CN108327843B - 一种采用串联气罐的气动助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，属于气动设备技术领域。本装置包括助力单元、动力回收单元和控制单元，所述控制单元用于控制助力单元和动力回收单元的工作效率，所述控制单元通过控制余隙调节机构调节压缩缸的调节活塞，进而调节压缩缸的压缩比。本发明一种采用串联气罐的气动助力装置，使得气动助力车能量收集效率可以便于调节，且不会影响供能气罐的正常使用。

Description

一种采用串联气罐的气动助力装置

技术领域

本发明属于气动设备技术领域，具体来说是一种采用串联气罐的气动助力装置。

背景技术

我国是自行车王国，自行车以其环保、轻便、安全而被受人们喜爱^[1]。为了满足广大人们的对自行车不同功能的需求。在功能上自行车类型已经是出现很多种：有娱乐型、竞技型、轻便型等。自行车的外观更是五花八门。自行车一直是和人们日常生活关系最为密切的交通工具之一。虽然在科技高度发达的今天，有很多交通工具比起自行车更舒适、快捷、方便，但是像自行车这种以为本的交通工具却越来越受到青睐，而且成为城市交通的重要组成部分。而对于轻便型的自行车已普遍偏向于助力车的发展。助力车的发展既要保持通用型自行车的优点又要在其便捷上下功夫。而利用无毒无害且成本低廉的压缩空气作为动力源的气动助力车就具有很大的竞争优势。

经检索，发明创造的名称为：环保型自充气气动自行车(申请号为：200720037533.2，申请日为：2007.05.14)，该申请案涉及一种环保型自充气气动自行车，包括：脚踏杆及踏板、脚踏式高压气筒、自行车车架、连杆、连杆复位弹簧、脚踏杆复位弹簧、气马达、储气罐、鞍座、气筒复位弹簧和压力表，所述脚踏杆及踏板和脚踏式高压气筒有两件，脚踏杆及踏板的脚踏杆一端与自行车车架的底梁铰接，中间与连杆的一端铰接，连杆)的另一端与脚踏式高压气筒的活塞相连，连杆复位弹簧套装在连杆上，脚踏杆复位弹簧的一端与脚踏杆及踏板的脚踏杆中间相连，另一端与车架连接，气马达和储气罐装在车架上，脚踏式高压气筒的出气口与储气罐的进气口相连，储气罐出气口与气马达相连。该申请案虽然可以达到自充气的效果，但是该申请案的不足在于充气效率低，且难以根据路况调节充气效率。

此外，发明创造的名称为：一种具有气动式制动储能结构的自行车(申请号为：201711045948.9，申请日为：2017.10.31)，该申请案公开了一种具有气动式制动储能结构的自行车，包括自行车本体，所述自行车本体包括车架、把手、两脚踏板、前轮和后轮，所述车架由若干管体相连形成储气罐；在车架上设有一控制阀，所述控制阀为由滑轴控制的三位五通阀；在后轮轴的一端设有一活塞式气泵，所述活塞式气泵包括缸体、曲轴、曲轴臂、活塞、缸座以及端盖；在两脚踏板上设有压力传感器，所述压力传感器与一控制电路相连；在控制阀上设有一直线电机，该直线电机的电机轴与滑轴的另一端相连。该申请案虽然能够在自行车刹车过程中自动收集能量并进行存储，但是该申请案的不足之处在于收集的效率无法实时调节，在收集能量的同时难以使车辆行驶保持稳定匀速。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有技术中气动助力车能量收集效率无法实时调节的问题，提供一种采用串联气罐的气动助力装置，通过储能气罐与供能气罐串联，可调节压缩比的压缩缸向储能气罐内压缩空气，使得气动助力车能量收集效率可以便于调节，且不会影响供能气罐的正常使用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，包括供能气罐和储能气罐，所述供能气罐与储能气罐之间通过管道连接，该管道上设置有气罐单向气阀，该气罐单向气阀的流向为从储能气罐向供能气罐，所述储能气罐与压缩缸相连，储能气罐用于储存压缩缸压缩后的气体。

