CN111452558A - 气垫悬浮补偿式全向车 - Google Patents
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Abstract
气垫悬浮补偿式全向车利用高压空气作为气垫使其产生悬浮效果，并采用四个麦克纳姆轮，由四个麦克纳姆轮的不同旋转方向组合使气垫悬浮补偿式全向车实现向不同方向行驶，各种结构形式的气垫悬浮补偿式全向车都包含车体悬浮气垫生成系统、轮式驱动系统和车体等关键部分。气垫悬浮补偿式全向车采用电机驱动麦克纳姆轮时，其驱动电机的电源在车体外部时，车体上须加装受电弓来连接外部输电线路，并沿运行路线建设输电线路，也可以采用蓄电池、电容或独立的发电机组作为车载电源。气垫悬浮补偿式全向车也可以采用内燃机来驱动麦克纳姆轮，其动力传动系统可根据车型具体设计，其最佳制动方案应根据具体设计车速选择合适的复合制动方案，以确保安全性。
Description
技术领域
车辆工程、汽车、气垫悬浮、交通运输、工业搬运。
背景技术
随着社会的进步，原有的货运、客运轮式车辆技术需要进行升级，以满足新的货运、客运需求，同时鉴于能源危机和环境保护，也需要新的技术来达到节能减排的目的。
关于气垫悬浮原理的应用，在气垫悬浮运输系统、气垫船等领域已有应用，而且效果不错。本人先前已提出几种气垫悬浮轨道列车的技术发明，可从中华人民共和国知识产权局检索以供参考。
关于麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)，在工业搬运领域应用广泛，转速很低。
磁力缓速器，本人先前提出的技术发明，可用于汽车动力传动系统，可从中华人民共和国知识产权局检索以供参考。
发明内容
本发明提出了一种交叉学科的新技术——气垫悬浮补偿式全向车。气垫悬浮补偿式全向车的主要特征是利用气体摩擦系数小的特点，采用气垫悬浮提供一部分车辆整备质量的支承，使麦克纳姆轮的接触压力减小，从而减少车辆行驶过程中的行驶阻力(主要是减少由于克服滚动阻力而消耗的功率损失)，提高能源利用率，节能减排。同时，由于麦克纳姆轮与地面的接触压力减小，其受到的摩擦力等负荷也变小，这样一来就可以使其转速加快，最终使气垫悬浮补偿式全向车能以较高速度行驶。
附图说明
图1所示为气垫悬浮补偿式全向车的基本原理示意图，图中车体悬浮气垫生成系统的悬浮气室由裙板15、16和车体底面等组成，轮式驱动系统60采用电机直接驱动麦克纳姆轮，标号4为车体。
图2、图3所示为气垫悬浮补偿式全向车的轮式驱动系统60的两种方案示意图，图中标号60-1为驱动电机，60-2为车轴，60-3为麦克纳姆轮，60-4为导向杆，60-5为伸缩调节机构，60-6为辅助支架，60-7为磁力缓速器，导向杆60-4可用阻尼器代替，该轮式驱动系统采用伸缩调节机构60-5，以使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果。伸缩调节机构可以采用电机驱动滚珠丝杠组件、电机驱动滑动丝杠组件、电机驱动沟槽凸轮组件或电机驱动行星滚柱丝杠组件，也可采用液压缸和气缸(由液压或气动回路控制其伸缩)，此外，伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替，采用空气弹簧时，通过气动回路来控制空气弹簧伸缩，使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果。当气垫悬浮补偿式全向车的车体悬浮气室是独立设计的一个部件时，也可以采用伸缩调节机构直接调节悬浮气室的纵向高度位置，以使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果，同理，此伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替。
图4、图5、图6所示为伸缩调节机构的几种方案示意图，图4采用电机驱动滚珠丝杠组件，图5采用电机驱动滑动丝杠组件，图6采用电机驱动沟槽凸轮组件，电机驱动行星滚柱丝杠组件的伸缩调节机构和其类似，仅仅是回转直线运动转化的部件不同。
