專利名稱:壓力能動力機的制作方法
本發(fā)明涉及一種利用有壓流體的壓力能作功的原動力裝置。將有壓流體的靜壓力作為一次能源形式的提出和確立，旨在對新的動力源的開發(fā)利用。該裝置壓力能的實現(xiàn)取決于創(chuàng)新構思的活塞式抽空器低壓空間的低耗功建立。
1.工作原理基于同一基本原理，本發(fā)明可擬多種型式?，F(xiàn)擇以液壓油作工作介質的導軌滑輪式抽空器和與其聯(lián)軸的活塞式換能器組合的雙缸液壓同步式壓力能動力機為例，予以典型說明。
圖1是該式的構成布局示意簡圖。
主要構成部件(可同時參考圖2中相同的部件編號)1.高壓密封殼體(固定的主體);2.導軌及架體(固裝于密封殼體，提供活塞組件偏心園周運動條件，并約束其直線行程止點);3.滑輪(承載活塞外端面所受壓力F的分力F1);4.缸套托盤(固裝缸套于主軸);5.活塞桿組件(連接活塞及滑輪，承受活塞外端面所受壓力F);6.活塞(在偏心園周運動的同時，完成和缸套間的相對直線運動);7.缸套(在主軸帶動下作園周運動);8.主軸(即曲軸。連結各運動部件，傳遞動力);9.高壓流體輸出管路;10.常壓流體回路管路;11.缸套(固定部件);12.活塞(能量轉換及釋放);13.曲柄連桿總成;14.飛輪;15.蓄能器(即呼吸器)。
圖中以主軸中間二套軸承為界，以下部分是抽空器(CKQ)，以上部分是換能器(HNQ)，抽空器右邊連蓄能器(XNQ)，或稱呼吸器(HXQ)。
抽空器為該裝置的核心機構，亦是本發(fā)明的主要內(nèi)容。其功能是用以向換能器提供有壓流體壓差運動所必需的低壓空間。該低壓空間對有壓流體產(chǎn)生空吸作用，即本發(fā)明的能源所在。
換能器其功能是在抽空器低壓空間的空吸作用下，將有壓流體的壓力能轉換成動能?？偰芰糠峙涫切〔糠趾挠诰S持全機的迨速運轉(其中包括從能源意義上看，實際是反饋予抽空器轉動之所需)，大部分作為輸出動力，即有效功率。
蓄能器功用是在液壓油作工作介質時，通過壓縮氣體的膨脹將壓力傳遞予液壓油，使之得到加壓。若不考慮泄漏問題，該壓力的可視為長久性的無耗力源。蓄能器的另一功用是用以調整因抽空器和換能器活塞運動的同步差所產(chǎn)生的壓力變化值，將壓力控制在一個穩(wěn)定的數(shù)值范圍。蓄能器在工作狀態(tài)其氣室和液室間的隔離膠皮作軸向顫動，故稱作呼吸器。
起動前準備主要包括二個內(nèi)容。一是注液，先向抽空器密封殼體內(nèi)注液壓油，注滿后轉動飛輪，使換能器和抽空器的活塞作往復直線運動，通過自吸或壓入完成向缸套內(nèi)的注液。后繼續(xù)向密封殼體內(nèi)注液，直至包括蓄能器液室全部注滿。此時，全部液壓油容器內(nèi)的空氣均已排出。二是供壓，即用氣泵向蓄能器氣室輸入一定壓值的壓縮氣體。
起動轉動飛輪，各活塞越過止點。抽空器缸內(nèi)低壓空間一經(jīng)建立，全機即起步運行。如圖中所示以換能器活塞向右運動為例，在曲軸轉動半周范圍內(nèi)各運動部件的狀態(tài)。換能器A缸進液閥(圖中略)開啟，高壓油從密封殼體內(nèi)進入A缸，活塞作壓差運動(高壓油對常壓大氣)，為作功沖程;同時，B缸排液閥(圖中略)開啟，缸內(nèi)常壓油和低壓空間連通變?yōu)樨搲海钊鲏翰钸\動(常壓大氣對低壓空間)，為排液沖程。如上過程是將A、B活塞獨立分析。如果將A、B活塞視為一個整體，則為高壓油對低壓空間的壓差運動過程，因A、B活塞的外端面是等壓的。接上分析活塞的直線運動經(jīng)曲柄連桿產(chǎn)生力矩驅動主軸帶動抽空器的缸套、活塞作園周運動，園周運動的同時完成相對直線運動。A缸為排液回位行程，B缸為抽空吸液行程式(抽空器低耗功運動的原理待后文說明)。
