CN201165929Y - 杠杆式液压单动发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种杠杆式液压单动发动机，在机架上设一换能系统，其包括一液压杠杆式高压油供给系统、一液压换能装置和一动力输出轴，供油系统向液压换能装置包括的至少一对单动液压缸装置供高压油，每个液压缸装置都包括缸体和设于缸内的活塞，两个活塞杆分别通过一可使直线运动变为转动的传动机构连接动力输出轴，活塞杆连接直线运动件，转动件确保动力输出轴单向转动地固定在动力输出轴上；缸体上的单向供油阀和单向回油阀各自连接一凸轮机构的从动件，与从动件相触的凸轮通过一传动机构与连接活塞杆的传动机构固联。本实用新型使用电能转换为液压能再转换为机械能获得动力，在其工作中无废气产生，换能过程能耗很小，输出动力大。

Description

杠杆式液压单动发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，提供一种低能耗、环保型的杠杆式液压单动发动机。

背景技术

目前，在发动机领域中发动机的种类很多，例如内燃发动机、汽油发动机等等。这些发动机都是通过点燃液体燃料产生动力的。因此，其工作过程中需要消耗大量燃油能源，同时造成环境污染。在我国能源日趋紧张、环保要求越来越高的今天，现有的发动机应该被能耗低、环保型的新型发动机所替代。电能是一种清洁的能源，利用电能作为动力的机械和车辆很多，但是，现有技术中使用电能驱动的车辆，都是将直流电动机直接安装在车辆的驱动轴上。这样的动力装置功率比较小，对于现有车辆上所使用的蓄电池只能提供如电动自行车使用的也就是几百斤的载荷。如果要提供一般汽车上吨的运输能力，就需要连接体积和重量大得非常可观的蓄电池，在实际应用中无法实施。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改进现有技术的不足，提供一种使用蓄电池驱动直流电机，可以提供较大运输能力，低能耗、污染小，但功率相对能耗和污染的指标而言相对较大的杠杆式液压单动发动机。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的杠杆式液压单动发动机包括一机架，其上设有一发动机主轴，在该机架上还设有一换能系统，该换能系统包括：一液压杠杆式高压油供给系统、一液压换能装置和一动力输出轴，

所述液压杠杆式高压油供给系统包括一直流电机、一杠杆和一柱塞泵，所述杠杆的支点铰接在固定于该机架上的支撑座上，所述电机与杠杆一端通过转动变往复摆动的一传动机构连接在一起，所述杠杆的另一端与所述柱塞泵上柱塞杆通过往复摆动变直线往复移动的一传动机构连接在一起；所述柱塞泵缸体的一侧腔室的缸壁上设有一个单向进液口和一个单向出液口，所述单向进液口通过管路连接一油箱，所述单向出液口上连接一供油管；所述油箱上设有回油管；

所述液压换能装置包括至少一对单动液压缸装置，每个液压缸装置都包括缸体和设于缸内的活塞，所述缸体上设有连接所述供油管的进口和连接所述回油管的出口，其上分别装置有单向供油阀和单向回油阀；

所述一对单动液压缸装置中的两个液压缸A、B中的两个所述活塞杆a、b分别通过一可使直线运动变为转动的传动机构连接所述动力输出轴，所述活塞杆连接该传动机构的直线运动件，所述转动件确保动力输出轴单向转动地固定在所述动力输出轴上；

所述缸体A、B上的单向供油阀和单向回油阀各自连接一凸轮机构的从动件，与所述从动件相触的所有凸轮都固定在一凸轮轴上，该凸轮轴通过一传动机构与连接活塞杆a、b的传动机构中固设转动件的转动轴固联，该凸轮机构上的凸轮形状和位置使得该两个液压缸装置的缸体上的单向供油阀和单向回油阀中，一个缸体上的单向供油阀开启，另一个缸体上的单向回油阀开启；