图7、图8、图9、图10、图11所示为气室的几种形状方案示意图，采用由多个小气室组成的大气室有利于气室的保压，其形状可以任意组合，通过气动回路的设计，合理利用蓄能器、单向阀等元器件，可以使大气室内部小气室的气压受到较小波动，很好的保压，得到最佳的悬浮效果，即便大气室周边小气室气压波动较大或某些小气室遭到破坏时，也能取得有效的车体悬浮效果。
气垫悬浮补偿式全向车利用高压空气作为气垫使其产生悬浮效果，并采用四个由电机驱动的麦克纳姆轮，由四个麦克纳姆轮的不同旋转方向组合使气垫悬浮补偿式全向车实现向不同方向行驶，各种结构形式的气垫悬浮补偿式全向车结构大同小异，都包含以下关键部分：车体悬浮气垫生成系统、轮式驱动系统和车体等。
车体悬浮气垫生成系统包含悬浮气室、高压空气生成系统，悬浮气室中的高压气体外溢，形成一层气体薄膜将车体托起，使气垫悬浮补偿式全向车呈现悬浮效果，悬浮气室可以是独立设计的悬浮气室，也可以是由裙板和车体壁面等组成的立体空间，高压空气生成系统可以由风机和流道组成，由风机生成高压空气，高压空气生成系统也可以采用空气压缩机来生成高压气体。气垫悬浮补偿式全向车可以实现零速悬浮，在其高速行驶时，通过合理设计流道，可以有效利用气垫悬浮补偿式全向车迎面而来的高速气流。气垫悬浮补偿式全向车的气垫薄膜可以是毫米级别的，也可以利用高压空气将其抬得更高一点，为了避免尘土飞扬，最好是毫米级别，低一点。
关于气垫悬浮补偿式全向车的制动系统，驱动电机可用于再生制动、反接制动或能耗制动，可以使用盘式或筒式磁力缓速器用于辅助制动，也可以采用鼓式、钳式或盘式制动器等进行制动，最佳制动方案应根据气垫悬浮补偿式全向车的具体设计车速选择合适的复合制动方案，以确保安全性。
气垫悬浮补偿式全向车采用电机驱动麦克纳姆轮时，其驱动电机的电源在车体外部时，车体上须加装受电弓来连接外部输电线路，并沿运行路线建设输电线路，也可以采用蓄电池、电容或独立的发电机组作为车载电源。气垫悬浮补偿式全向车也可以采用内燃机来驱动麦克纳姆轮。气垫悬浮补偿式全向车的动力传动系统可根据车型具体设计，减速器和缓速器等传动部件均可根据需求使用。
气垫悬浮补偿式全向车的车体可根据货运或客运的具体需求来设计，在静态时，其车体支承可以利用麦克纳姆轮进行支承，也可以利用车体悬浮气室直接支撑在路面上。
具体实施方式
气垫悬浮补偿式全向车所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造，相关标配组件可由专业厂家配套。气垫悬浮补偿式全向车不同位置处的车体悬浮气垫生成系统可以使用同一台风机或空气压缩机来生成高压空气，也可以分别使用不同的风机或空气压缩机来生成高压空气，通过合理设计气动回路来达到最佳使用效果。气垫悬浮补偿式全向车可以采用一套车体悬浮气垫生成系统(只用一个面积足够大的悬浮气室)。
对于气垫悬浮补偿式全向车，最好的方案是其悬架系统采用可调节高度的空气弹簧悬架系统，这样可简化整车结构，通过设计气动回路系统和电控系统，闭环自动控制或人为开环控制，实时调节空气弹簧的伸缩量，使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，以满足驱动力需求，同时获得最佳的节能效果和较高的车速。
对于气垫悬浮补偿式全向车，当其具备了伸缩调节机构，可以调节麦克纳姆轮或车体悬浮气室的高度时，就可以使气垫悬浮补偿式全向车在碰到坏路面时具备良好的通过性，此时车体悬浮气室远离路面，不起作用。气垫悬浮补偿式全向车只有在平坦的路面上行驶才能发挥其节能减排的效果。
气垫悬浮补偿式全向车作为一种特种车辆，其成品要想成功应用，必须具备以下条件：(1)实验测试标定——建立系统性的测试方案，以完成系列化产品的实际测试，确保安全可靠。(2)驾驶控制——培训合格的驾驶员，使其熟知气垫悬浮补偿式全向车的动力性能和操作控制方法。
Claims (8)
1.气垫悬浮补偿式全向车的技术方案——其特征是采用四个麦克纳姆轮(MecanumWheel)，由四个麦克纳姆轮的不同旋转方向组合使气垫悬浮补偿式全向车实现向不同方向行驶，并利用高压空气形成的气垫提供一部分车辆整备质量的支承，使麦克纳姆轮的接触压力减小，从而减少车辆行驶过程中的行驶阻力，主要是减少由于克服滚动阻力而消耗的功率损失，从而提高能源利用率，达到节能减排的目的，为了达到最佳的节能效果，可再加装一套伸缩调节机构，调节麦克纳姆轮的高度或车体悬浮气室的高度，使麦克纳姆轮获得最佳的接触压力，从而既获得必要的驱动力，又获得理想的节能效果，各种结构的气垫悬浮补偿式全向车都包括车体悬浮气垫生成系统、轮式驱动系统和车体等关键部分，对于气垫悬浮补偿式全向车，最好的方案是其悬架系统采用可调节高度的空气弹簧悬架系统，这样可简化整车结构，通过设计气动回路系统和电控系统，闭环自动控制或人为开环控制，实时调节空气弹簧的伸缩量，使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，以满足驱动力需求，同时获得最佳的节能效果。