优选地，所述压缩缸内设置有压缩活塞，该压缩活塞用于对气体进行压缩，压缩缸的一端设置有调节活塞，调节活塞用于调控压缩缸的压缩比。

优选地，包括助力单元，包括供能气罐，供能气罐用于输出气动助力；动力回收单元，包括储能气罐和压缩缸，压缩缸内设置有压缩活塞，该压缩活塞用于对气体进行压缩，压缩缸的一端设置有调节活塞，调节活塞可沿压缩缸的长度方向进行移动，压缩缸通过管道与储能气罐相连，压缩气体经管道输送至储能气罐，该储能气罐与供能气罐设置有气罐单向气阀；控制单元，该控制单元用于调控助力单元和动力回收单元。

优选地，所述助力单元包括供能气罐、气动马达和动力轮，供能气罐通过管道与气动马达相连，所述气动马达通过传动链与动力轮连接，供能气罐通过管道向气动马达输送高压气体带动气动马达转动，气动马达转动的同时带动动力轮转动，所述供能气罐和气动马达之间设有开关阀，所述动力轮一侧设置有飞轮，所述飞轮与动力轮同轴转动。

优选地，所述离合传动轮设置在动力轮一侧且与动力轮同轴转动，所述离合传动轮通过传动杆与压缩缸上的压缩活塞连接，压缩缸的压缩缸出口通过管道与储能气罐连接，储能气罐通过管道与助力单元的供能气罐相连，所述压缩缸上端设有调节活塞，所述调节活塞与控制单元的余隙调节机构连接。

优选地，所述压缩缸内设有压缩活塞，所述压缩活塞设置有活塞连接块，所述活塞连接块通过传动杆与离合传动轮上的离合连接块连接，所述压缩缸上端内设有限位块，所述限位块的下端侧壁内设有第一单向进气阀和第一单向出气阀，所述第一单向出气阀通过压缩缸出气管与储能气罐连接。

优选地，所述余隙调节机构包括液压缸和液压伸缩杆，所述液压伸缩杆一端与调节活塞固定连接，另一端设置于液压缸内，所述余隙调节机构用于调节压缩缸的容积。

优选地，所述控制单元包括气罐控制阀、测量机构、控制器、余隙调节机构和离合机构，所述测量机构包括倾角传感器和速度传感器，该测量机构用于测量装置的倾斜角度和速度，所述测量机构与控制器的信号输入端电连接，所述气罐控制阀设置于开关阀和气动马达之间，所述气罐控制阀与控制器的信号输出端电连接，所述余隙调节机构与控制器的信号输出端电连接，所述离合机构设置于离合传动轮的一侧，该离合机构用于控制离合传动轮与动力轮接触。

优选地，所述压缩活塞的行程H等于离合传动轮的直径D，且压缩活塞的行程L小于限位块与压缩缸底部之间的距离L。

优选地，所述第一单向出气阀设置于压缩缸出口上，所述第一单向进气阀外侧设置有进气口，所述第一单向进气阀的流向为进气口通向压缩缸内，所述第一单向出气阀的流向为压缩缸通向压缩缸出气管。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，包括助力单元、动力回收单元和控制单元，所述控制单元用于控制助力单元和动力回收单元的工作效率，所述控制单元通过控制余隙调节机构调节压缩缸的调节活塞，进而调节压缩缸的压缩比，使得气动助力装置能量收集效率可以便于调节，且不会影响供能气罐的正常使用；

(2)本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，离合传动轮上与动力轮同轴转动，且通过离合机构控制离合传动轮与动力轮接触，便于调节，在车辆正常助力行驶时离合机构控制离合传动轮与动力轮不接触，防止离合传动轮损耗功率，对车辆行驶造成阻碍；

(3)本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，在动力轮一侧设置有飞轮，所述飞轮与动力轮同轴转动，可以将动力轮行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使动力轮均匀旋转；

(4)本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置，压缩活塞的行程H等于离合传动轮的直径D，且压缩活塞的行程L小于限位块与压缩缸底部之间的距离L，使得离合传动轮在带动压缩活塞进行压缩的过程中，压缩活塞不会堵塞压缩缸出气管，且压缩效率更高，动力轮在转动时，不会由于压缩活塞的行程过小的而出现装置卡死问题。

