CN203032387U - 矩偶式重力驱动轮 - Google Patents
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Abstract
矩偶式重力驱动轮，是一种轮式动力装置，能够有效地提取车辆承载重力，转化为车辆的驱动力。矩偶式重力驱动轮有效破解了重力开发技术中提取转化“零效”、“负效”的技术难题，以独特的矩偶式重力提取机构，将单向作用的滚动阻力矩改变为双向作用的滚动阻/助力矩，对重力能形成正效、高效提取，并以液压系统将其充分转化生成为转矩。将原发动机传动驱动变为车轮自主驱动，将原燃料能驱动变为主要以重力能驱动。矩偶式重力驱动轮构造独到而简约，只需一般机械加工技术，多采用标准零部件和标准液压元件，制造成本低廉，车辆配装、改装简便，不耗燃料能源，适用于各种轮式车辆、轮轨车辆和履带车辆。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种能够将车辆重力充分转化为驱动力的轮式动力装置，应属于机械工程类中发动机或泵技术领域。
背景技术
将车辆重力转化为动力，以驱动车辆运行，是人们长期以来科研、发明的重要目标之一。但迄今为止，所见此类技术方案中，对重力提取转化的效益极低，多为零效益或负效益，均未能做到动力的净输出，更未出现能够以车辆自身重力转化的动力驱动车轮行进的装置。
究其原因，是一直未能突破重力提取转化的技术瓶颈，即难以实现对重力能的“正效提取”。在提取重力能的过程中，提取装置自身会生成复位阻力或滚动阻力，其阻力值与所提取重力能等量，相互抵消，致使提取转化过程实际上无效益。加上装置本身产生的摩擦阻力等损耗，提取、转化所产生的动力反而不足以补偿提取转化过程所生成的阻力，导致动力的负产出。
本实用新型即以破解这一技术难题为设计目标，发明了独到的矩偶式重力提取方式，能够形成对重力能的“正效提取”。同时采用高效的液压转化方式，能够对有效提取的重力能进行充分转化，产出驱动车辆的主要动力。
发明内容
本实用新型技术方案的目的是提供一种轮式动力装置，将车辆载重产生的重力能作为主要能源，以独特的矩偶机构有效提取车辆承载重力，并以液压系统将其充分转化为驱动车轮运行的转矩。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种矩偶式重力驱动轮，由矩偶式重力提取机构和液压转化系统组成。
所述矩偶式重力提取机构，包括车轮(1)，以轴安装在车架上；包括动力轮(2)，位于所述车轮(1)辋内空间正下方，外缘与所述车轮(1)轮辋内缘抵接，其轴固定于车厢或其悬挂装置上以接受车辆承载重力；包括多个递力掣(3)，均布安装在所述动力轮(2)轮辐板上，以O为圆心呈可摆动连接，以触点A与两轮共同法线之间形成力矩偶；所述力矩偶以触点A下抵所述车轮(1)轮辋内缘形成滚动助力，同时经触点B作用于动力轮(2)形成滚动阻力，亦同时向液压转化系统传递车辆重力之反力。
所述液压转化系统，包括多个液压缸(4)，与所述递力掣(3)数量等同，均布安装在所述动力轮(2)轮辐板上，其活塞与所述递力掣(3)触点B相触接，并可在所述递力掣(3)传递的重力之反力作用下内推，在所述液压缸(4)中产生有压液流，各所述递力掣(3)接力内推各所述液压缸(4)活塞则形成持续有压液流；包括液压马达(6)，安装在所述动力轮(2)及其轮轴上，还包括储能器(5)等液压元件，安装在所述动力轮(2)轮辐板上，所述持续有压液流经所述储能器(5)调节，输入所述液压马达(6)，转化为转矩。
有益效果