2.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是使用车体悬浮气垫生成系统，车体悬浮气垫生成系统包含悬浮气室、高压空气生成系统，悬浮气室中的高压气体外溢，形成一层气体薄膜将车体托起，使气垫悬浮补偿式全向车呈现悬浮效果，悬浮气室可以是独立设计的悬浮气室，也可以是由裙板和车体壁面等组成的立体空间，高压空气生成系统可以由风机和流道组成，由风机生成高压空气，高压空气生成系统也可以采用空气压缩机来生成高压气体，气垫悬浮补偿式全向车可以实现零速悬浮，在其高速行驶时，通过合理设计流道，可以有效利用气垫悬浮补偿式全向车迎面而来的高速气流。
3.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是在静态时其车体支承可以利用麦克纳姆轮进行支承，也可以利用车体悬浮气室直接支撑在路面上。
4.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是使用轮式驱动系统，当轮式驱动系统采用电机驱动麦克纳姆轮时，其驱动电机的电源在车体外部时，车体上须加装受电弓来连接外部输电线路，也可以采用蓄电池、电容或独立的发电机组作为车载电源，轮式驱动系统也可以采用内燃机来驱动麦克纳姆轮。
5.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是使用轮式驱动系统，轮式驱动系统可以采用伸缩调节机构，以使麦克纳姆轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果，伸缩调节机构可以采用电机驱动滚珠丝杠组件、电机驱动滑动丝杠组件、电机驱动沟槽凸轮组件或电机驱动行星滚柱丝杠组件，也可采用液压缸和气缸(由液压或气动回路控制其伸缩)，此外，伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替，采用空气弹簧时，通过设计气动回路系统和电控系统，闭环自动控制或人为开环控制来控制空气弹簧伸缩，使驱动轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果。
6.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是当其车体悬浮气垫生成系统的悬浮气室是独立设计的一个部件时，可以采用伸缩调节机构直接调节悬浮气室的纵向高度位置，以使驱动轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果，伸缩调节机构可以采用电机驱动滚珠丝杠组件、电机驱动滑动丝杠组件、电机驱动沟槽凸轮组件或电机驱动行星滚柱丝杠组件，也可采用液压缸和气缸(由液压或气动回路控制其伸缩)，此外，伸缩调节机构还可以用空气弹簧或油气弹簧等代替，采用空气弹簧时，通过设计气动回路系统和电控系统，闭环自动控制或人为开环控制来控制空气弹簧伸缩，使驱动轮得到最佳的接触压力，从而使气垫悬浮补偿式全向车达到最佳的节能效果。
7.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是气垫悬浮补偿式全向车的制动系统可以使用盘式或筒式磁力缓速器用于辅助制动，也可以采用鼓式、钳式或盘式制动器等对麦克纳姆轮进行制动，其最佳制动方案应根据气垫悬浮补偿式全向车的具体设计工况选择合适的制动方案，以确保足够的安全性，当其轮式驱动系统采用电机驱动麦克纳姆轮时，驱动电机可用于再生制动、反接制动或能耗制动。
8.根据权利要求1所述的气垫悬浮补偿式全向车，其特征是其车体可根据货运或客运的具体需求来设计。
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