2.抽空器構成原理圖2是導軌滑輪式抽空器構成原理圖。
該圖表示的內(nèi)容等于圖1中抽空器的俯視圖，只是在圖示方面較詳細些。
主要構成部件1-8同圖1;9.進液單向閥(和換能器相應缸套連通);10.排液單向閥(通高壓空間)。
圖中A缸滑輪位于導軌最遠點Y處，活塞抽空吸液行程，已畢，即將開始排液回位行程;B缸滑輪位于導軌最近點J處，活塞排液回位行程已畢，即將開始抽空吸液行程。圖中雙點劃線畫出的滑輪組件表示活塞行程的幾個中間過渡位置上力的變化情況。抽空器本身是可以雙向運動的，(見圖中B1、B2、B3、B4標記)而和換能器組合后能否雙向運動，則要取決于換能器。比如用活塞式換能器，則因其進排閥啟閉構造的限制而只能是單向的。圖中所示8組力圖中，F(xiàn)2數(shù)值和力臂的數(shù)值時在變化，但是其力矩數(shù)值卻是固定不變的。
如前所述，抽空器的低壓空間是能源所在，并且建立這個低壓空間是低耗功的。下面通過A、B缸活塞半周行程中力的表現(xiàn)情況說明這個問題。
A缸活塞在排液回位行程中基本是不耗功的。A缸在上半周吸進缸內(nèi)的是常壓油，而當排液單向閥開啟后，缸內(nèi)常壓油則被加壓，缸內(nèi)、外壓力相等，活塞作等壓移動?；钊南蚋變?nèi)移動和油液的向缸外排出，二者可以互換空間位置，滑輪對導軌沒有壓力。
B缸活塞在抽空吸液行程中是低耗功的?；钊辉竭^止點J處，低壓空間即建立。此時活塞外端面所受的壓力F通過活塞桿組件傳遞至滑輪，由滑輪將其分力F1作用予導軌。分力F2沿園周斜面的滑動加速度趨勢可對主軸產(chǎn)生力矩(+)。同時，缸套外端面所受壓力對主軸產(chǎn)生的力矩(-)數(shù)值恰等于F2產(chǎn)生的力矩(+)，力矩方向相反，總力矩等于零，對主軸的轉動不起作用?？梢姡喿鳛橐粋€承力體在導軌上的曲線運動，只需克服其和導軌間產(chǎn)生的摩擦阻力即可完成。所以低壓空間的建立是低耗功的。另外如圖中所示，該曲線運動可以是二個方向。因為F1是滑輪對導軌的正壓力，以此可比照重力場條件下重物在水平面上的滾動或滑動情況，二者效果是相同的。
總結和比較論證抽空器低壓空間的低耗功建立是通過滑輪的特殊布局和缸套外端面的特殊功能完成的。F2產(chǎn)生的力矩(+)被缸套外端面產(chǎn)生的力矩(-)抵銷，園周斜面的實際意義不復存在滑輪作為承力體相當于在水平面上作滾動運行。所以不必付出等于F的力拉開活塞，如同不必付出3500噸的力牽引一列火車。二例所異是活塞有相反于壓力F方向拉開的直線行程，而列車的沒有相反于重力方向上的運動。此需從斜面運動意義上比較和理解設列車爬一段坡路，上坡阻力由增加的一臺機車克服，此時對原來那臺機車來說它所付的功仍等于在水平面路軌上牽引時所付的功(比較可見缸套產(chǎn)生的力矩的作用相當于增加的那臺機車的作用)。在此，列車有相反于重力方向上的運動。另設列車下行這段坡路，增加的那臺機車克服下坡產(chǎn)生的附加推力，效果同前例，只一點區(qū)別是列車降低的方向與重力方向是一致的。
