明一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置的结构示意图。
31.图2是本发明主体部分的示意图，主体部分包括车架、箱体和两个履带行走单元。
32.图3是图1中某一部分的示意图，示出的是履带行走单元。
33.图4是图3中履带行走单元的工作状态示意图。
34.图5是图3中履带行走单元的局部结构示意图。
35.图6是图5中a部分的放大图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明进行详细说明：
37.实施例，结合图1至图6，一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置，包括车架1、供水装置及两个履带行走单元2，车架1的上方安装有箱体3，所述车架1是由耐腐蚀钢材制成的钢架结构，箱体3位于车架1的上方，箱体3的底部与车架1的顶部固定焊接成一体。
38.箱体3的前侧内部具有矿石收集仓，箱体3前侧壁的上部开设有收集口31，所述箱体3的前侧设有齿式输送带4，齿式输送带4的后侧相邻布置在收集口31的下方，经由齿式输送带4将海底多金属结核及多金属硫化物输送至矿石收集仓内暂存。
39.齿式输送带4的前侧设置有高压水射流罩壳5，水射流罩壳内侧安装有多个高压水射流喷嘴，高压水射流喷嘴采用倾斜向后的方式依次排列，输送带齿式输送带4的上方设有四个第一高压水主管51，四个第一高压水主管51横向依次间隔排列，各第一高压水主管51的后端与箱体3固定相连，前端与高压水射流罩壳5固定相连。高压水射流喷嘴通过所述第一高压水主管51与高压泵的出水端相连，四个第一高压水主管51分别为各高压水射流喷嘴供入高压水。
40.高压水射流喷嘴向下倾斜喷射海底的泥土，对多金属结核或多金属硫化物冲刷并使其悬浮，齿式输送带4先前行走过程中，悬浮的多金属结核或多金属硫化物到达齿式输送带4的表面，齿式输送带4将多金属结核或多金属硫化物通过收集口31送至箱体3的矿石收集仓内暂存，再进行分离、破碎后抽送至水面支持母船上。
41.两个履带行走单元2对称设在箱体3下方的左右两侧，履带行走单元2包括同步带轮21、同步带22及履带链条，所述同步带轮21有两个，两个同步带轮21一前一后间隔布置，且通过同步带22相连，所述同步带22是由橡胶制成的，其内侧面为齿形面，位于前侧的同步带轮21为主动轮，位于后侧的同步带轮21为从动轮。主动轮的轮轴与设置在车架1的动力装置相连，动力装置采用现有技术的采矿车的动力装置，其输出端驱动两个履带行走单元2的主动轮转动，主动轮通过同步带22带动从动轮转动，实现车架1在海底行走。
42.所述履带链条套设在同步带22外侧，是由若干个履带板23首尾依次铰接而成的，所述履带板23的中部与同步带22的外表面固定相连，各履带板23的前后两端均通过转轴26与相邻履带板23的对应端转动相连。具体地，同步带22的外表面上具有与履带板23数量相对且位置一一对应的长方形凸台，各履带板23的中部表面与对应长方形凸台的表面采用热黏合剂结合成一体，并通过两排螺栓固定相连，同步带22位于长方形凸台两侧的部分与对应的长方形凸台表面不接触。
43.履带板23上设有履齿板24，所述履带板23与履齿板24均为长方形金属板，且长度
一致。所述履齿板24位于履带板23背离同步带22的一侧中部，与履带板23相对垂直并固定相连成t形结构，所述履齿板24的左右两端均与履带板23的对应端齐平。车架1行走过程中同步带22在同步带轮21的驱动作用下转动，履带链条随其内侧的同步带22一起运动，履带链条的下层部分与海床及其表层的泥土接触。
44.履齿板24的两侧面上均具有多行凸起部241，所述凸起部241为半球状结构，与履齿板24的侧面为一体结构，同一侧面的多行凸起部241由履齿板24的根部至顶部等间隔排列。每行凸起部241包括横向间隔排布的多个凸起部241，任意相邻两行的各凸起部241均错位排布。
45.所述供水装置设置在箱体3内,其包括高压泵及设于高压泵出水端的高压软管7，高压软管7采用不锈钢高压波纹管。高压软管7有两个，两个高压软管7分别设置在箱体3的左右两侧，高压软管7的一端固定于箱体3的侧壁并与高压泵的出水端相连。
