CN1433922A - 液压变速自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压变速自行车，它包括由脚踏、油泵、油路板、止回阀、压力油管、液控阀、左、右接头、油马达、回油管组成的驱动系统；由左闸把、凸轮、柱塞泵、导油管、油缸、制动钳、闸皮、单向阀组成的制动系统；由贮油立管、增压管、排气旋塞组成的补油系统，以及车体、附件等，本发明结构合理，高效环保，方便实用，制动力大，安全可靠，即可提高车速，又能自动调节流量和压力的关系，保证功率的恒定，是摩托车、电动自行车的最佳替代品。

Description

液压变速自行车

所属技术领域

本发明涉及一种自行车，特别是一种液压变速自行车。

背景技术

中国专利(专利号87209033)中公开了一种“变速液压自行车”，该车虽然较以前同类的自行车有一定的先进性，但不能实用，其存在的问题主要是：1、在向贮油管加油时，系统内的空气无法完全排出，空气穴破坏了液压传动的连续性，每骑行一小段路，车子便失去动力，产生踏空现象(似链条车“飞轮”中辣爪失灵)，车子突然停止，造成交通事故。2、利用大气压作为闭合回路中油液补偿动力是不够的。因为叶片油泵的工作原理是利用容积的变化，产生真空度吸油，当脚踏转角很小时，就不能保障有足够的进油量，补充系统油泵，油马达正常间隙的内泻，使容积效率下降，影响车速。3、自行车在平路滑行或下坡，脚踏停止驱动后，在油泵出油口至油马达进油口段压力油完全卸荷，当再驱动脚踏，压力油路内的油压很难立刻升至工作压力驱动油马达。当车子在经绿灯处停车后(骑行者未必下车)再驱动，车子会“死火”，阻塞道路。4、用手动伐阻塞油马达回油路的同时，用脚驱动油泵加压来制动油马达，从而达到停车的目的，在理论上可行，但存在手脚同步操作困难，制动力受油泵，油马达刚度限制，可靠性差，还降低了结构复杂且成本较高的油泵、油马达的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理、高效环保、方便实用，制动力大，安全可靠，既提高了车速，又使骑行者在平直路面或上坡时，不会产生附加功率和增加脚踏驱动力的液压变速自行车。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种液压变速自行车，包括车体、附件，其特征在于：还包括在由脚踏、油泵、油路板、止回阀、压力油管、液控阀、左接头、油马达、右接头、回油管组成的驱动系统，由左闸把、凸轮、柱塞泵、导油管、油缸，制动钳、闸皮、单向阀组成的制动系统，由贮油立管、增压管、排气旋塞组成的补油系统，油泵连接在油路板的下方，压力油管及回油管的一端进出口均与油路板相接，而另一端，压力油管与液控阀、左接头联接，左接头与油马达的配流轴铰接，油马达配流轴的回油孔则与右接头、回油管、油路板相通，止回阀与油路板3联接，凸轮与左闸把转轴相接，柱塞泵安装在凸轮下方，与沿车架布置的导油管、油缸相通，排气旋塞螺接于左接头上，增压管位于贮油立管内、鞍座的下方，贮油立管与油路板相接，并与油泵吸油口、回油管相通。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：车体包括右闸把、手把部件、前管、前叉、前轮、前磁悬浮轴承、横樑、鞍座、后支撑、后轮、后磁悬浮轴承，前磁悬浮轴承设于前轮的轮轴处，后磁悬浮轴承设于油马达的配流轴处。前磁悬浮轴承及后磁悬浮轴承也可采用常用的滚珠轴承。附件包括在车灯、电动蜂鸣器、计算器、磁感应器、电子锁，车灯装在前管上，电动蜂鸣器装在右闸把上，计算器装在车轮横樑上，传感线沿前叉与前叉右则的磁感应器相连，磁感应器的对偶永磁片夹在前轮的轮圈幅条上，电子车锁密藏于前管内。单向阀设于柱塞泵与贮油立管之间。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、结构合理，高效环保，方便实用，制动力大，安全可靠、既提高了车速，又可根据地面效应，使骑行者在平直路面或上坡时，不会产生附加功率和增加脚踏驱动力；

2、在脚踏开始工作的瞬时即能迅速建立系统压力，可保证脚踏在微动及高速转动时，油泵具备0.02～0.05Mpa的吸油压力，提高油泵容积效率。

3、前后轮轴可采用磁悬浮轴承，既可大大提高传动效率，又可以达到高速骑行时全方位防震动能。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的液压系统原理图；

