CN111114722A - 一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，涉及采矿设备技术领域，包括履带轮、车架、悬挂机构、转向机构，四个所述履带轮通过悬挂机构分别与所述车架四个角连接，所述车架的前后两端分别对称安装有所述转向机构，所述转向机构与所述履带轮铰接，所述转向机构包括转向节组件、连接组件、双出杆油缸、转向架，所述双出杆油缸通过所述转向架与所述车架底部连接，所述双出杆油缸两端分别通过连接组件与两侧所述转向节连接。本发明可适用于水下1000～4000米环境作业，也可用于矿山，滨海，地形矿山等非路面作业，能够自由直行和转向，自由调节姿态和离地间隙，可以主动干预实现车身调平和稳定抓地。

Description

一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘

技术领域

本发明涉及采矿设备技术领域，尤其涉及一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘。

背景技术

陆地矿产的日益减少使人们将目光投向了深海，海底的矿产资源中所蕴含的金属和金属化合物往往是陆地上所急为紧缺的原材料。深海采矿对比于陆地采矿有十分明显的优势。深海矿产的开发自然离不开深海采矿技术，而这一项技术作为高新技术自然离不开高新设备的支持。深海采矿船，深海采矿车，深海潜水研究器，海底集矿机这些高新设备的联合运作才能完整的开采出一颗颗珍贵的深海矿石。而这一切对矿产资源日益贫乏但矿产需求却日益增多的世界而言显得是如此的重要。

随着深海采矿的兴起对深海采矿车的研究也得到了不断的发展。深海采矿车是深海采矿技术的整体过程中最重要和关键的设备之一，其性能好坏很大程度上就决定了整个深海采矿过程的作业质量。目前在海底作业的履带车大多数是采用了双履带结构的设计，虽然大体上可以满足海底崎岖地形的行驶需求，但其行驶过程中车身俯仰剧烈，且难以主动干预调节，在极稀软底质上容易出现滑转沉陷等缺点，难以满足采矿头、集矿头等搭载设备的平稳工作，虽然有部分ROV在海底行走时设计了简单的四履带行驶装置，但其采用的四履带结构一般是刚性固定的四条钢制履带，其越障能力一般，重量难以控制且通用性差。

现有技术中公开了一种深海多金属硫化物矿区移动平台四驱履带底盘，包括底架，底架的前后两端对称分别装有两套结构相同的行走转向机构，每个行走转向机构包括走行机构、转向接头、支腿、转角油缸、腿接头、伸缩油缸和转向油缸，走行机构内侧与转向接头一端固接，转向接头另一端与支腿一端水平旋向铰接，支腿分别与转角油缸、转向油缸连接，腿接头一端与底架前部垂直旋向铰接，腿接头内侧上部分别与伸缩油缸和底架垂直旋向铰接，其外侧的上部与转角油缸水平旋向铰接，外侧的下部与支腿一端水平旋向铰接；行走机构为液压马达单独驱动的四驱履带机构，伸缩油缸单独驱动。

该专利虽然通过油缸可以调整底架离海底的高度，但是没有设置缓冲组件当油缸不工作时履带轮与底架可以视为刚性连接在崎岖不平的海底行走时对底架上搭载的设备具有较强的冲击性，该装置通过四个油缸对四个履带进行转向调整，同步度较差，成本高，转向过程中四个油缸如果伸缩不一致会造成无法转向或者转向出现偏差的情况，同时履带内部没有防翻结构，行驶过程中履带可能会翻转。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘。

本发明为了解决作业车前后轮同时同步转向的技术问题，采用液压转向以及马达直驱的技术手段，达到能够同时兼顾前，后轮的阿克曼转向的技术效果。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，包括履带轮、车架、悬挂机构、转向机构，四个所述履带轮通过转向节组件与所述悬挂机构连接，四个所述悬挂机构分别设置于所述车架两侧，所述车架的前后两端分别对称安装有所述转向机构，所述转向机构与所述转向节组件铰接，所述转向机构包括转向节组件、连接组件、双出杆油缸、转向架，所述双出杆油缸通过所述转向架与所述车架底部连接，所述双出杆油缸两端分别通过连接组件与两侧所述转向节组件连接。