附图说明

图1为本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置的结构示意图；

图2为本发明的一种采用串联气罐的气动助力装置的实施例2的结构示意图。

示意图中的标号说明：

100、助力单元；110、供能气罐；120、开关阀；130、气动马达；140、动力轮；150、传动链；160、飞轮；

200、动力回收单元；210、储能气罐；211、气罐连接管；212、气罐单向气阀；220、压缩缸；221、压缩活塞；222、活塞连接块；223、限位块；224、第一单向进气阀；225、进气口；226、第一单向出气阀；227、压缩缸出口；228、压缩缸出气管；229、调节活塞；230、离合传动轮；231、传动杆；232、离合连接块；240、第二气腔；241、第二单向进气阀；242、第二单向出气阀；243、第二出气管；

300、控制单元；310、气罐控制阀；320、测量机构；330、控制器；340、余隙调节机构；341、液压缸；342、液压伸缩杆；350、离合机构。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照附图1和图2所示，本实施例的一种采用串联气罐的气动助力装置，包括助力单元100、动力回收单元200和控制单元300，所述控制单元300用于调控助力单元100和动力回收单元200，助力单元100包括供能气罐110、气动马达130和动力轮140，供能气罐110通过管道与气动马达130相连，所述气动马达130通过传动链150与动力轮140连接，供能气罐110通过管道向气动马达130输送高压气体带动气动马达130转动，气动马达130转动的同时带动动力轮140转动，所述供能气罐110和气动马达130之间设有开关阀120。当装置需要进行助力是，打开开关阀120，供能气罐110内的高压气体流出，对气动马达130进行做工，带动气动马达130转动，气动马达130转动通过传动链150带动动力轮140转动。动力轮140一侧设置有飞轮160，飞轮160与动力轮140同轴转动，飞轮160用来增大动力轮140的惯性，可以将动力轮140行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使动力轮140均匀旋转。

本实施例的动力回收单元200包括储能气罐210、压缩缸220和离合传动轮230，离合传动轮230设置在动力轮140一侧且与动力轮140同轴转动，所述离合传动轮230通过传动杆231与压缩缸220上的压缩活塞221连接，压缩缸220的压缩缸出口227通过管道与储能气罐210连接，储能气罐210通过管道与助力单元100的供能气罐110相连，所述压缩缸220上端设有调节活塞229，所述调节活塞229与控制单元300的余隙调节机构340连接，所述控制单元300通过控制余隙调节机构340调节压缩缸220的调节活塞229，进而调节压缩缸220的压缩比。压缩活塞221设置有活塞连接块222，所述活塞连接块222通过传动杆231与离合传动轮230上的离合连接块232连接，所述压缩缸220上端内设有限位块223，所述限位块223的下端侧壁内设有第一单向进气阀224和第一单向出气阀226，所述第一单向出气阀226通过压缩缸出气管228与储能气罐210连接。第一单向出气阀226设置于压缩缸出口227上，所述第一单向进气阀224外侧设置有进气口225，所述第一单向进气阀224的流向为进气口225通向压缩缸220内，所述第一单向出气阀226的流向为压缩缸220通向压缩缸出气管228。

当需要进行动力回收时，离合传动轮230与动力轮140接触并同轴转动，离合传动轮230带动传动杆231运动，传动杆231带动压缩活塞221在压缩缸220内上下移动，当压缩活塞221向上移动时，第一单向进气阀224由于流向不通关闭，第一单向出气阀226打开，压缩缸220内的空气通过压缩缸出口227进入压缩缸出气管228，再进入储能气罐210；当压缩活塞221向下移动时第一单向出气阀226由于流向不通关闭，第一单向进气阀224打开，外界空气通过进气口225和第一单向进气阀224进入压缩缸220内，完成一次压缩循环。

本实施例中的控制单元300包括气罐控制阀310、测量机构320、控制器330、余隙调节机构340和离合机构350，所述测量机构320与控制器330的信号输入端电连接，所述测量机构320包括倾角传感器和速度传感器，该测量机构320用于测量装置的倾斜角度和速度，所述气罐控制阀310设置于开关阀120和气动马达130之间，所述气罐控制阀310与控制器330的信号输出端电连接，所述余隙调节机构340与控制器330的信号输出端电连接，所述离合机构350设置于离合传动轮230的一侧，该离合机构350用于控制离合传动轮230与动力轮140接触。当装置的速度较低时，控制器330控制气罐控制阀310开度变大，同时离合传动轮230与动力轮140断开接触，使得气动马达130转速升高，装置速度加快；当测量机构320测量装置的倾斜角度变大或者和速度过快时，控制器330控制气罐控制阀310关闭，同时离合传动轮230与动力轮140接触，动力轮140带动离合传动轮230转动，离合传动轮230带动压缩缸220进行压缩，使得气动马达130转速降低，装置速度变慢。