图3为本发明另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：

参照图1，本发明包括下列几大部分：

一、驱动系统：它由脚踏1、油泵2、油路板3、止回阀4、压力油管5、液控阀6、左接头7、油马达8、右接头9、回油管10组成。

油泵2连接在油路板3的下方，其转子伸出轴与脚踏1相连，压力油管5就是车子平叉左管，回油管10就是车子平叉右管。它俩的一端进出口均与油路板3焊接，而另一端，压力油管5和液控阀6、左接头7螺纹联接。左接头7则与油马达8的配流轴铰接。油马达8的配流轴回油孔则与车子右接头9、回油管10、油路板3相通。止回阀4与油路板3联接。当驱动脚踏1时，机械能经油泵2变成液压能，经油路板3、止回阀4再回到油路板3，进入压力油路5、液控阀6、左接头7、油马达8，液压能重新转变成机械能，带动与马达外壳联接的后车轮30转动。马达8的回油经右接头9、回油管10、油路板3重新被油泵2吸入，如此循环不已。

二、制动系统：它由左闸把11、凸轮12、柱塞泵13、导油管14、油缸15、制动钳16、闸皮17、单向阀37组成。凸轮12与左闸把11转轴焊接，柱塞泵13安装在凸轮12下方与沿车架布置的导油管14、油缸15相通。油缸15和制动钳16、闸皮17都安装在后支撑29上。单向阀37设于柱塞泵13与贮油管18之间。

当自行车制动时，只须握紧左闸把11，凸轮12便顶紧柱塞泵13，压力油沿导油管14使油缸15活塞伸出将制动钳16上的闸皮17与后轮30轮圈抱紧，从而达到制动的目的。当左闸把11松开时，凸轮12离开柱塞泵13，油缸15活塞在弹簧力的作用下复位，把液压油从活塞工作腔内排出沿导油管14回到柱塞泵13的腔内。制动钳16复位，闸皮17离开后轮30轮圈，车子便可重新转动。当制动系统发生泄漏时，通过单向阀37可以从贮油立管18内取得补充，正常工作时防止制动高压油加大驱动系统设定的回油背压。采用液压制动的优点是制动力大。在闸皮磨损后，由于油缸活塞的行程长，因此自动补偿磨损造成的间隙能力强，对高速车，其安全可靠性特别好。

三、补油系统；由贮油立管18和位于立管18内、鞍座19之下方的增压管20组成。立管18与油路板3焊接，并贮存备用液压油，它与油泵2吸油口、回油管10相通。排气旋塞28螺接于左接头7上。当油泵2——油马达8闭合回路出现泄漏或压力油路中油液被压缩，贮油管内的备用油便能在增压管20内弹簧力的推动下，迅速向驱动系统作适当补充，维持系统的正常工作。在正常工作的情况下，增压管20的弹簧力，使油泵2在高低速转动时吸油口都保持有一定的进油压力，提高油泵的容积效率。同时，使回油管10产生较小的回油背压，保证油马达8低速转动的平稳性。当车子意外跌倒时，增压管20可以防止立管18内的液压油溢出污染地面。

四、车体：它由右闸把21、手把部件22、前管23、前叉24、前轮25、前磁悬浮轴承26、横樑27、鞍座19、后支撑29、后轮30、后磁悬浮轴承31组成。其中前悬浮轴承26及后悬浮轴承31也可采用惯常的滚珠轴承。

鞍座19装夹在增压管20的上方，手把部件22装置自行车附件及其开关。人和车体重量都支承在前后磁悬浮轴承26、31上，由于磁场同极相斥的原理，车轮的转动是在两同极磁面上滑动。因此，其滚动阻力几乎为零，大大提高传动效率，而车轮与地面的滚动阻力，则因磁性相斥的反作用力所致，而与普通滚动轴承的车一样不会增减。磁悬浮轴承26、31还有一个重要功能，因为同极相斥的原理，在高速车轮碰到障碍物产生震动时，轴承间的磁隙会变小，磁反力增大，能很好地起到全方位的减震作用，这优点是任何机械减震方法所不能比拟的。

