CN208947094U - 一种工程车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种工程车辆，通过将气体动力装置连接液压泵，为液压执行装置提供能源，其结构简单，扭矩大，转速高，传递效率高，能耗低，且环境友好，排放物为减压后的气体，工作噪音低，且无尾气污染；待机状态能耗极低。该工程车辆采用的气体动力装置，包括外圈和芯体，芯体的外环面的喷口和排口之间设有至少一阶以上的次冲流道，气体从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，气体通过芯体的排口经排气通道排出。

Description

一种工程车辆

技术领域

本实用新型公开一种工程车辆，按国际专利分类表(IPC)划分属于交通工具技术领域。

背景技术

工程车是工程建设作业过程中需使用的车辆，其一般具有行走装置以及液压执行装置，二者共用一发动机，提供驱动动力和液压动力。

然而，在行走装置停机后，为驱动液压执行装置，发动机也还必须处于待机运转状态或低转速工作状态，其工况不合理，极易产生大量尾气，能量利用率较低。

同时，发动机尾气中的有害气体以及颗粒污染物，如主要含有的CO、碳氢化合物、氮氧化物等有害气体还会严重影响人体健康，其中，CO与人体血液中的血红蛋白结合速度比O2快250倍。即使仅吸入微量CO，也可能给人造成缺氧性伤害，轻者眩晕、头疼，重者脑细胞受到永久性损伤；尤其是低转速，燃烧不充分状态下，污染物含量更高。

针对该问题，现有手段多为汽车尾气处理、发动机优化设计提高燃烧效果或者采用洒水降尘等道路清洁技术主；然而，该种方案均是一定程度降低尾气污染，无法从根本上解决汽车尾气问题。

因此，急需提供一种作业环境污染小，高效可靠的工程车辆。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种工程车辆，通过将气体动力装置作为汽车的动力装置，该气体动力装置芯体上周向设置的多阶流道，气体的能量多次利用，通过芯体驱动旋转外圈，实现动力的输出；该工程车辆具有环保无污染、输出功率调节方便、能量利用效率高、节能环保等优点。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种工程车辆，包括一车架，该车架上设有行走装置以及液压执行装置，

还包括气体动力装置，该气体动力装置分别与该行走装置以及该液压执行装置的液压马达传动连接；

该气体动力装置包括：

一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；

一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；

至少一进气通道，其连通至少一喷口；以及

至少一排气通道，其连通至少一排口；

气体从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，气体通过芯体的排口经排气通道排出。

进一步，至少一进气通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排气通道形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。

进一步，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道与对应的驱动凹部交错布设依次连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。

进一步，进气通道和排气通道形成于芯体内。

进一步，芯体上包括：

进气通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；

次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数；

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成气体能量递减的多阶冲程结构。

进一步，次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。

进一步，芯体进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。

进一步，芯体上设有进气通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。

进一步，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。

进一步，该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出气轴道分别连通至芯体的进气通道和排气通道。

轴内进、出气轴道形成进气口和出气口，进、出气轴道为不连通结构。

进一步，外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。

进一步，独立做功单元中进气通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排气通道构成气体流动路径。

进一步，该气体动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。

进一步，外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。

进一步的，还包括储罐，该储罐与该气体动力装置管路连接，以对该进气通道供气。

进一步的，该气体动力装置通过变速器分别与该行走装置以及该液压执行装置的液压马达传动连接。

本实用新型工程车辆，通过将气体动力装置连接液压泵，为液压执行装置提供能源，其结构简单，扭矩大，转速高，传递效率高，能耗低，且环境友好，排放物为减压后的气体，工作噪音低，且无尾气污染。且以压缩气体为动力，降低了使用运行成本，维护简便，且车辆运行稳定性更高。

本实用新型的气体动力装置，还具有如下有益效果：

1、本实用新型中芯体设置的多阶流道，即进气通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，气体由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至气体从排气通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、气体利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大；以用于驱动液压泵，平稳输出驱动转矩。

2、本实用新型芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，可配合于汽车的行走装置输出动力，同时，芯体上进气流道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。

附图说明

图1示出了本实用新型第1实施例工程车辆侧视图；

图2示出了本实用新型第1实施例工程车辆局部液压油路原理示意图；

图3是本实用新型第1实施例的气体动力装置示意图。

图4是本实用新型第1实施例气体动力装置轴A向侧视图。

图5是本实用新型第1实施例气体动力装置轴B向侧视图。

图6是本实用新型第1实施例气体动力装置径向剖视图。

图7是本实用新型第1实施例气体动力装置另一布局图。

图8是本实用新型第2实施例工程车辆的气体动力装置示意图。

图9是本实用新型第2实施例气体动力装置轴C向侧视图。

图10是本实用新型第2实施例气体动力装置轴D向侧视图。

图11是本实用新型第2实施例气体动力装置径向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例1：

结合图1和图2所示，该实施例提供了一种工程车辆，更具体的，为装载机。其包括一车架5，该车架5上设有行走装置6以及动力装置总成9；该车架5上还设有液压执行装置7，该液压执行装置7包括液压油路、液压油缸以及装载铲斗组件。