本实施例的余隙调节机构340包括液压缸341和液压伸缩杆342，所述液压伸缩杆342一端与调节活塞229固定连接，另一端设置于液压缸341内，所述余隙调节机构340用于调节压缩缸220的容积。当测量机构320测量到装置的倾角或者速度过大时，控制器330控制余隙调节机构340，余隙调节机构340内的调节活塞229向下移动，减小压缩缸220的容积，增大压缩比，使得动力轮140受到的阻力变大，进行减速。

本实施例中的供能气罐110与储能气罐210通过气罐连接管211连接，所述气罐连接管211上设有气罐单向气阀212，所述气罐单向气阀212的流向为从储能气罐210通向供能气罐110，供能气罐110内的高压气体随着使用不断减少，当供能气罐110内的气体压力小于储能气罐210内的气体压力时，气罐单向气阀212打开，储能气罐210内的气体通过气罐连接管211进入供能气罐110，对供能气罐110进行补充。

所述压缩活塞221的行程H等于离合传动轮230的直径D，且压缩活塞221的行程L小于限位块223与压缩缸220底部之间的距离L。压缩活塞221的行程H等于离合传动轮230的直径D，当离合连接块232转动到离合传动轮230的最下端时，压缩活塞221运动到压缩缸220的底部，传动杆231与压缩活塞221和动力轮140的中心位于同一竖直线，处于死点位置，但是由于飞轮160增大了动力轮140的惯性，使得动力轮140可以轻易的克服死点位置。压缩活塞221的行程L小于限位块223与压缩缸220底部之间的距离L，使得动力轮140在转动时，不会由于压缩活塞221的行程过小的而出现装置卡死问题。

本实施例装置的工作流程如下：当装置开始工作时，打开开关阀120，需要提供气动助力时，控制器330控制气罐控制阀310打开，供能气罐110内的高压气体流出，供能气罐110内的高压气体通过管道进入气动马达130，高压气体推动气动马达130转动，气动马达130通过传动链150带动动力轮140转动，此时，控制器330控制离合机构350使得离合传动轮230与动力轮140断开接触，防止造成阻碍。当需要进行减速时，控制器330控制气罐控制阀310关闭，同时，控制器330控制离合机构350使得离合传动轮230与动力轮140接触，动力轮140带动离合传动轮230转动，离合传动轮230上的离合连接块232随着离合传动轮230的转动而转动，离合连接块232转动的同时带动传动杆231运动，传动杆231带动压缩活塞221在压缩缸220内上下移动，当压缩活塞221向上移动时，第一单向进气阀224由于流向不通关闭，第一单向出气阀226打开，压缩缸220内的空气通过压缩缸出口227进入压缩缸出气管228，再进入储能气罐210；当压缩活塞221向下移动时第一单向出气阀226由于流向不通关闭，第一单向进气阀224打开，外界空气通过进气口225和第一单向进气阀224进入压缩缸220内，完成一次压缩循环。

在减速的同时，测量机构320测量到装置的倾角和速度，控制器330根据测量得到的倾角和速度来控制余隙调节机构340，余隙调节机构340控制调节活塞229在压缩缸220的位置来调节压缩缸220的容积，当速度过快时，需要快速减速时，控制调节活塞229下移动到最低端与限位块223，此时，压缩缸220容积最小，压缩比最大，减速效果最好。

实施例2

本实施例的基本结构同实施例1，其不同之处在于：所述压缩缸220的下端设有第二单向进气阀241和第二单向出气阀242，第二单向出气阀242通过第二出气管243与压缩缸出气管228连通，压缩缸220的下端构成第二气腔240，传动杆231带动压缩活塞221在压缩缸220内上下移动，当压缩活塞221想上移动时，第一单向进气阀224由于流向不通关闭，第一单向出气阀226打开，同时，第二气腔240内的第二单向进气阀241打开，第二单向出气阀242关闭，压缩缸220内的空气通过压缩缸出口227进入压缩缸出气管228，再进入储能气罐210；当压缩活塞221向下移动时第一单向出气阀226由于流向不通关闭，第一单向进气阀224打开，外界空气通过进气口225和第一单向进气阀224进入压缩缸220内，同时，第二气腔240内的第二单向进气阀241关闭，第二单向出气阀242打开，第二气腔240内的压缩空气通过第二单向出气阀242进入第二出气管243，完成一次压缩循环，在一次循环内进行两次压缩，压缩效率更高。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种采用串联气罐的气动助力装置，其特征在于：包括助力单元(100)，包括供能气罐(110)，供能气罐(110)用于输出气动助力；动力回收单元(200)，包括储能气罐(210)和压缩缸(220)，压缩缸(220)内设置有压缩活塞(221)，该压缩活塞(221)用于对气体进行压缩，压缩缸(220)的一端设置有调节活塞(229)，调节活塞(229)可沿压缩缸(220)的长度方向进行移动，压缩缸(220)通过管道与储能气罐(210)相连，压缩气体经管道输送至储能气罐(210)，该储能气罐(210)与供能气罐(110)设置有气罐单向气阀(212)；

