深海矿车自救装置

技术领域

本发明涉及深海矿车辅助装备技术领域，具体涉及一种深海矿车自救装置。

背景技术

深海多金属结核含有丰富的锰、钴、镍等金属资源，是现代高科技制造行业所需要的重要资源，且深海多金属结核赋存条件优越，多为直接散布在深海平原地带，不需要进行破岩等工序，具有极高的开采价值，商业开采前景最为广阔。

目前，多金属结核开采系统，多采用履带式深海采矿车方案，这种矿车具有效率高，技术可靠等优点。但是，由于深海环境的特殊性，深海多金属结核的开采同样面临着种种困难，深海底质由深海沉积物组成，沉积物的颗粒极细，内摩擦角非常之小，为4.5°~5.6°，难以提供矿机前进所需牵引力。深海沉积物的剪切强度约为2.5~3kPa，虽然经过合理的设计，能满足矿车的行走，但是，矿车在海底还要进行收集矿石、转向等活动，在收集头前置式矿车中，沉积物二次扰动导致扰动流体化，其强度可能会降低2/3。而且，深海平原也不是完全平坦的，其也有低洼、坑陷甚至裂隙存在，且有些位置看上去和普通地区一样，但土壤抗剪强度极低。

这些情况都导致了履带车自行式采矿车在海底沉积物上行走时，可能会发生沉陷打滑情况，一旦车辆发生这种情况且不能自行脱困，采矿系统便会瘫痪，需要母船付出极大代价才有可能助其脱困，将会导致巨大的损失。现有脱困装置结构复杂，步骤繁多，难以实现，效果却不理想。如中国专利CN 111017058 A公开了一种海底及矿车行走过程中沉陷脱困自救装置及其自救方法，利用支撑板顶起集矿车后利用动力轮将集矿车移出沉陷区域，但该装置过于复杂，实际使用时故障率高且受环境约束较多不便于实现。因此急需一种简单高效的自救装置来满足实际采矿作业的需要。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种深海矿车自救装置，其结构简单且可实现自动操作，有效解决现有脱困自救装置故障率高且不易操作的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

深海矿车自救装置，包括固定框架和与固定框架连接的垫块机构及回收机构，所述固定框架设置在矿车主体处且位于履带上方，固定框架包括两个固定块，两个固定块分别为位于矿车主体前侧的第一固定块和位于矿车主体后侧的第二固定块，第一固定块为横向放置的直角三棱柱，且第一固定块的斜面呈向内凹陷的弧形且斜面朝向矿车前进方向，第二固定块为横向放置的长方体形。

所述垫块机构包括至少两根完全相同的自救垫块，自救垫块为延伸方向垂直于矿车行进方向的横向设置的圆柱形或正三棱柱形，自救垫块的宽度大于矿车的宽度，自救垫块的侧面设有能与矿车履带咬合的齿状凸块，齿状凸块均匀分布且布满自救垫块的侧面。

所述自救垫块内部设有左右贯通的圆柱形通孔，通孔中设有增强自救垫块强度的加固杆，加固杆为螺纹钢，加固杆在互相交错形成三角形结构；自救垫块左右两端各设有两个固定圆环，两个固定圆环所在直线经过自救垫块侧面的圆心或与自救垫块侧面的直角三角形的高重合。

所述自救垫块为圆柱形时，其直径小于矿车主动轮直径且大于25cm；所述自救垫块为正三棱柱形时，截面为等边三角形且高大于25cm。

所述回收机构包括多个绞车，绞车的数量与自救垫块数量相同，且绞车为双滚筒绞车，且两个滚筒分别沿左右方向伸出车辆主体，每个滚筒处均固定有一根缆绳，缆绳的一端固定在滚筒处、另一端穿过自救垫块侧面的一个固定圆环并固定在同侧的另一个固定圆环处。

所述绞车布置在矿车主体的中心位置，且相邻的绞车之间存在间隔，绞车使用的电机为三相异步电机，便于实现滚筒的正转和反转以及自救垫块的释放和回收。

所述第二固定块处设有用于固定自救垫块的储存凹槽，储存凹槽的数量与自救垫块的数量相同，储存凹槽设置在第二固定块相对于矿车前进方向的后侧面处，储存凹槽自上至下顺次排列且内部设有与齿状凸块对应的齿状凹槽，便于在矿车正常行进时对自救垫块的收纳。

所述绞车分别与自救垫块一一对应，沿矿车前进方向自前至后的绞车依次对应自上至下的自救垫块，有效防止各绞车对应的缆绳产生交叉而导致互相缠绕。

所述齿状凸块的表面设为增强摩擦力的毛面，有效增大自救垫块与矿车履带之间的摩擦力，从而提高自救效率。

所述自救装置还包括PLC， PLC固定在绞车的电机外侧，PLC分别与绞车和矿车主体连接，PLC协同矿车自带的监测系统判断是否沉陷，当PLC接收到沉陷信号时，控制绞车释放自救垫块并使自救垫块滚落到履带底部，自救垫块的释放顺序为自下向上依次释放，若释放的自救垫块未能将矿车脱困，则继续释放上方的自救垫块直至矿车脱困，利用PLC实现自救过程的自动实现，保证了矿车的正常运行。