在该实施例中，该动力装置总成9包括一气体动力装置：首先，该气体动力装置通过离合器以及变速器与行走装置6传动连接；而后，该气体动力装置还通过一减速机构与该液压执行装置的液压油路上液压马达70传动连接；同时，该车架5上还设有一用于对该气体动力装置供气的储罐(图中未示出，优选的是钢瓶、杜瓦罐、高压气罐或者储气瓶，其设于车架上)；储罐通过阀体组件管路连通至该气体动力装置。

该气体动力装置功率调节范围广，可以在行走装置6驻车后，实时驱动液压马达70，以对液压执行装置7提供工作能源；且该气体动力装置还通过该变速器与该行走装置6传动连接，以提供装载作业中车身移动的动力。

请参阅图3至图6，该气体动力装置，其包括一外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体3的外环面设有至少一喷口301、至少一排口302、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道300；

至少一进气通道31，其连通至少一喷口301；以及

至少一排气通道310，其连通至少一排口302；

储罐的压缩气体从进气通道31进入，通过芯体3的喷口301及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈1周向上的至少二驱动凹部11，对这些驱动凹部11产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力连续输出，最后，气体通过芯体3的排口经排气通道排出。该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上。

如图6所示，进气通道31和排气通道310形成于芯体3内，芯体3上的喷口301及次冲流道300，与外圈1对应的驱动凹部11连通，其中次冲流道300与对应的驱动凹部11交错布设依次连通，次冲流道300沿芯体或外圈周向设置。

如图6，芯体3上包括：进气通道31，其在芯体周面形成喷口31，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口301与外圈对应的驱动凹部11连通，形成第1阶流道；

次冲流道300，其走向为芯体3边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道300与外圈1对应的前后两驱动凹部11连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数。需要说明的是：这里如果是2阶流道则包括第1阶流道(进气通道)和第2阶流道(一次冲流道)；如果是3阶流道包括第1阶流道(进气通道)、第2阶流道(一次冲流道)、第3阶流道(另一次冲流道)，……

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成气体能量递减的多阶冲程结构。

根据负载的要求，可以对气体动力装置进行设计，其中的芯体3设置可以是2阶流道、3阶流道、或更多阶进气流道，每阶循环做功，能量充分利用，最大程度地提高使用效率，以满足输出扭矩和转速的需求。

如图7是4阶流道示意图，压缩气体从第1阶流道311进入后，经第2、3、4阶流道312、313、314，并喷出作用在对应的驱动凹部11，最后体通过排气流道310输出；图6是5阶进气流道示意图，工作过程同图7示意类似。如图7，次冲流道300包括回程道和相通的冲程道，如图7中的第3阶流道中的回程道3131和相通的冲程道3132，回程道3131与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道3132与另一驱动凹部连通。

请参阅图3，该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上，该轴2上开设有进、出气轴道21、210分别连通至芯体3的进气通道31和排气通道310。轴内进、出气轴道形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。外圈1通过侧板41、42配合于轴2上形成一个封闭空间，芯体3设置于封闭空间内并与轴2连接固定。本实用新型中芯体3设有至少2阶流道，每一阶流道与外圈对应的驱动凹部连通，最后由排气流道排出气体。

请参阅图3，本实用新型中芯体3可以是由左、右芯体配合而成，左、右芯体配合面设有进气通道31和排气通道310，芯体3也可以是整体铸造而成。

请参阅图3、图6，本实施例是一级驱动结构，芯体3上沿周向设置1条空气通道形成一级驱动结构，空气通道也称为独立做功单元，芯体3和外圈1上一进气通道31、一喷口301、至少二驱动凹部11、至少一次冲流道300、一排口302和一排气通道310形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。独立做功单元中进气通道31、喷口301、驱动凹部11、次冲流道300、排口302和排气通道310构成气体流动路径。

请参阅图3、图6或图7，本实用新型中外圈1的内环面上设置有2个以上驱动凹部11，每一驱动凹部具有一轮廓底面111以及驱动面112，轮廓底面111的轮廓线可以是普通弧形线或螺旋线，当轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在轴上，每一驱动凹部11同时与相邻阶流道相通以使前一阶流道进入的气体由下一阶流道输出。

本实用新型中芯体3进气通道即第1阶流道走向可以是普通弧形线或螺旋线，各次冲流道即第N阶流道中冲程道的走向也可以是普通弧形线或螺旋线。

如图6及图7，本实用新型芯体3上设有进气通道31，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道300的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进气通道对数螺旋线的走向大致相同。芯体3进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°，角度越小，流道越长，损耗越多；角度越大，驱动外圈的切向分力越小。

请参阅图3、图4及图5，本实用新型轴2内进、出气轴道21、210形成进口和出口，进、出气轴道为不连通结构。轴的进口和出口可以设置在轴一端或轴两端，进气轴道21与芯体的进气通道31相通，轴的出气口轴向延伸形成出气轴道210，出气轴道与芯体的排气通道310相通。