作为优选，所述转向节组件包括转向节、C型连接件，所述连接组件包括连接棒、连接头、转向拉杆、球头连接件、滑动板，所述球头连接件包括球头杆和球头座，所述球头杆与所述球头座活动连接，所述C型连接件两端分别与所述转向节两侧铰接，所述连接棒与所述转向节铰接，所述转向拉杆两端分别与所述连接头和所述球头座螺纹连接，所述连接头与所述连接棒铰接，所述球头杆与所述滑动板固定连接，所述滑动板与所述双出杆油缸的推杆连接。

作为优选，所述履带轮包括驱动机构、驱动轮、履带架、引导轮、支重轮、履带，所述驱动轮与所述履带架上方突出部连接，所述驱动轮与所述履带内侧的履带齿相啮合，所述驱动轮通过驱动机构与所述转型节连接。

作为优选，所述驱动机构包括马达、连接滚筒，所述马达与所述转向节固定连接，所述马达主轴通过所述连接滚筒与所述驱动轮连接。

作为优选，所述马达采用轮边驱动技术，使得所述马达输出轴本体能够承受足够的径向力。

作为优选，所述履带轮还包括防翻转机构，所述防翻转机构包括防翻转轴、第一弹簧阻尼器、连接板，所述防翻转轴一端与所述履带架固定连接，所述连接板一端与所述转向节固定连接，所述第一弹簧阻尼器两端分别与所述防翻转轴和连接板铰接。

作为优选，所述悬挂机构包括拖拽臂、连接板、调整油缸、缓冲组件、连接件，所述连接件一端中部与所述车架铰接，所述连接件另一端的上部与所述调整油缸铰接，下部与所述缓冲组件铰接，所述调整油缸与所述连接板一端铰接，所述连接板另一端分别与两根所述拖拽臂铰接，两根所述拖拽臂分别与所述c型连接件铰接，所述拖拽臂中部与所述车架铰接，两根所述拖拽臂平行设置，所述缓冲组件远离所述连接件一端与所述车架铰接。

作为优选，所述缓冲组件为弹簧阻尼器。

作为优选，所述履带为橡胶式履带。

作为优选，所述转向拉杆两端的螺纹孔内的螺纹相反设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的履带轮采用橡胶式履带，其中驱动轮位于上顶点处，通过与橡胶履带内侧履带齿的啮合驱动橡胶履带的旋转。驱动轮通过连接滚筒与马达的输出轴连接，马达采用轮边驱动技术，输出轴本体能够承受足够的径向力，四个履带轮采用独立的驱动机构，产生的牵引力大，在深海底多金属硫化物大坡度、多坡的复杂地形条件下具有较好的牵引性能和附着性能；并且每个履带轮设置有防翻机构，防翻机构通过防翻转轴与履带轮的履带架固定连接，另一端与第一弹簧阻尼器的一端铰接，弹簧阻尼器的另一端与连接板铰接，连接板与转向节通过螺栓固定，通过该防翻机构可以有效的防止履带翻转。

2、本发明通过调整油缸带动拖拽臂，拖拽臂带动履带轮可以改变车架与海底的距离提高车架的通过性，同时调整油缸与弹簧阻尼器通过连接梁串联在一起，当调整油缸不动作时，可利用第二弹簧阻尼器来实现缓冲，减少整个车架在崎岖地形上行走时的冲击。

3、本发明通过双出杆油缸带动两端的滑动板，滑动板带动转向拉杆，转向拉杆带动转型节，转向节带动履带轮进行转向，双出杆油缸等速同步性较好，能够同时带动两个前轮或者两个后轮进行转向，实现了前后轮同时进行阿克曼转向。前后轮采用四个调整油缸进行调整高度使得四履带能附着在高差变化的陡坡和斜坡地段。