五、附件：它由车灯32、电动蜂呜器33、计算器34、磁感应器35、电子锁36组成。车灯32装在前管23上，电动蜂呜器33装在右闸把21上，计算器34装在车轮横樑上，传感电线沿前叉24与前叉右则的磁感应器35相连。磁感应器35的对偶永磁片夹在前轮25的轮圈幅条上，车轮每转动一圈，固定在前叉24上的磁感应器35便把信号传导给计算器34，通过IC运算，便显示出时间、里程和转速。电子车锁36密藏于前管23内。通过计算器34数字密码，可以锁定前叉24的转动，根据两轮车直立行走原理，车前轮25必须左右摇摆才能保持骑行者重心的平衡。因此，在自行车防盗上，多了一道保障。

车灯32和电动蜂呜器的开关，安装于右闸把21的扶手处，能很方便控制开闭。

参照图2所示液压系统，它安装在本液压变速自行车上，这个液压系统由脚踏1、油泵2、止回阀4、压力油管5、液控阀6、排气旋塞28、油马达8、回油管10、贮油立管18、增压管20等组成闭合回路。其特点是：第一，油泵3采用具有超低速功能的压力伺服变量叶片泵(专利号89201965.4)，排量70ml/r，压力6Mpa，在4r/min时能可靠地工作。第二，压力油管5的进出口分别设置了止回阀4、液控阀6，在油泵2停止供油时，压力油管5内具有1-2Mpa的保压压力，以便脚踏1开始工作的瞬时能迅速建立系统压力，驱动油马达8。第三，回油管10与贮油立管18相通，贮油立管18内设置了增压管20，保证脚踏1在微动及高速转动时，油泵2具备0.02-0.05Mpa的吸油压力，提高油泵容积效率。第四，油马达8采用常用的球塞式马达，排量16ml/r，压力10Mpa。它和油泵搭配最大传动比为1∶4.3，最小传动比0.9∶1，普通链条车为1∶2.4，一般变速车最大传动比1∶3.19，最小1∶1.6，变化范围狭小。第五，为了提高机械传动效率和高速减震，在前轮25的轮轴及油马达8配流轴处均设置了磁悬浮轴承。使本车载荷在悬浮磁场中无阻力转动及抗震。第六，还增设了液压制动系统，它由左闸把11、凸轮12、柱塞泵13、导油管14、油缸15、制动钳16、闸皮17、单向阀37组成。它具有制动力大，补偿闸皮17磨损的能力强的特点。

以下对本车操作的全过程再作进一步说明：

1、加油：让车子后轮30离地悬空，取下鞍座19、增压管20向贮油立管18加入约500克的10号液压油，在0℃以下的地区可以加入变压器油，在加油时拧开左接头7的排气旋塞28，用手缓慢转动脚踏1和后轮30，系统内的空气从排气旋塞28的小孔中逐步被排出，直至气泡排尽，迅速拧紧旋塞，继续加油，直到在贮油立管18的透明观察孔中油位线有油为止。然后把增压管20插入立管，用起子拧动增压管20的弹簧压帽，加压至表值0.02-0.05Mpa，重新装上鞍座19，放下车子。

2、驱动

(1)平路工况：骑行者驱动脚踏1、油泵2、从回油管10中吸取液压油，并把压力油通过止回阀4进入左边的压力油管5、液控阀6、左接头7、驱动油马达8。油马达8排出的油经回油管10再度被油泵2吸入，如此循环不已。油泵2在吸油时，由于贮油立管18的增压作用形成一定的正压，大大提高了油泵2在工作时的吸油压力。油马达8具有“飞轮”功能，在行驶途中或下坡都随时可以停止脚踏转动，让车在磁悬浮轴承26、31中惯性滑行。由于止回阀4至液控阀6之间，在自行车滑行时仍保持了一定的工作压力，并没有完全卸荷，因此在滑行途中或临时停车后，重新启动脚踏1、油泵2都能迅速将压力升高驱动油马达8与脚踏1同步转动而不会有“滞后”或“踏空”现象。