本申请案所涉气体动力装置是指能够将气体能转换成机械转动的装置，其中该装置除必要的外圈、芯体及其相应凹部结构或流道结构设计外，还可以额外包括其他部件；例如，可以额外包括有提供外保护的壳体和密封结构等，又如可以额外包括有提供转矩传递的联轴器等。其中，外圈可以根据机械转动输出方式的不同而具体表现形式有所变化，例如外圈外侧形成外齿形结构，以利于通过齿轮传动的方式输出动能；又例如外圈具有皮带槽，以通过皮带传动的方式输出动能；再例如外圈具有安装法兰盘，可以方便地安装联轴器以输出动能；等等。芯体和外圈的材质为硬质材料制成，不限于金属、金属合金、塑料、复合材质，芯体和外圈的凹部结构或流道结构的加工方式可以采用一切已知的生产手段实现，包括而不限于压铸、锻造、挤压、3D打印等等。输入至该动力装置的空气压力可以是压缩机(如气压泵)产生、压缩流体的容器(如高压气瓶)产生、等等。

图3和图6中需要说明的是，芯体的进气通道31和排气通道310及进气轴道21、出气轴道210，按制图规则虽然不对应，但为了形象说明，图3中芯体的进气通道和排气通道就是指进气通道和排气通道，实施例2中图8和图11与此类似的示意图示。

实施例2：请参阅图8至图11，该实施例的工程车辆与实施例1基本相同，其主要区别为：

气体动力装置中包括2独立做功单元形成二级驱动结构，即芯体3上沿周向设置2条空气通道，每条空气通道包括1阶以上的进气通道31和次冲流道300并沿芯体3周向布设及排气流道。气体动力装置包括外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有2组喷口、排口、以及每组喷口和排口之间设有至少一次冲流道；芯体上设有2进气通道31、32，其对应连通喷口；以及2排气通道310、320，其对应连通排口；两股气体从分别从芯体的2进气通道进入，通过芯体3的喷口及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈周向上相应的驱动凹部11，对这些驱动凹部产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力输出，最后，气体通过芯体的排口经排气通道排出。上述的一进气通道、一喷口、相应数量的驱动凹部及对应的次冲流道、排口和一排气通道形成独立做功单元。

该气体动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴上，该轴2上开设有进气轴道21、22及出气轴道210、220分别连通至芯体的进气通道31、32和排气通道310、320。轴2上设有与空气通道对应的两进气口和两出气口；压缩气体从轴2的两进气口进入，通过芯体3进气通道喷出作用在外圈1的驱动凹部11，产生推力推动外圈1旋转做功，最后压缩气体通过芯体3的排气通道回到相应的出气口，实现动力的连续输出。其他结构与实施例1中结构相同，不再赘述。

实施例3：该实施例的工程车辆，与实施例1基本相同，其主要区别为：

本实用新型气体动力装置中包括4或更多的独立做功单元形成多级驱动结构，芯体上沿周向设置3条或更多条空气通道，每条空气通道包括1阶以上的进气通道和次冲流道并沿芯体周向布设及排气流道，进气通道和排气通道设置在左、右芯体的配合面。轴上设有与空气通道对应数量的进气轴道和出气轴道，压缩气体从轴的进气轴道进入，通过芯体进气流道喷出作用在外圈的驱动凹部，推动外圈旋转做功，实现动力的连续输出，最后压缩气体通过芯体的各排气流道回到相应的出气轴道。其他结构与实施例1中结构相同。

在该实施例中，该工程车辆为装载机，其液压执行装置包括铲斗组件，可以理解的是，在其他的具体实施方式中，该液压执行装置还可以是挖掘铲斗、液压钻机或者举升云梯等；该行走装置还可以是履带机构。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (10)

1.一种工程车辆，包括一车架，该车架上设有行走装置以及液压执行装置，其特征在于：

还包括气体动力装置，该气体动力装置分别与行走装置以及该液压执行装置的液压马达传动连接；

该气体动力装置包括：

一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；

一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；

至少一进气通道，其连通至少一喷口；以及

至少一排气通道，其连通至少一排口；

气体从进气通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，气体通过芯体的排口经排气通道排出。

2.根据权利要求1所述的工程车辆，其特征在于：至少一进气通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排气通道形成独立做功单元，该气体动力装置中包括至少一个独立做功单元。

3.根据权利要求1所述的工程车辆，其特征在于：进气通道和排气通道形成于芯体内，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。

4.根据权利要求3所述的工程车辆，其特征在于：芯体上包括

进气通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；

次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成N阶流道，其中N≥2的自然数；

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成气体能量递减的多阶冲程结构。

5.根据权利要求3所述的工程车辆，其特征在于：芯体进气通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。

6.根据权利要求1所述的工程车辆，其特征在于：该气体动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出气轴道分别连通至芯体的进气通道和排气通道。

7.根据权利要求2所述的工程车辆，其特征在于：该气体动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。

8.根据权利要求1至7之一所述的工程车辆，其特征在于：外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。

9.根据权利要求1至7之一所述的工程车辆，其特征在于：还包括储罐，该储罐与该气体动力装置管路连接，以对该进气通道供气。

10.根据权利要求1至7之一所述的工程车辆，其特征在于：该气体动力装置通过变速器分别与该行走装置以及该液压执行装置的液压马达传动连接。