4、本发明本发明可适用于水下1000～4000米环境作业，也可用于矿山，滨海，地形矿山等非路面作业，能够自由直行和转向，自由调节姿态和离地间隙，可以主动干预实现车身调平和稳定抓地。克服了现有全地形行驶技术的缺点，采用了四履带轮四轮驱动，全液压轮边直驱技术，前后轮利用阿克曼转向原理设计了转向机构，基于工程机械空间布置的特点设计了拖曳式独立悬挂，并利用主动悬架技术来提升采矿车的通过和行驶性能。既保证了底盘够的驱动力，同时采矿车离地间隙可调，姿态能够根据地形起伏实现主动调节，具备更强的地形行驶适应能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明履带轮部分结构示意图；

图3为本发明转向机构部分结构示意图；

图中：1-履带轮；11-履带；12-驱动轮；13-连接滚筒；14-马达；15-防翻转轴；16-第一弹簧阻尼器；17-连接板；2-车架3-悬挂机构；31-拖拽臂；32-连接板；33-调整油缸；34-缓冲组件；35-连接件；4-转向机构；41-转向节；42-C型连接件；43-连接棒；44-连接头；45-转向拉杆；46-球头连接件；47-滑动板；48-双出杆油缸；49-转向架；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，包括履带轮1、车架2、悬挂机构3、转向机构4，四个所述履带轮1通过转向节组件与所述悬挂机构3连接，四个所述悬挂机构3分别设置于所述车架2两侧，并且四个所述悬挂机构3前后对称，所述车架2的前后两端分别对称安装有所述转向机构4，转向机构4设置于所述车架2底部，所述转向机构4与所述转向节组件铰接。

所述车架2是槽钢焊接而成的矩形框架结构，框架结构略呈现碗状即四周为矩形框架，并且所述悬挂机构3设置于所述车架2的两侧，充分释放了所述车架2顶部的空间，方便搭载各种不同的设备，用途广泛。

所述转向机构4包括转向节组件、连接组件、双出杆油缸48、转向架49，所述双出杆油缸48通过所述转向架49与所述车架2底部连接，所述双出杆油缸48两端分别通过连接组件与两侧所述转向节组件连接。

所述转向节组件包括转向节41、C型连接件42，所述连接组件包括连接棒43、连接头44、转向拉杆45、球头连接件46、滑动板47，所述球头连接件46是具有球面副的连接件，所述球头连接件46包括球头杆和球头座，所述球头杆与所述球头座活动连接，所述球头杆的球头端设置于所述球头座内，使所述球头杆可以在所述球头座内具备3个转动自由度，所述C型连接件42两端分别与所述转向节41上下两侧边铰接，能够使所述转向节41以两侧边的铰接点为轴心进行水平转动，所述转向节41竖直一侧边设置有转向臂，所述转向臂与所述转向节41采用一体化设计，所述转向臂一端设置有与所述连接棒43相适应的通孔，通孔为竖直方向设置，所述连接棒43为与所述转向臂通孔相适应的圆棒，所述连接棒43下端设置有竖直方向的与所述连接头44相适应的通槽，所述连接棒43的上端设置于所述转向节41上的转向臂通孔内并且与所述转向节41上的转向臂通孔铰接，使得所述连接棒43可以以自身为轴心进行转动，所述连接头44设置于所述连接棒43下端的通槽内，并且通过圆柱销与所述连接棒43铰接，使得所述连接头44可以以圆柱销为轴心进行竖直方向上的转动，所述转向拉杆45两端设置有螺纹孔，并且两端螺纹孔内的螺纹相反的设置，所述连接头44和所述球头座均设置有与所述转向拉杆45两端螺纹孔相配合的螺纹，所述转向拉杆45两端分别与所述连接头44和所述球头座螺纹连接，因为所述转向拉杆45两端的螺纹相反，这样可以通过转动所述转向拉杆45调节两端铰接点的距离，进而可以调节所述履带轮1，当所述履带轮1摆正后仍然与所述车架2不平行时，可以通过转动所述转向拉杆45进行调节，使所述履带轮1在摆正时与所述车架2平行，防止底盘在行走时出现偏差，因此所述转向拉杆45还具有纠偏功能，实用性更强。所述球头杆与所述滑动板47通过螺栓固定连接，所述滑动板47设置在所述转向架49上，并且所述滑动板47可以在所述转向架49上滑动，所述滑动板47与所述双出杆油缸48的推杆连接。所述双出杆油缸48推动推杆从而带动滑动板47滑动。