46.具体地，两个同步带22相互背离一侧的侧壁上分别安装有一个接头71，高压软管7的另一端与同侧的接头71相连相通。所述同步带22的内部具有环形的供水主通道81，所述供水主通道81的一侧具有与其相通的连接通道，接头71通过连接通道与供水主通道81相连通，高压泵可将高压水通过高压软管7、接头71及连接通送至供水主通道81内。
47.各履带板23与履齿板24相连处的一侧均设有一组齿间冲射喷头25，每组齿间冲射喷头25均包括横向依次间隔排布的多个齿间冲射喷头25，各齿间冲射喷头25的内部均与供水主通道81相通，供水主通道81为各齿间冲射喷头25供入高压水。
48.具体地，所述履带板23与履齿板24相连一侧的表面开设有容纳槽231，容纳槽231相邻布置在履齿板24运动方向后侧，并横向延伸至履带板23的左右两端。
49.同组的各齿间冲射喷头25依次间隔安装在容纳槽231内，齿间冲射喷头25与出口相反的一侧固定有插接管体251，所述供水主通道81上连接有与履齿板24数量相同且位置一一对应的供水支通道82，供水支通道82开设在长方形凸台的位置，所述容纳槽231的底部具有与齿间冲射喷头25位置对应的安装槽，安装槽的侧壁上具有内螺纹，其底部配置有o型密封圈232，插接管体251穿入对应的安装槽内并与对应的供水支通道82固定密封插接，齿间冲射喷头25的圆周外壁与安装槽的侧壁螺纹相连，并通过o型密封圈232实现齿间冲射喷头25与履带板23的固定密封相连，各供水支通道82均与对应履齿板24上的所有齿间冲射喷头25相连通。
50.每个履带链条的前侧均设置有一组第二冲射喷头62，每组第二冲射喷头62包括一个第二冲射喷头62，第二冲射喷头62通过高压水支管63与相邻侧的第一高压水主管51相连，第二冲射喷头62的出水口朝向履带板23的外表面。
51.车架1的前端具有左右对称布置的两组第一冲射喷头61，所述高压泵可分别为第一冲射喷头61、第二冲射喷头62及齿间冲射喷头25供入高压水。
52.两组第一冲射喷头61均位于两个履带链条之间，两组第一冲射喷头61分别朝向两个履带链条。每组第一冲射喷头61均包括沿履带链条间隔布置的两个第一冲射喷头61。同组的各第一冲射喷头61均通过第二高压水主管64与高压泵的出水端相连，其出口朝向同侧履带链条的履齿板24。
53.本发明一种可实现减粘附海底淤泥的履带式集矿装置的大致工作过程如下：在海底行走时高压泵始终保持工作状态，高压泵分别向第一冲射喷头61、第二冲射喷头62及齿
间冲射喷头25供入高压水，并通过各喷头向外侧高速射流。集矿装置依靠其底部两侧的履带行走单元2实现行进，位于前侧的同步带轮21通过同步带22驱动位于前侧的同步带轮21转动，固定于同步带22外侧的履带链条随同步带一起绕两个同步带轮21转动。
54.任意相邻的两节履带板23及其外侧的履齿板24绕过位于前侧的同步带轮21到达履带链条的下层时，与位于海床表面的淤泥接触后，履齿板24的顶部插入淤泥，淤泥进入相邻两个履齿板24与履带板23的空间，随着履带链条向下陷落，淤泥的表面向履带板23靠近，空腔被进一步压缩。该履带板23表面的齿间冲射喷头25向外高速喷射高压水，根据康达效应，喷射出的高压水贴着履齿板24的表面及履带板23的表面冲刷，减少淤泥在履齿板24上粘附，空腔的压强持续增大至一定压力后，可冲开空腔两端的淤泥排出，空腔内持续保持一定的压强，履齿板24侧面的凸起部241可减少淤泥与履齿板24的接触面积，更利于高压水将淤泥与履齿板24分离。
55.当任意相邻的两节履带板23向上运动离开泥面并绕过位于后侧的同步带轮21，向上运动至履带链条的上层时，齿间冲射喷头25持续对粘附于履齿板24上的淤泥射流、冲刷。到达位于后侧的同步带轮21时，第一冲射喷头61、第二冲射喷头62分别从相互垂直的两个方向对履齿板24冲刷，可将履带板23及履齿板24上粘附的残余淤泥冲刷干净，避免再次进入淤泥后继续累积。
56.本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
59.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。