本发明中使用到的装置和设备均为业内常用的现有装置和设备，如绞车可使用2JM20型双滚筒绞车，缆绳可使用浙江千禧龙纤特种纤维股份有限公司的超高分子量聚乙烯限位制造的缆绳或南通神龙化纤绳业有限公司的Dyneema(迪尼玛)纤维制造的系泊缆，矿车的监测系统可使用中国专利CN 207332879 U公开的打滑状态监控系统。

本发明的有益效果是：

1、本发明充分考虑深海了深海沉积物特性，利用垫块，将土抗剪强度转化为摩擦力，提高车辆牵引效率；

2、自救过程全自动，没有复杂的机械构造，可以避免由于海底细沙进入机械结构造缝隙成的故障，只需要绞车转动提供动力，避免过多动力系统造成的结构复杂维护困难，实施起来简单方便；

3、本装置可以通过简单的回收，实现重复操作，降低自救操作的成本。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是本装置使用时示意图；

图3是自救垫块为圆柱形时示意图；

图4是自救垫块为正三棱柱时示意图；

图5是绞车结构位置剖面图；

其中，1.自救垫块；11.储存凹槽；12.齿状凸块；13.加固杆；14.固定圆环；2.固定框架；3.绞车；31.电机；32.滚筒；33.缆绳；4.PLC。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图5所示，深海矿车自救装置，包括固定框架2和与固定框架连接的垫块机构及回收机构，所述固定框架2设置在矿车主体处且位于履带上方，固定框架2包括两个固定块，两个固定块分别为位于矿车主体前侧的第一固定块和位于矿车主体后侧的第二固定块，第一固定块为横向放置的直角三棱柱，且第一固定块的斜面呈向内凹陷的弧形且斜面朝向矿车前进方向，第二固定块为横向放置的长方体形，两个固定块利用螺丝或螺栓分别固定在矿车主体的前后两侧。

垫块机构包括至少两根完全相同的自救垫块1，自救垫块1为延伸方向垂直于矿车行进方向的横向设置的圆柱形或正三棱柱形，自救垫块1为圆柱形时，其直径小于矿车主动轮直径且大于25cm；所述自救垫块1为正三棱柱形时，截面为等边三角形且高大于25cm；自救垫块1的宽度大于矿车的宽度，自救垫块1的侧面设有能与矿车履带咬合的齿状凸块12，齿状凸块12均匀分布且布满自救垫块1的侧面；齿状凸块12的表面设为增强摩擦力的毛面，有效增大自救垫块1与矿车履带之间的摩擦力，从而提高自救效率。自救垫块1内部设有左右贯通的圆柱形通孔，通孔中设有增强自救垫块强度的加固杆13，加固杆13为螺纹钢，加固杆13在互相交错形成三角形结构；自救垫块1左右两端各设有两个固定圆环14，两个固定圆环14所在直线经过自救垫块1侧面的圆心或与自救垫块1侧面的直角三角形的高重合。第二固定块处设有用于固定自救垫块1的储存凹槽11，储存凹槽11的数量与自救垫块1的数量相同，储存凹槽11设置在第二固定块相对于矿车前进方向的后侧面处，储存凹槽11自上至下顺次排列且内部设有与齿状凸块12对应的齿状凹槽11，便于在矿车正常行进时对自救垫块1的收纳。

回收机构包括多个绞车3，绞车3的数量与自救垫块1数量相同，绞车3分别与自救垫块1一一对应，沿矿车前进方向自前至后的绞车3依次对应自上至下的自救垫块1。绞车3为双滚筒绞车，且两个滚筒32分别沿左右方向伸出车辆主体，每个滚筒32处均固定有一根缆绳33，缆绳33的一端固定在滚筒32处、另一端穿过自救垫块1侧面的一个固定圆环14并固定在同侧的另一个固定圆环14处。绞车3布置在矿车主体的中心位置，且相邻的绞车3之间存在间隔，绞车3使用的电31机为三相异步电机，便于实现滚筒32的正转和反转以及自救垫块1的释放和回收。

自救装置还包括PLC4， PLC4固定在绞车3的电机31外侧，PLC4分别与绞车3和矿车主体连接，PLC4协同矿车自带的监测系统判断是否沉陷，当PLC4接收到沉陷信号时，控制绞车3释放自救垫块1并使自救垫块1滚落到履带底部，自救垫块1的释放顺序为自下向上依次释放，若释放的自救垫块1未能将矿车脱困，则继续释放上方的自救垫块1直至矿车脱困，利用PLC4实现自救过程的自动实现，保证了矿车的正常运行。

具体使用时，按照如图所示将自救装置安装在矿车上，当矿车发生沉陷时，PLC4接收监测系统信号，控制绞车的电机31工作，释放最下方的自救垫块1，此时矿车向后运动，同时电机31翻转带动滚筒32收紧缆绳33，自救垫块1的转动力受缆绳33的牵引转换为对海底土壤的剪切力，履带沿自救垫块1向后移动，若释放第一个自救垫块1后未带动矿车脱困，则继续释放上方的自救垫块1直至矿车脱困。

自救垫块1到达履带前端后，受绞车3的牵引，沿第一固定块向后收回至第二固定块处的储存凹槽11处，即完成一次自救过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。