低壓空間作為一次能源形式，對它的獲得不需要等量代換，即代價不同于能量轉換所得到的非一次能源形式的低壓空間。但對它的首次建立確需要付以少量能量。這是大部分可以作為一次能源利用的物質的能量從潛在狀態(tài)(一切物質均有，但不是都能被輕易利用)到出現(xiàn)狀態(tài)所必需的外因條件(如沒有火，石油和煤的能量不能表現(xiàn)出來)。此外因條件耗能極少，它同出現(xiàn)能量之比例甚至可以無限大(如引燃或引爆)。建立低壓空間的所耗能量和出現(xiàn)能量之比也是很大的。物質能量的出現(xiàn)即伴隨作功，但要變成有用的機械功則需借助適應的換能器，如同燃燒的汽油不能轉動車輪，低壓空間本身不能轉動主軸。
3.承力體形式承力體是抽空器低壓空間能以建立的關鍵部件。其作用是承載活塞外端面所受壓力F的分力F1。形式可擬數(shù)種，現(xiàn)擇五種作為代表性說明(見圖3)。
圖3-a是導軌滑輪式承力體構成原理圖。
主要構成部件1.導軌;2.架體;3.短軸;4.活塞桿;5.滑輪。
該式主要內(nèi)容前文已述。該式適用于液壓油或壓縮氣體作工質。缺點是運行時噪音較大。在可能條件下，其滑輪直徑盡量大些，以減輕滑輪摩損。該式用以說明承力原理是顯而易見的，因此在例式中采用。
圖3-b是滑道滑瓦式承力體構成原理圖。
主要構成部件1.彈性導軌;2.固定滑道;3.活塞桿組件;4.滑瓦;5.滑輪組件。
該式適用于液壓油作工質。圖中彈性導軌通過彈性壓緊裝置(圖中略)固定于滑道上，同時通過滑輪組件將滑瓦和滑道作彈性接觸，在抽空吸液行程時中間形成低壓層。此時，固定的滑道擋住高壓空間壓力油可能對滑瓦左面施加的壓力，而滑瓦右面所受壓力恰和活塞外端面所受壓力的分力(F1)相等，方向相反以平衡。使滑瓦在主軸帶動下克服很小的摩擦阻力作“懸浮”運行。該式如采用壓縮氣體作工質，實施困難較大(指對滑道、滑瓦的機械加工)。該式滑道的結構特點是其180°為封閉，提供抽空吸液行程必需的條件;其另180°為開放，即和高壓空間連通，為排液回位行程時減小摩擦阻力提供條件。
圖3-c是滑瓦低壓室式承力體構成原理圖。
主要構成部件1-5同圖3-b.d-低壓室。
該式適用于壓縮氣體或液壓油作工質。該式結構是在圖3-b基礎上設置了低壓室，該室和缸套低壓室連通。在活塞抽空吸氣(或液)行程中，滑瓦低壓室和缸套低壓室壓力相等(二個低壓室均為活塞抽空形成)。在活塞排氣(或液)回位行程中，滑瓦低壓室和缸套低壓室亦為等壓(壓縮氣體作工質時氣壓自低漸高;液壓油作工質時為高壓)，所以滑道為全封閉式。該式滑瓦的運行狀態(tài)同圖3-b，亦為“懸浮”式。
圖3-d是“浮塊”式承力體構成原理圖。
主要構成部件1.導槽;2.架體;3.活塞桿組件;4.承力滑架及滑塊。g-高壓液道。
該式適用于壓縮氣體作工質。該式結構在圖3-a基礎上將滑輪改為滑塊，使其在密封的高壓液道上“浮動”。高壓液道內(nèi)的壓力油和高壓空間的壓縮氣體等壓，不易溢出。對其的密封措施只是為了應付油液重力性質的表現(xiàn)。
圖3-e是雙低壓層式承力體構成原理圖。
主要構成部件1.彈性導軌;2.固定滑道;3.滑瓦;4.半園滑瓦;5.活塞筒銷組件;6.活塞;7.缸套;8.滑輪組件。
