專利名稱：矩偶式重力驅動輪的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能夠將車輛重力充分轉化為驅動力的輪式動力裝置，應屬于機械工程類中發(fā)動機或泵技術領域。
背景技術：
將車輛重力轉化為動力，以驅動車輛運行，是人們長期以來科研、發(fā)明的重要目標之一。但迄今為止，所見此類技術方案中，對重力提取轉化的效益極低，多為零效益或負效益，均未能做到動力的凈輸出，更未出現(xiàn)能夠以車輛自身重力轉化的動力驅動車輪行進的
>J-U裝直。究其原因，是一直未能突破重力提取轉化的技術瓶頸，即難以實現(xiàn)對重力能的“正效提取”。在提取重力能的過程中，提取裝置自身會生成復位阻力或滾動阻力，其阻力值與所提取重力能等量，相互抵消，致使提取轉化過程實際上無效益。加上裝置本身產(chǎn)生的摩擦阻力等損耗，提取、轉化所產(chǎn)生的動力反而不足以補償提取轉化過程所生成的阻力，導致動力的負產(chǎn)出。本實用新型即以破解這一技術難題為設計目標，發(fā)明了獨到的矩偶式重力提取方式，能夠形成對重力能的“正效提取”。同時采用高效的液壓轉化方式，能夠對有效提取的重力能進行充分轉化，產(chǎn)出驅動車輛的主要動力。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型技術方案的目的是提供一種輪式動力裝置，將車輛載重產(chǎn)生的重力能作為主要能源，以獨特的矩偶機構有效提取車輛承載重力，并以液壓系統(tǒng)將其充分轉化為驅動車輪運行的轉矩。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種矩偶式重力驅動輪，由矩偶式重力提取機構和液壓轉化系統(tǒng)組成。所述矩偶式重力提取機構，包括車輪(I)，以軸安裝在車架上；包括動力輪(2)，位于所述車輪(I)輞內(nèi)空間正下方，外緣與所述車輪(I)輪輞內(nèi)緣抵接，其軸固定于車廂或其懸掛裝置上以接受車輛承載重力；包括多個遞力掣(3)，均布安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，以0為圓心呈可擺動連接，以觸點A與兩輪共同法線之間形成力矩偶；所述力矩偶以觸點A下抵所述車輪(I)輪輞內(nèi)緣形成滾動助力，同時經(jīng)觸點B作用于動力輪(2)形成滾動阻力，亦同時向液壓轉化系統(tǒng)傳遞車輛重力之反力。所述液壓轉化系統(tǒng)，包括多個液壓缸(4)，與所述遞力掣(3)數(shù)量等同，均布安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，其活塞與所述遞力掣(3)觸點B相觸接，并可在所述遞力掣(3)傳遞的重力之反力作用下內(nèi)推，在所述液壓缸(4)中產(chǎn)生有壓液流，各所述遞力掣(3)接力內(nèi)推各所述液壓缸(4)活塞則形成持續(xù)有壓液流；包括液壓馬達￠)，安裝在所述動力輪(2)及其輪軸上，還包括儲能器(5)等液壓元件，安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，所述持續(xù)有壓液流經(jīng)所述儲能器(5)調(diào)節(jié)，輸入所述液壓馬達￠)，轉化為轉矩。[0009]有益效果本實用新型技術方案的有益效果主要體現(xiàn)在:實現(xiàn)了對車輛重力能的正效提取。對車輪承載重力能的提取方式，主要有力矩伸延和容積壓縮兩種，本技術方案亦采用力矩伸延式。獨特的是，本技術方案以雙輪+遞力掣組成矩偶機構，將原呈單向作用的伸延力矩，改變?yōu)殡p向作用的力矩偶。在車輪轉動時，原單向作用的伸延力矩，只能生成兩個有效的力，即傳遞的重力之反力和滾動阻力，其中重力之反力即使全部提取轉化為轉矩，也會被生成的滾動阻力抵消掉，效益為零。但在力矩偶的雙向作用下，便可生成三個有效的力，即傳遞的重力之反力、滾動阻力和滾動助力，其中力矩偶向下作用(遞力掣下抵車輪內(nèi)緣)產(chǎn)生的滾動助力，與力矩偶向上作用產(chǎn)生的滾動阻力二者相互抵消，而重力之反力則可全部或大部被提取、轉化為輸出動力。本實用新型技術方案的有益效果還體現(xiàn)在:液壓轉化方式的轉化效率高，可將矩偶機構提取的重力能，充分地轉化為驅動車輪的轉矩。本實用新型上述技術方案提供的矩偶式重力驅動輪，是一種獨到而簡約的裝置，只需一般機械加工技術，多采用標準零部件和標準液壓元件，制造成本低廉，車輛配裝、改裝簡便，不耗燃料能源，僅需輔用少量蓄電能即可取代車輛燃料發(fā)動機，高效節(jié)能環(huán)保。