所述履带轮1包括驱动机构、驱动轮12、履带架、引导轮、支重轮、履带11，所述驱动轮12与所述履带架上方突出部连接，所述驱动轮12与所述履带11内侧的履带齿相啮合，所述驱动轮12通过驱动机构与所述转向节41连接，所述引导轮与所述履带架连接并且设置在所述履带架前端，所述支重轮与所述履带架连接并且设置在所述履带架下部，所述履带11套设在所述驱动轮、引导轮、支重轮上，所述履带1为橡胶式履带。

所述驱动机构包括马达14、连接滚筒13，所述马达14与所述转向节41通过螺栓固定连接，所述马达14主轴通过所述连接滚筒13与所述驱动轮12连接，所述马达14采用轮边驱动技术，使得所述马达14输出轴本体能够承受足够的径向力，通过所述马达14直接驱动履带轮1，所述履带11为橡胶式履带。

所述履带轮1还包括防翻转机构，所述防翻转机构包括防翻转轴15、第一弹簧阻尼器16、连接板17，所述防翻转轴15一端与所述履带架固定连接，所述连接板17一端与所述转向节41固定连接，所述第一弹簧阻尼器16两端分别与所述防翻转轴15和连接板17铰接，所述第一弹簧阻尼器16有缓冲作用，避免所述履带轮1与所述转向节41刚性连接在崎岖不平的地形上出现部件之间的磨损，所述防翻转机构可以防止履带的翻转。

所述悬挂机构3包括拖拽臂31、连接板32、调整油缸33、缓冲组件34、连接件35，所述连接件35为水平放置的U型连接件，所述U型连接件两端设置有连接销，中间设置有与连接销朝向相反的突出部，所述调整油缸33与所述连接件35上方的连接销铰接，使得所述调整油缸33可以连接销为轴心在竖直方向上转动，所述缓冲组件34一端与所述连接件35下方的圆柱销铰接，所述连接件35中间突出部与所述车架2侧面铰接，同样的可以使所述连接件35以突出部为轴心进行转动，所述连接板32较好为三角形设置，所述连接板32三个角处设置有通孔，所述调整油缸33的推杆通过圆柱销与所述连接板32一个角的通孔铰接，所述连接板32另外两个角通过圆柱销分别与两根所述拖拽臂31铰接，两根所述拖拽臂31分别与所述C型连接件42中间部分铰接，两根所述拖拽臂31中部通过圆柱销轴分别与所述车架2侧面铰接，两根所述拖拽臂2平行设置，两根所述拖拽臂2可以分别以各自中间的圆柱销轴进行转动，所述缓冲组件34远离所述连接件35一端与所述车架2铰接，所述缓冲组件34为弹簧阻尼器。所述调整油缸33与所述缓冲组件34通过连接件35串联在一起，一方面利用调整油缸33的伸缩来调整底盘的离地间隙和姿态，另一方面，当调整油缸33不动作时，可利用弹簧阻尼器来实现缓冲，减少整个底盘在崎岖地形上行走时的冲击。

具体使用时，马达14主轴带动连接滚筒13，连接滚筒13带动驱动轮12转动，驱动轮12与履带11内侧的履带齿相啮合，并且履带11在引导轮和支重轮的传动下进行转动进而实现行走，马达14采用轮边驱动技术，输出轴本体能够承受足够的径向力，四个履带轮1采用独立的驱动机构，产生的牵引力大，在深海底多金属硫化物大坡度、多坡的复杂地形条件下具有较好的牵引性能和附着性能；

调整油缸33的推杆伸出，带动连接板32，连接板32带动两根拖拽臂31以各自中间的圆柱销轴为轴心进行转动，进而抬高所述车架2，调整底盘的离地间隙，同时在拖拽臂31的带动下使得履带轮1向车架2中间部分移动，进而调整了证底盘的姿态，通过调整油缸33推杆的伸缩即可调整底盘的高度，同时两侧的履带轮1可以分开进行调整，方便适应海底崎岖不平的情况，调整油缸33通过***自由调节姿态和离地间隙，可以主动干预实现车身调平和稳定抓地。