控制单元(300)，该控制单元(300)用于调控助力单元(100)和动力回收单元(200)；

所述助力单元(100)包括供能气罐(110)、气动马达(130)和动力轮(140)，供能气罐(110)通过管道与气动马达(130)相连，所述气动马达(130)通过传动链(150)与动力轮(140)连接，供能气罐(110)通过管道向气动马达(130)输送高压气体带动气动马达(130)转动，气动马达(130)转动的同时带动动力轮(140)转动，所述供能气罐(110)和气动马达(130)之间设有开关阀(120)，所述动力轮(140)一侧设置有飞轮(160)，所述飞轮(160)与动力轮(140)同轴转动；

离合传动轮(230)设置在动力轮(140)一侧且与动力轮(140)同轴转动，所述离合传动轮(230)通过传动杆(231)与压缩缸(220)上的压缩活塞(221)连接，压缩缸(220)的压缩缸出口(227)通过管道与储能气罐(210)连接，储能气罐(210)通过管道与助力单元(100)的供能气罐(110)相连，所述压缩缸(220)上端设有调节活塞(229)，所述调节活塞(229)与控制单元(300)的余隙调节机构(340)连接；

控制单元(300)包括气罐控制阀(310)、测量机构(320)、控制器(330)、余隙调节机构(340)和离合机构(350)，所述测量机构(320)包括倾角传感器和速度传感器，该测量机构(320)用于测量装置的倾斜角度和速度，所述测量机构(320)与控制器(330)的信号输入端电连接，所述气罐控制阀(310)设置于开关阀(120)和气动马达(130)之间，所述气罐控制阀(310)与控制器(330)的信号输出端电连接，所述余隙调节机构(340)与控制器(330)的信号输出端电连接，所述离合机构(350)设置于离合传动轮(230)的一侧，该离合机构(350)用于控制离合传动轮(230)与动力轮(140)接触。

2.根据权利要求1所述的一种采用串联气罐的气动助力装置，其特征在于：所述压缩缸(220)内设有压缩活塞(221)，所述压缩活塞(221)设置有活塞连接块(222)，所述活塞连接块(222)通过传动杆(231)与离合传动轮(230)上的离合连接块(232)连接，所述压缩缸(220)上端内设有限位块(223)，所述限位块(223)的下端侧壁内设有第一单向进气阀(224)和第一单向出气阀(226)，所述第一单向出气阀(226)通过压缩缸出气管(228)与储能气罐(210)连接。

3.根据权利要求1所述的一种采用串联气罐的气动助力装置，其特征在于：所述余隙调节机构(340)包括液压缸(341)和液压伸缩杆(342)，所述液压伸缩杆(342)一端与调节活塞(229)固定连接，另一端设置于液压缸(341)内，所述余隙调节机构(340)用于调节压缩缸(220)的容积。

4.根据权利要求2所述的一种采用串联气罐的气动助力装置，其特征在于：所述压缩活塞(221)的行程H等于离合传动轮(230)的直径D，且压缩活塞(221)的行程L小于限位块(223)与压缩缸(220)底部之间的距离L。

5.根据权利要求2所述的一种采用串联气罐的气动助力装置，其特征在于：所述第一单向出气阀(226)设置于压缩缸出口(227)上，所述第一单向进气阀(224)外侧设置有进气口(225)，所述第一单向进气阀(224)的流向为进气口(225)通向压缩缸(220)内，所述第一单向出气阀(226)的流向为压缩缸(220)通向压缩缸出气管(228)。