(2)爬坡工况：车子爬较大的坡度时，由物理学知道，车子在坡脚的初速度很快随着斜坡路程的增加，在人和车总重的斜坡分力阻力下减弱为零，骑行者为了继续上坡，必须增加人体发出的功率，脚踏力加大。为了不超出骑行者所能承担的功率，只好放慢车速来增加脚踏力。但车速不能无限降低，据实践，一般人在车速小于5km/h骑行不稳，对26″链条车大约18r/min，即0.3r/s。对链条变速车，虽然可以不断变换主动和从动齿轮齿数比来降低车速，减少脚踏驱动力，而不过大增加人体发出的功率。仅凭人的判断变速无法保持人体发出功率的恒定，而且变速车的变速范围不大。而液压变速车则由斜坡(地面)效应自动线性地改变压力伺服叶片油泵的偏心矩，减少脚踏力，也减少了排油量，引发油马达8转速降低，车速放慢。骑行者可以像平路骑行一样保持一定的脚踏的转速，而脚踏力和车速却变小了。当然，如果载荷和坡度过大，还是难以适应的。

(3)制动工况：减速停车的制动操作是根据骑行者对制动距离的要求，决定手握左闸把11的松紧。当左闸把11转轴转动时，固定在转轴上的凸轮12使柱塞泵13排出压力油沿导油管14进入油缸15使油缸活塞向外伸出推动制动钳16，使制动钳16末端的闸皮17抱紧后轮30的车圈，便达到制动油马达8的目的。当松开左闸把11的握力时，凸轮12离开顶压的柱塞泵13柱塞，油缸15的活塞在弹簧力的作用下复位，把液压油从活塞工作腔内沿导油管14回到柱塞泵13的腔体内。制动钳16复位，闸皮17离开后轮30轮圈，车子便可重新转动。液压制动的优点就是制动力大，特别在闸皮17有较大的摩擦时，通过油缸15的活塞行程，可以自动补偿，提高制动的可靠性，行车的安全性。

图3为本发明的另一个实施例。其液压系统也是合成在车体中，只是压力油管5和回油管10采用软管穿套在后轮支撑管内。油马达8的配流轴采用单向出轴的结构形式。液压变速自行车可以不受链条车的结构限制，布置灵活、美观，可以使自行车既实用、又是一种观赏的工艺品，提高产品的文化品味。

Claims (5)

1、一种液压变速自行车，包括车体、附件，其特征在于：还包括在由脚踏(1)、油泵(2)、油路板(3)、止回阀(4)、压力油管(5)、液控阀(6)、左接头(7)、油马达(8)、右接头(9)、回油管(10)组成的驱动系统，由左闸把(11)、凸轮(12)、柱塞泵(13)、导油管(14)、油缸(15)，制动钳(16)、闸皮(17)、单向阀(37)组成的制动系统，由贮油立管(18)、增压管(20)、排气旋塞(28)组成的补油系统，油泵(2)连接在油路板(3)的下方，压力油管(5)及回油管(10)的一端进出口均与油路板(3)相接，而另一端，压力油管5与液控阀(6)、左接头(7)联接，左接头7与油马达(8)的配流轴铰接，油马达(8)配流轴的回油孔则与右接头(9)、回油管(10)、油路板(3)相通，止回阀(4)与油路板3联接，凸轮(12)与左闸把(11)转轴相接，柱塞泵(13)安装在凸轮(12)下方，与沿车架布置的导油管(14)、油缸(15)相通，排气旋塞(28)螺接于左接头(7)上，增压管(20)位于贮油立管(18)内、鞍座(19)的下方，贮油立管(18)与油路板(3)相接，并与油泵(2)吸油口、回油管(10)相通。

2、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于：车体包括右闸把(21)、手把部件(22)、前管(23)、前叉(24)、前轮(25)、前磁悬浮轴承(26)、横樑(27)、鞍座(28)、后支撑(29)、后轮(30)、后磁悬浮轴承(31)，前磁悬浮轴承(26)设于前轮(25)的轮轴处，后磁悬浮轴承(31)设于油马达(8)的配流轴处。

3、根据权利要求1或4所述的自行车，其特征在于：前磁悬浮轴承(26)及后磁悬浮轴承(31)也可采用常用的滚珠轴承。

4、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于：附件包括在车灯(32)、电动蜂鸣器(33)、计算器(34)、磁感应器(35)、电子锁(36)，车灯(32)装在前管(23)上，电动蜂鸣器(33)装在右闸把(21)上，计算器(34)装在车轮横樑上，传感线沿前叉(24)与前叉右则的磁感应器(35)相连，磁感应器(35)的对偶永磁片夹在前轮(25)的轮圈幅条上，电子车锁(36)密藏于前管23内。

5、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于：单向阀(37)设于柱塞泵(13)与贮油立管(18)之间。

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