双出杆油缸48两端的推杆伸缩带动两侧的滑动板47在转向架49上滑动，进而通过球头连接件46带动转向拉杆45，转向拉杆45带动连接头44进而带动连接棒43，连接棒43带动转向节41，转向节41以两端的圆柱销为轴心进行转动，进而带动整个履带轮1进行转动，前轮和后轮均设置有独立的转向机构4，可以实现前后轮同时阿克曼转向，同时连接组件中的多个组件以铰接的方式连接，使得即使悬挂机构3对底盘进行高度调节时，依然不影响转向机构4的动作，实现多个动作同时协调进行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，包括履带轮(1)、车架(2)、悬挂机构(3)和转向机构(4)，其特征在于：四个所述履带轮(1)通过转向节组件与所述悬挂机构(3)连接，四个所述悬挂机构(3)分别设置于所述车架(2)两侧，所述车架(2)的前后两端分别对称安装有所述转向机构(4)，所述转向机构(4)与所述转向节组件铰接，所述转向机构4包括转向节组件、连接组件、双出杆油缸(48)和转向架(49)，所述双出杆油缸(48)通过所述转向架(49)与所述车架(2)底部连接，所述双出杆油缸(48)两端分别通过连接组件与两侧所述转向节组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述转向节组件包括转向节(41)和C型连接件(42)，所述连接组件包括连接棒(43)、连接头(44)、转向拉杆(45)、球头连接件(46)、滑动板(47)，所述球头连接件(46)包括球头杆和球头座，所述球头杆与所述球头座活动连接，所述C型连接件(42)两端分别与所述转向节(41)两侧铰接，所述连接棒(43)与所述转向节(41)铰接，所述转向拉杆(45)两端分别与所述连接头(44)和所述球头座螺纹连接，所述连接头(44)与所述连接棒(43)铰接，所述球头杆与所述滑动板(47)固定连接，所述滑动板(47)与所述双出杆油缸(48)的推杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述履带轮(1)包括驱动机构、驱动轮(12)、履带架、引导轮、支重轮、履带(11)，所述驱动轮(12)与所述履带架上方突出部连接，所述驱动轮(12)与所述履带内侧的履带齿相啮合，所述驱动轮(12)通过驱动机构与所述转型节(41)连接。

4.根据权利要求3所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述驱动机构包括马达(14)、连接滚筒(13)，所述马达(14)与所述转向节(41)固定连接，所述马达(14)主轴通过所述连接滚筒(13)与所述驱动轮(12)连接。

5.根据权利要求4所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述马达(14)采用轮边驱动技术，使得所述马达(14)输出轴本体能够承受足够的径向力。

6.根据权利要求1所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述履带轮(1)还包括防翻转机构，所述防翻转机构包括防翻转轴(15)、第一弹簧阻尼器(16)、连接板(17)，所述防翻转轴(15)一端与所述履带架固定连接，所述连接板(17)一端与所述转向节(41)固定连接，所述第一弹簧阻尼器(16)两端分别与所述防翻转轴(15)和连接板(17)铰接。

7.根据权利要求1所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述悬挂机构(3)包括拖拽臂(31)、连接板(32)、调整油缸(33)、缓冲组件(34)、连接件(35)，所述连接件(35)一端中部与所述车架(2)铰接，所述连接件(35)另一端的上部与所述调整油缸(33)铰接，下部与所述缓冲组件(34)铰接，所述调整油缸(33)33与所述连接板(32)一端铰接，所述连接板(32)另一端分别与两根所述拖拽臂(31)31铰接，两根所述拖拽臂(31)分别与所述c型连接件(42)铰接，所述拖拽臂(31)中部与所述车架(2)铰接，两根所述拖拽臂(31)平行设置，所述缓冲组件(34)远离所述连接件(35)一端与所述车架(2)铰接。

8.根据权利要求7所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述缓冲组件(34)为弹簧阻尼器。

9.根据权利要求3所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述履带(11)为橡胶式履带。

10.根据权利要求2所述的一种深海四履带液压直驱自适应全地形底盘，其特征在于：所述转向拉杆(45)两端的螺纹孔内的螺纹相反设置。

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