本实用新型技术方案的有益效果主要体现在：实现了对车辆重力能的正效提取。对车轮承载重力能的提取方式，主要有力矩伸延和容积压缩两种，本技术方案亦采用力矩伸延式。独特的是，本技术方案以双轮+递力掣组成矩偶机构，将原呈单向作用的伸延力矩，改变为双向作用的力矩偶。在车轮转动时，原单向作用的伸延力矩，只能生成两个有效的力，即传递的重力之反力和滚动阻力，其中重力之反力即使全部提取转化为转矩，也会被生成的滚动阻力抵消掉，效益为零。但在力矩偶的双向作用下，便可生成三个有效的力，即传递的重力之反力、滚动阻力和滚动助力，其中力矩偶向下作用(递力掣下抵车轮内缘)产生的滚动助力，与力矩偶向上作用产生的滚动阻力二者相互抵消，而重力之反力则可全部或大部被提取、转化为输出动力。
本实用新型技术方案的有益效果还体现在：液压转化方式的转化效率高，可将矩偶机构提取的重力能，充分地转化为驱动车轮的转矩。
本实用新型上述技术方案提供的矩偶式重力驱动轮，是一种独到而简约的装置，只需一般机械加工技术，多采用标准零部件和标准液压元件，制造成本低廉，车辆配装、改装简便，不耗燃料能源，仅需辅用少量蓄电能即可取代车辆燃料发动机，高效节能环保。
附图说明
图1是本实用新型矩偶式重力驱动轮与车辆的结构关系示意图；
图2是本实用新型矩偶式重力驱动轮主要构造及液压回路图；
图3是本实用新型矩偶式重力驱动轮的重力能提取分析图。
附图标记说明：
1——车轮；2——动力轮；3——递力掣；4——液压缸；5——储能器；6——液压马达。
具体实施方式
为验证本实用新型矩偶式重力驱动轮的技术可行性，特以电动三轮车作为实验平台，进行了配装实验。其配装方式和配装基本结构，适用于各种轮式车辆。兹以此次配装实施例，说明具体实施方式。
图1是本实用新型矩偶式重力驱动轮与车辆的结构关系示意图。车轮(1)采用宽辋轮，按通常方式安装于车架上通常位置，动力轮(2)置于车轮(1)辋内空间正下方，其外缘与车轮(1)轮辋内缘抵接，以轴固定于车厢减震弹簧下以接受车厢承载重力。
图2是本实用新型矩偶式重力驱动轮主要构造及液压回路图。动力轮(2)轮辐板上，均布安装8个递力掣(3)和8个液压缸(4)，安装1-2个储能器(5)。递力掣(3)可以O为圆心摆动，向外摆动时其触点A可探出动力轮(2)轮缘，下抵车轮(1)轮辋内缘；向内摆动时其触点B可内推液压缸(4)的活塞。动力轮中央则安装液压马达(6)。液压马达(6)采用通孔型，并以其轴孔兼作动力轮(2)的轴孔。液压缸(4)、液压马达(6)及储能器(5)等液压元件以简易闭环回路连通。
在实施例中，为直观需要和直接感受效果，摘除了实验平台电动三轮车上的驱动电机，只以人力踏动链轮方式予以初始启动和输入辅助动力。在车轮初始启动时，递力掣(3)触点A下抵车轮(1)轮辋内缘，将车轮承载重力作用于车轮(1)上，生成滚动助力；同时递力掣(3)内摆，以触点B上抵液压缸(4)，将车轮承载重力之反力作用于动力轮(2)，生成滚动阻力；滚动助力和滚动阻力相互抵消。亦在同时，递力掣(3)触点B内推液压缸(4)活塞，传导车轮承载重力之反力，在液压缸(4)内生成有压液流，经管路输入液压马达(6)转化为转矩，驱动动力轮(2)转动(并传动车轮)，致其它递力掣-液压缸接续做功，形成持续有压液流。持续有压液流经储能器(5)调节，持续输入液压马达(6)，转化为持续转矩。
图3是本实用新型矩偶式重力驱动轮的重力提取分析图。图中分析以动力轮(2)承受重力为前提。图中为了直观和计算简便，省略了为减轻液压缸(4)活塞承受侧向力而设置的递力掣(3)，直接还原为液压缸(4)活塞中心线对动力轮(2)法线或辐射线的偏转角度(以下简称“偏转角度A”)和对车轮(1)轮辋法线或辐射线的偏转角度(以下简称“偏转角度B”)。图中F为递力掣(3)可传导的车轮承载重力；F1为车轮承载重力之反力；F2为液压缸(4)活塞的设定推力，以调节储能器(5)的预设压力予以设定，设定的F2应略小于F1；R为车轮(1)轮辋半径；R1为动力轮(2)半径。其关系式为：
F＝F2/F1·F1
F·R·偏转角度B＝F2/F1·F1·R1·偏转角度A
1、在动力轮(2)上形成的滚动阻力。动力轮(2)的滚动阻力一般有4个相关因素：F1；F2；偏转角度A；R1。其关系式为：
滚动阻力＝F2/F1·F1·偏转角度A·R1
实施例：F1为1000N；F2为900N；偏转角度A为45°；动力轮半径0.2m
900N/1000Nx1000Nx45°x0.2m＝90Nm
2、在车轮(1)轮辋上形成的滚动助力。车轮(1)轮辋上形成滚动助力一般有3个相关因素：F；偏转角度B；R。其关系式为：
滚动助力＝F·偏转角度B·R
实施例：F为900N；偏转角度B为30°；R为0.3m
900Nx30°x0.3m＝90Nm
3、液压系统转化生成的转矩。液压转化系统采用简易的闭环液压回路，其转矩的产生，一般有2个相关因素：液压缸(4)产生的液压力(F2÷液压活塞面积)；液压缸(4)产出的液流量(液压活塞面积x液压活塞行程x液压缸个数)。其关系式为：
生成转矩＝液压力·液流量/2π
实施例：F2为900N；液压缸数量为8个；液压活塞面积为0.0008m2；液压活塞行程为0.02m；则液压力为900N/0.0008m2＝1.125Mp；可产出液流量为0.0008m2x0.02mx8＝128mL/r，选用QJM型通孔液压马达，实际做功液流量为100mL/r；重力提取机构和液压系统等动力损耗共约30％
1.125x100/6.28＝17.9Nm
17.9-17.9x30％＝12.5Nm
如加大车轮(1)轮辋的半径，则液压缸(4)活塞的行程延长，可增大液流量，使生成的转矩进一步增加。
4、重力提取转化效益。有3个相关因素：滚动助力；滚动阻力；转化生成的转矩。其关系式为：
产出转矩＝滚动助力-滚动阻力+生成转矩
实施例：90-90+12.5＝12.5Nm/轮
实施例配装2个矩偶式重力驱动轮，产出总转矩25Nm。可基本满足实验平台三轮车在平坦硬路面持续行进的动力需要。
转矩的产出总量，可随车辆载重量和配装矩偶式重力驱动轮个数的增加而相应增加。
由上述实施例可见：其一、矩偶式重力驱动轮内生的滚动阻力与滚动助力相互抵消，同时还可净产出较大转矩。改变了以往车轮重力提取转化装置无动力净严出或动力净产出极低的状况，产出的转矩能够满足车辆运行中的主要动力需要，其二、矩偶式重力驱动轮可将原发动机传动驱动变为车轮自主驱动，将原燃料能驱动变为主要以重力能驱动，车辆节能效果显著。
Claims (3)
1.一种矩偶式重力驱动轮，其特征是：由矩偶式重力提取机构和液压转化系统组成。
2.根据权利要求1所述的矩偶式重力驱动轮，其特征是：所述矩偶式重力提取机构，包括车轮(1)，以轴安装在车架上；包括动力轮(2)，位于所述车轮(1)辋内空间正下方，外缘与所述车轮(1)轮辋内缘抵接，其轴固定于车厢或其悬挂装置上以接受车辆承载重力；包括多个递力掣(3)，均布安装在所述动力轮(2)轮辐板上，以O为圆心呈可摆动连接，以触点A与两轮共同法线之间形成力矩偶；所述力矩偶以触点A下抵所述车轮(1)轮辋内缘形成滚动助力，同时经触点B作用于动力轮(2)形成滚动阻力，亦同时向液压转化系统传递车辆重力之反力。
3.根据权利要求1、2所述的矩偶式重力驱动轮，其特征是：所述液压转化系统，包括多个液压缸(4)，与所述递力掣(3)数量等同，均布安装在所述动力轮(2)轮辐板上，其活塞与所述递力掣(3)触点B相触接，并可在所述递力掣(3)传递的重力之反力作用下内推，在所述液压缸(4)中产生有压液流，各所述递力掣(3)接力内推各所述液压缸(4)活塞则形成持续有压液流；包括液压马达(6)，安装在所述动力轮(2)及其轮轴上，还包括储能器(5)等液压元件，安装在所述动力轮(2)轮辐板上，所述持续有压液流经所述储能器(5)调节，输入所述液压马达(6)，转化为转矩。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107839408A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-03-27 | 福建省连江乐鑫林业开发有限公司 | 一种引导重力驱动的车轮 |
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