該式適用于壓縮氣體或液壓油作工質。該式結構特點是設置了二個低壓層。其一于固定滑道和滑瓦之間;其二于半園滑瓦和活塞筒銷之間。圖中編號4所指實際是半園滑瓦的二頭端蓋的剖面圖。
端蓋的作用一是輔助密封，二是按裝彈性固定銷(圖中豎向畫出，未編部件號)。半園滑瓦的俯視圖是半園形，其內(nèi)面是半園柱形，和活塞筒銷的半園柱形外面作彈性接觸，實現(xiàn)活塞和承力體間的活銷連接。二個低壓層串聯(lián)布局的意義在于消除了可能作用至活塞外端面的壓力。該壓力的實際數(shù)值等于上述幾式中的F1。
如上所述承力體形式，對承載活塞外端面所受壓力之分力(F1)的作用是相同的，而各式中產(chǎn)生的耗功阻力卻是不同的·a式中將F1直接機械地作用至導軌，產(chǎn)生的摩擦阻力較大;b、c、d式中滑瓦(或滑塊)是在高壓流體上浮動，所耗功是克服流體的內(nèi)摩擦力;e式中需克服的流體摩擦力很小。
4.實施技術要點本發(fā)明的機械結構并不復雜，作為樣機試制的技術和工藝按照液(氣)壓機械制造技術基本上可以解決。
抽空器的設制按照圖2的構成原理圖，只要定下活塞的直徑及其直線行程，其它零部件的尺寸則很容易得出。如定活塞直徑40mm，行程40mm，導軌(或滑道)便可定在200mm上下(以不防礙活塞組件園周運動為準)，密封殼體的內(nèi)壁和導軌架體(或滑道)的外壁的間距等于活塞行程，以保證主軸位于密封殼體的端蓋中心。其它零部件的尺寸，有的可以據(jù)以上尺寸推算，有的可以任取(如缸套長度，密封殼體高度等)。
換能器可選用現(xiàn)成的裝置作配套。如各種類型的液力馬達或活塞式內(nèi)燃機均適用。在選用活塞式內(nèi)燃機時只需對其進排氣門做以改動，以適應二行程工作循環(huán)。其和抽空器的連接形式可以是同軸(如例式所示)，亦可以不同軸;可以是同步，亦可以不同步。
權利要求
1.一種通過能以低耗功建立低壓空間的活塞式抽空器的特定功能實現(xiàn)有壓流體的壓力能作功的原動力裝置。其特征在于抽空器以主軸為運動中心，固裝著缸套連活塞并通過滑輪(或滑瓦)和導軌(或滑道)作動連接，組成一個園柱形運動空間。其中，缸套、活塞在換能器帶動及導軌(或滑道)約束下作偏心園周運動，同時作相對直線運動。
2.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是導軌(或滑道)的園心偏主軸園心。
3.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是缸套中心線和主軸園分線平行。
4.根據(jù)權利要求
1所述裝置，其特征是活塞中心線和導軌(或滑道)園分線形成不定值夾角。
專利摘要
本發(fā)明是一種利用有壓流體的壓力能作功的原動力裝置。以此證實了有壓流體的靜壓力作為一次能源形式的必然存在。其主要技術特征表現(xiàn)為其核心機構抽空器能夠在低耗功條件下建立有壓流體釋放能量作功所必需的低壓空間。配合適應的換能器即可將有壓流體的壓差能轉化成動能輸出動力作功。
文檔編號F03C1/24GK86107512SQ86107512
公開日1988年6月1日 申請日期1986年10月29日
發(fā)明者姜中璋 申請人:姜中璋導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan