CN115042570A - 一种水陆两栖履带车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水陆两栖履带车，涉及履带车技术领域，包括主体框架，所述主体框架底部对称设置有履带式行走***，所述履带式行走***密封传动连接有控制电机，所述主体框架上对称设置有电气控制箱和液压箱，所述电气控制箱和液压箱之间设置有主水泵***，所述主水泵***能够翻转或滑移，所述主水泵***包括主水泵，所述主水泵一端开设有入水口，另一端能够与外接管道固定连接。本发明提供的水陆两栖履带车，能够水陆通行，爬坡能力强、越障通过性好。

Description

一种水陆两栖履带车
技术领域
本发明涉及履带车技术领域，特别是涉及一种水陆两栖履带车。
背景技术
我国由于地理和气候原因，特大暴雨频繁发生，城市内涝、泥石流、地质滑坡等自然灾害经常发生，而且灾害种类多，分布地域广、发生频率高、造成损失重，特别是近年来，极端气候事件频发，自然灾害及其衍生、次生灾害的突发性和危害性进一步加重加大，严重制约当地经济发展，威胁人民生命财产安全。同时灾害破坏，导致地形和道路情况相对复杂，一般存在道路交通阻塞、持续降雨和停电等恶劣环境，使得救援工况复杂多变，积水内涝等还会导致一般工程车辆无法及时到达现场救援。救援的及时性能大幅度降低，为了能够实现快速抢险排水，疏通救援通道，研发设计一种能在复杂环境下保持机动灵活且效率高的排水救援水陆两用履带车十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种水陆两栖履带车，以解决上述现有技术存在的问题，能够水陆通行，爬坡能力强、越障通过性好。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种水陆两栖履带车，包括主体框架，所述主体框架底部对称设置有履带式行走***，所述履带式行走***密封传动连接有控制电机，所述主体框架上对称设置有电气控制箱和液压箱，电气控制箱上设置有控制开关和传输天线，所述电气控制箱和液压箱之间设置有主水泵***，所述主水泵***能够翻转或滑移，具备无线遥控操作功能，可实现主水泵回收、翻转90度、滑移330mm左右等动作的遥操作，以加大吸水深度，避免旋涡吸入空气，满足不同环境的使用需求，所述主水泵***包括主水泵，所述主水泵一端开设有入水口，另一端能够与外接管道固定连接。本发明具有灵活机动、模块化、长时效、大排量等特点，可适用于复杂环境空间的排水应急救援，通过实体样机的研制和环境性能测试，为当前排水应急装备体系完善和优化提供可选参考。
可选的，所述履带式行走***包括通过旋转轴转动设置于主体框架上的主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮通过闭合的履带传动连接，所述主动轮旋转密封连接有所述控制电机，旋转轴、从动轮和主动轮均需要采用旋转密封结构，避免泥沙进入轴承导致轴承磨损和轴磨损腐蚀，所述控制电机固定安装于密封设置的电机控制箱内，所述电机控制箱固定设置于两个所述履带式行走***之间，所述电机控制箱内的控制电机通过主电缆与所述电气控制箱内的控制***连接，所述主电缆设置于主电缆防水箱内。为了有更好的通过性，采用梯形履带结构，主动轮布局在尾部，并且采用防水箱密封，电控和电机密封在防水箱内。为了安装维修方便，防水设计有带O型密封圈的法兰。该法兰的密封性能一方面经过CAE分析，确认在空载、满载、偏载和扭矩工况下的结构刚度设计参数，另一方面考虑高低温形变和空气负压吸水，对法兰面和密封盖进行变形量设计与控制，最后通过焊接后CNC加工中心精加工制造。
可选的，所述主水泵***包括安装架，所述安装架上滑动设置有所述主水泵，所述主水泵两侧设置有与所述主水泵平行的第一液压油缸，所述第一液压油缸的伸缩杆末端与所述主水泵的侧壁固定连接；所述安装架一端的底部设置有第二液压油缸，所述第二液压油缸的伸缩杆末端与所述安装架一端的底部铰接，所述安装架远离所述第二液压油缸的一端与所述主体框架铰接；所述第一液压油缸和第二液压油缸通过液压管与所述液压箱密封连接。
可选的，所述主水泵的入水口处固定安装有过滤网，所述主水泵远离所述入水口的一端固定设置有连接法兰。
可选的，所述履带式行走***外侧设置有与所述主体框架连接的快速拆装式L型连接架，所述快速拆装式L型连接架上固定设置有模块化便携式潜水电泵，可以根据现场需求搭载不同流量和不同扬程的水泵，以满足不同地下的排水应急需要。
可选的，所述电气控制箱内设置有分别与电池电连接的主控MCU和惯性测量单元，所述电池连接有充电模块；所述主控MCU分别与主水泵、第一液压油缸、第二液压油缸、模块化便携式潜水电泵和控制电机电连接；所述电气控制箱内设置有分别与电池电连接的无线控制模块和人机交互模块。
可选的，所述惯性测量单元包括三轴加速度计、三轴陀螺、三轴欧拉磁场和高度计，所述惯性测量单元能够获取履带车三轴姿态角(或角速率)以及加速度，用于感知工作状态，当倾角大于最大稳定角度时报警，避免履带车倾翻。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明具备无线遥控操作功能，可实现水泵回收、翻转90度、滑移330mm左右等动作的遥控操作；适应复杂地形环境，可在泥水地及完全浸泡水中的环境工作(天线通讯除外)，爬坡角度35度，可驻坡作业；本发明以纯电动水陆两栖履带车搭载永磁排水泵形成排水应急的子车形成子母排水车，同时搭载有发电机组、模块化泵组、快接水带、快接电缆、大功率照明高杆灯等。发电机组为车载设备动力源，子车为无线遥控履带排水机器人，可水陆两栖使用。模块化泵组可与子车组合使用，也可高扬程排水，另外可实现临时发电及照明。该模块化子母排水车综合了传统液压排水车和模块化永磁排水车的优点，具有模块化、智能化、轻小化三大优点。相比传统液压子母排水车技术特点有明显技术优势。在同吨位底盘前提下相较于传统液压子母排水车，模块化子母排水车可持续运行时间的几十倍以上，故障率更低，水泵扬程更高、作业半径更大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明水陆两栖履带车结构示意图；
附图标记说明：1-主水泵，2-液压箱，3-第一液压油缸，4-第二液压油缸，5-电机控制箱，6-主电缆防水箱，7-履带，8-从动轮，9-模块化便携式潜水电泵，10-主动轮，11-电气控制箱，12-控制开关，13-快速拆装式L型连接架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种水陆两栖履带车，以解决上述现有技术存在的问题，能够水陆通行，爬坡能力强、越障通过性好。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。
本发明提供一种水陆两栖履带车，通过越障、爬坡、涉水等运动学分析，利用CAE软件进行3D建模和虚拟装配，迭代优化结构设计最终定型，如图1所示，包括主体框架，主体框架由轻质材料构成，采用高强度金属材料能够承载整车部件重量及水泵工作反作用推力，主体框架底部对称设置有履带式行走***，采用橡胶与金属结合形式，增大接触面积，减小对地面的压强，可以在松软的地面上顺利工作，履带式行走***密封传动连接有控制电机，主体框架上对称设置有电气控制箱11和液压箱2，电气控制箱11上设置有控制开关12，电气控制箱11和液压箱2之间设置有主水泵***，主水泵***能够翻转或滑移，主水泵***包括主水泵1，主水泵1一端开设有入水口，另一端的出口能够与外接管道固定连接，主水泵1包括永磁同步电机和水泵，采用高功率密度永磁同步电机结合高效水力部件的大流量水泵，实现主要供排水功能，主水泵的入水口处固定安装有过滤网，主水泵远离入水口的一端固定设置有连接法兰，主水泵1出口管径DN300mm，尺寸Φ600mmx1300mm，主水泵1重量300kg。履带式行走***外侧设置有与主体框架连接的快速拆装式L型连接架13，快速拆装式L型连接架13上固定设置有模块化便携式潜水电泵9，模块化便携式潜水电泵9采用高功率密度永磁同步电机结合高效水力部件的大流量水泵，实现便携式，可拆卸的辅助性供排水功能。
具体的，履带式行走***包括转动设置于主体框架上的主动轮10和从动轮8，主动轮10和从动轮8通过闭合的履带7传动连接，主动轮10旋转密封连接有控制电机，控制电机固定安装于密封设置的电机控制箱5内，电机控制箱5固定设置于两个履带式行走***之间，电机控制箱5内的控制电机通过主电缆与电气控制箱11内的控制***连接，主电缆设置于主电缆防水箱6内，本发明整体防护等级：IP68，总重量≤1250kg，履带尺寸长度≤1800mm，宽度≤1600mm，高度≤1300mm。
主水泵***包括安装架，安装架上滑动设置有主水泵1，主水泵1两侧设置有与主水泵1平行的第一液压油缸3，第一液压油缸3的伸缩杆末端与主水泵1的侧壁固定连接，从而能够带动主水泵1水平移动；安装架一端的底部设置有第二液压油缸4，第二液压油缸4的伸缩杆末端与安装架一端的底部铰接，安装架远离第二液压油缸4的一端与主体框架铰接，从而能够带动安装架和主水泵1翻转；第一液压油缸3和第二液压油缸4通过液压管与液压箱2密封连接。
电气控制箱11内设置有分别与电池电连接的主控MCU和惯性测量单元，电池连接有充电模块；主控MCU分别与主水泵1、第一液压油缸3、第二液压油缸4、模块化便携式潜水电泵9和控制电机电连接；电气控制箱11内设置有分别与电池电连接的无线控制模块和人机交互模块，子车无线控制采用平板类触摸屏及工业无线遥控器，将无线电信号传输控制履带车的各项动作功能(含履带车前后行驶、转弯；主水泵架翻转、伸缩，水泵启停)。主控人机交互采用平板类遥控与履带车之间有心跳握手协议，当丢失或失控时，履带车将会自动停止，避免故障；充电模块采用恒压恒流充电形式，对履带车驱动电池组充电，电池BMS用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组，进行电池端电压测量、均衡充电，维持荷电状态，实时数据采集记录及分析。惯性测量单元包括三轴加速度计、三轴陀螺、三轴欧拉磁场和高度计，惯性测量单元能够获取履带车三轴姿态角以及加速度。
控制***包括主控MCU，16路继电器控制用于控制液压动力单元启停、液压油缸换向、电池充放电、灯光和总电源管理等。霍尔电流/电压/电量用于采集电池工作状态，以便MCU决策是否该进行充放电。惯性测量单元IMU(Inertial MeasurementUnit)包含了三轴加速度计，三轴陀螺，三轴欧拉磁场和高度计，输出频率20HZ，可以获取履带车三轴姿态角(或角速率)以及加速度，用于感知机器人的工作状态，当倾角大于最大稳定角度时报警，避免履带车倾翻。CAN通信与电机驱动器连接，实时控制电机加减速，并读取电机速度和力矩，采用PID算法实现闭环控制，以满足不同负载条件下的稳定形式。WIFI和LORA双通道无线，下位机控制与无线网关连接，通过平板电脑实时控制和数据交互，同时还有一路LORA无线通信与手持遥控器连接，可以多种控制方式。MUC采用处理器STM32F103，采用4层板设计，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。集成了大量的功能单元，4路带外部请求线的DMA；3个通用异步串行端口，2通道SPI；一个多主IIC总线；4个PWM定时器和一个内部定时器；看门狗定时器；多个通用I/O；电源控制模式：标准、慢速、休眠、掉电。本发明设计了人机交互APP，可以方便的安装在各种手机或平板电脑上，方便实用人员操控，同时方便售后服务人员查看机器状态和调试参数。
本发明以纯电动水陆两栖履带车搭载永磁排水泵形成排水应急的子车形成子母排水车，可水陆两栖使用。模块化泵组可与子车组合使用，也可高扬程排水(如地铁，2层以上地下车库)，另外可实现临时发电及照明。该水陆两栖履带车综合了传统液压排水车和模块化永磁排水车的优点，具有模块化、智能化、轻小化三大优点。相比传统液压子母排水车技术特点有明显技术优势，具体见表1。
表1水陆两栖履带车与传统液压子母排水车技术参数对比
Figure BDA0003758512930000061
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种水陆两栖履带车，其特征在于：包括主体框架，所述主体框架底部对称设置有履带式行走***，所述履带式行走***密封传动连接有控制电机，所述主体框架上对称设置有电气控制箱和液压箱，所述电气控制箱和液压箱之间设置有主水泵***，所述主水泵***能够翻转或滑移，所述主水泵***包括主水泵，所述主水泵一端开设有入水口，另一端能够与外接管道固定连接。
2.根据权利要求1所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述履带式行走***包括转动设置于主体框架上的主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮通过闭合的履带传动连接，所述主动轮旋转密封连接有所述控制电机，所述控制电机固定安装于密封设置的电机控制箱内，所述电机控制箱固定设置于两个所述履带式行走***之间，所述电机控制箱内的控制电机通过主电缆与所述电气控制箱内的控制***连接，所述主电缆设置于主电缆防水箱内。
3.根据权利要求1所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述主水泵***包括安装架，所述安装架上滑动设置有所述主水泵，所述主水泵两侧设置有与所述主水泵平行的第一液压油缸，所述第一液压油缸的伸缩杆末端与所述主水泵的侧壁固定连接；所述安装架一端的底部设置有第二液压油缸，所述第二液压油缸的伸缩杆末端与所述安装架一端的底部铰接，所述安装架远离所述第二液压油缸的一端与所述主体框架铰接；所述第一液压油缸和第二液压油缸通过液压管与所述液压箱密封连接。
4.根据权利要求1所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述主水泵的入水口处固定安装有过滤网，所述主水泵远离所述入水口的一端固定设置有连接法兰。
5.根据权利要求3所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述履带式行走***外侧设置有与所述主体框架连接的快速拆装式L型连接架，所述快速拆装式L型连接架上固定设置有模块化便携式潜水电泵。
6.根据权利要求5所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述电气控制箱内设置有分别与电池电连接的主控MCU和惯性测量单元，所述电池连接有充电模块；所述主控MCU分别与主水泵、第一液压油缸、第二液压油缸、模块化便携式潜水电泵和控制电机电连接；所述电气控制箱内设置有分别与电池电连接的无线控制模块和人机交互模块。
7.根据权利要求6所述的水陆两栖履带车，其特征在于：所述惯性测量单元包括三轴加速度计、三轴陀螺、三轴欧拉磁场和高度计，所述惯性测量单元能够获取履带车三轴姿态角以及加速度。
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