圖1是本實用新型矩偶式重力驅動輪與車輛的結構關系示意圖；圖2是本實用新型矩偶式重力驅動輪主要構造及液壓回路圖；圖3是本實用新型矩偶式重力驅動輪的重力能提取分析圖。附圖標記說明:I—車輪；2—動力輪；3—遞力掣；4—液壓缸；5——儲能器；6——液壓馬達。
具體實施方式
為驗證本實用新型矩偶式重力驅動輪的技術可行性，特以電動三輪車作為實驗平臺，進行了配裝實驗。其配裝方式和配裝基本結構，適用于各種輪式車輛。茲以此次配裝實施例，說明具體實施方式
。圖1是本實用新型矩偶式重力驅動輪與車輛的結構關系示意圖。車輪(I)采用寬輞輪，按通常方式安裝于車架上通常位置，動力輪(2)置于車輪(I)輞內(nèi)空間正下方，其外緣與車輪(I)輪輞內(nèi)緣抵接，以軸固定于車廂減震彈簧下以接受車廂承載重力。圖2是本實用新型矩偶式重力驅動輪主要構造及液壓回路圖。動力輪(2)輪輻板上，均布安裝8個遞力掣(3)和8個液壓缸(4)，安裝1-2個儲能器(5)。遞力掣(3)可以O為圓心擺動，向外擺動時其觸點A可探出動力輪⑵輪緣，下抵車輪⑴輪輞內(nèi)緣；向內(nèi)擺動時其觸點B可內(nèi)推液壓缸(4)的活塞。動力輪中央則安裝液壓馬達(6)。液壓馬達(6)采用通孔型，并以其軸孔兼作動力輪(2)的軸孔。液壓缸(4)、液壓馬達(6)及儲能器(5)等液壓元件以簡易閉環(huán)回路連通。在實施例中，為直觀需要和直接感受效果，摘除了實驗平臺電動三輪車上的驅動電機，只以人力踏動鏈輪方式予以初始啟動和輸入輔助動力。在車輪初始啟動時，遞力掣(3)觸點A下抵車輪⑴輪輞內(nèi)緣，將車輪承載重力作用于車輪⑴上，生成滾動助力；同時遞力掣(3)內(nèi)擺，以觸點B上抵液壓缸(4)，將車輪承載重力之反力作用于動力輪(2)，生成滾動阻力；滾動助力和滾動阻力相互抵消。亦在同時，遞力掣(3)觸點B內(nèi)推液壓缸(4)活塞，傳導車輪承載重力之反力，在液壓缸(4)內(nèi)生成有壓液流，經(jīng)管路輸入液壓馬達(6)轉化為轉矩，驅動動力輪(2)轉動(并傳動車輪)，致其它遞力掣-液壓缸接續(xù)做功，形成持續(xù)有壓液流。持續(xù)有壓液流經(jīng)儲能器(5)調(diào)節(jié)，持續(xù)輸入液壓馬達￠)，轉化為持續(xù)轉矩。圖3是本實用新型矩偶式重力驅動輪的重力提取分析圖。圖中分析以動力輪(2)承受重力為前提。圖中為了直觀和計算簡便，省略了為減輕液壓缸(4)活塞承受側向力而設置的遞力掣(3)，直接還原為液壓缸(4)活塞中心線對動力輪(2)法線或輻射線的偏轉角度(以下簡稱“偏轉角度A”)和對車輪(1)輪輞法線或輻射線的偏轉角度(以下簡稱“偏轉角度B”)。圖中F為遞力掣(3)可傳導的車輪承載重力A為車輪承載重力之反力；F2為液壓缸(4)活塞的設定推力，以調(diào)節(jié)儲能器(5)的預設壓力予以設定，設定的F2應略小于F1 ;R為車輪(1)輪輞半徑?jīng)r為動力輪(2)半徑。其關系式為:F = F2ZF1 F1F R 偏轉角度 B = F2/F1 .F1.R1.偏轉角度 A1、在動力輪⑵上形成的滾動阻力。動力輪⑵的滾動阻力一般有4個相關因素:F1 ；F2 ;偏轉角度A ;札。其關系式為:滾動阻力=F2ZF1 F1 偏轉角度A R1實施例A為1000N ；F2為900N ;偏轉角度A為45° ;動力輪半徑0.2m900N/1000Nxl000Nx45° x0.2m = 90Nm2、在車輪(I)輪輞上形成的滾動助力。車輪(I)輪輞上形成滾動助力一般有3個相關因素:F ;偏轉角度B ;R。其關系式為:滾動助力=F 偏轉角度B R實施例:F為900N;偏轉角度B為30° ;R為0.3m900Nx30° x0.3m = 90Nm3、液壓系統(tǒng)轉化生成的轉矩。液壓轉化系統(tǒng)采用簡易的閉環(huán)液壓回路，其轉矩的產(chǎn)生，一般有2個相關因素:液壓缸⑷產(chǎn)生的液壓力(F2+液壓活塞面積)；液壓缸⑷產(chǎn)出的液流量(液壓活塞面積X液壓活塞行程X液壓缸個數(shù))。其關系式為:生成轉矩=液壓力 液流量/2 n實施例:F2為900N ;液壓缸數(shù)量為8個；液壓活塞面積為0.0008m2 ;液壓活塞行程為 0.02m ;則液壓力為 900N/0.0008m2 = 1.125Mp ;可產(chǎn)出液流量為 0.0008m2x0.02mx8 =128mL/r，選用QJM型通孔液壓馬達，實際做功液流量為100mL/r ;重力提取機構和液壓系統(tǒng)等動力損耗共約30%1.125x100/6.28 = 17.9Nm17.9-17.9x30%= 12.5Nm如加大車輪⑴輪輞的半徑，則液壓缸⑷活塞的行程延長，可增大液流量，使生成的轉矩進一步增加。4、重力提取轉化效益。有3個相關因素:滾動助力；滾動阻力；轉化生成的轉矩。其關系式為:[0040]產(chǎn)出轉矩=滾動助力-滾動阻力+生成轉矩實施例:90-90+12.5 = 12.5Nm/ 輪實施例配裝2個矩偶式重力驅動輪，產(chǎn)出總轉矩25Nm?？苫緷M足實驗平臺三輪車在平坦硬路面持續(xù)行進的動力需要。轉矩的產(chǎn)出總量，可隨車輛載重量和配裝矩偶式重力驅動輪個數(shù)的增加而相應增加。由上述實施例可見:其一、矩偶式重力驅動輪內(nèi)生的滾動阻力與滾動助力相互抵消，同時還可凈產(chǎn)出較大轉矩。改變了以往車輪重力提取轉化裝置無動力凈嚴出或動力凈產(chǎn)出極低的狀況，產(chǎn)出的轉矩能夠滿足車輛運行中的主要動力需要，其二、矩偶式重力驅動輪可將原發(fā)動機傳動驅動變?yōu)檐囕喿灾黩寗?，將原燃料能驅動變?yōu)橹饕灾亓δ茯寗?，車輛節(jié)能效果顯著。
權利要求1.一種矩偶式重力驅動輪，其特征是:由矩偶式重力提取機構和液壓轉化系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的矩偶式重力驅動輪，其特征是:所述矩偶式重力提取機構，包括車輪(I)，以軸安裝在車架上；包括動力輪(2)，位于所述車輪(I)輞內(nèi)空間正下方，外緣與所述車輪(I)輪輞內(nèi)緣抵接，其軸固定于車廂或其懸掛裝置上以接受車輛承載重力；包括多個遞力掣(3)，均布安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，以O為圓心呈可擺動連接，以觸點A與兩輪共同法線之間形成力矩偶；所述力矩偶以觸點A下抵所述車輪(I)輪輞內(nèi)緣形成滾動助力，同時經(jīng)觸點B作用于動力輪(2)形成滾動阻力，亦同時向液壓轉化系統(tǒng)傳遞車輛重力之反力。
3.根據(jù)權利要求1、2所述的矩偶式重力驅動輪，其特征是:所述液壓轉化系統(tǒng)，包括多個液壓缸(4)，與所述遞力掣(3)數(shù)量等同，均布安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，其活塞與所述遞力掣(3)觸點B相觸接，并可在所述遞力掣(3)傳遞的重力之反力作用下內(nèi)推，在所述液壓缸(4)中產(chǎn)生有壓液流，各所述遞力掣(3)接力內(nèi)推各所述液壓缸(4)活塞則形成持續(xù)有壓液流；包括液壓馬達出)，安裝在所述動力輪(2)及其輪軸上，還包括儲能器(5)等液壓元件，安裝在所述動力輪(2)輪輻板上，所述持續(xù)有壓液流經(jīng)所述儲能器(5)調(diào)節(jié)，輸入所述液壓馬達￠)，轉化為轉矩。
專利摘要矩偶式重力驅動輪，是一種輪式動力裝置，能夠有效地提取車輛承載重力，轉化為車輛的驅動力。矩偶式重力驅動輪有效破解了重力開發(fā)技術中提取轉化“零效”、“負效”的技術難題，以獨特的矩偶式重力提取機構，將單向作用的滾動阻力矩改變?yōu)殡p向作用的滾動阻/助力矩，對重力能形成正效、高效提取，并以液壓系統(tǒng)將其充分轉化生成為轉矩。將原發(fā)動機傳動驅動變?yōu)檐囕喿灾黩寗?，將原燃料能驅動變?yōu)橹饕灾亓δ茯寗?。矩偶式重力驅動輪構造獨到而簡約，只需一般機械加工技術，多采用標準零部件和標準液壓元件，制造成本低廉，車輛配裝、改裝簡便，不耗燃料能源，適用于各種輪式車輛、輪軌車輛和履帶車輛。
文檔編號B60K25/08GK203032387SQ201220746889
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者杜志平 申請人:杜志平