该两个所述活塞杆之间还设置一个回位传动机构，其为一牵拉构件，两端分别连接两个活塞杆。

所述直线运动变为转动的传动机构可以是齿轮齿条传动机构，其中的齿条与所述活塞杆固联，各所述齿轮通过所述超越机构固定在所述动力输出轴上，或者各所述齿轮通过所述超越机构固定在一可转动地固定在机架上的转轴上，该转轴与动力输出轴通过一传动机构连接，所述凸轮轴通过所述传动机构与所述动力输出轴或转轴固联。

所述直线运动变为转动的传动机构也可以是带传动机构或链传动机构，其中的传动带或传动链与所述活塞杆固联，所述两个带轮或链轮中的一个通过超越机构固设在一个转轴上，该转轴可转动地固定在机架上，另一个带轮或链轮通过超越机构固设在动力输出轴上，所述凸轮轴通过所述传动机构与所述转轴连接，以驱动所述凸轮转动继而驱动所述阀杆启闭缸体上的单向供油阀和单向回油阀。

本杠杆式液压单动发动机工作原理是：直流电机转动，带动杠杆动作，继而使得液压杠杆式高压油供给系统中的柱塞泵往复运动，将油箱中的液压油抽出加压成为高压油输入供油管，这时，两个液压缸中，液压缸A的供油阀开启、回油阀关闭，液压缸B的供油阀关闭、回油阀开启，高压油进入液压缸A的缸体，推动活塞上行进行做功行程，活塞带动与之连接的传动机构的直线运动件如齿条、传动带、链条或滑块位移，使得齿轮、带轮或链轮转动，由此，即可使得与之连接的动力输出轴转动，液压缸装置A向动力输出轴输出动力，以及向凸轮机构提供连续转动的动力。同时，液压缸B的回油阀开启，高压油从开启的回油阀排出缸体，该活塞通过牵拉构件带动液压缸B中的活塞下行进行非做功行程，该缸体内的活塞带动与之连接的齿条、传动带或链条反向位移，使得与其关联的齿轮、带轮或链轮反向转动，由其与传动轴之间设置的超越机构作用，反向转动的齿轮、带轮或链轮在传动轴或动力输出轴上空转。当液压缸A的活塞走完其做功行程到行程的端点时，刚好液压缸B的活塞也走完其非做功行程，一直随动力输出轴或转轴连续转动的凸轮机构因其凸轮形状特定的设计，此时刚好带动两个液压缸装置中缸体上的单向供油阀和单向回油阀阀杆动作，液压缸A、B的阀门启闭状态变换，液压缸B处于做功行程，向输出轴提供动力，液压缸A处于非做功行程。这时，液压缸装置B向动力输出轴输出动力，以及向凸轮机构提供连续转动的动力。

所述的直线运动变转动的传动装置还可以是曲柄滑块机构，其中的滑块与所述活塞杆固联，所述曲柄或偏心轮固设在所述动力输出轴上，或固设在一可转动地设于机架上的转轴上，该转轴或动力输出轴通过一传动机构连接；所述动力输出轴或转轴直接连接或通过一传动机构连接一凸轮机构中的凸轮轴，使得凸轮转动，与凸轮相触的从动件连接所述单向供油阀和单向回油阀阀杆；同样的，在两个所述活塞杆之间设置一个回位传动机构，其为一牵拉构件，两端分别连接两个活塞杆。

在设置曲柄滑块机构的方案中，所述偏心轮与转轴或动力输出轴之间无需设置超越机构。

为了使得所述输出轴转动性能更好，可以设置两对单动液压缸装置。两对单动液压缸装置中的活塞的相对位置以及相匹配的驱动两缸体单向供油阀和单向回油阀阀杆的凸轮机构中的凸轮的安装相位关系可以是：在一对单动液压缸装置中的缸体A中活塞走到工作行程的1/2时，另一对单动液压缸装置中的缸体A中的活塞开始其工作行程。这样，对于动力输出轴而言，每一时刻都有两个液压缸处于工作行程向其提供动力，由此，即可使得发动机主轴作基本均匀的连续转动。

该牵拉构件套设在一中间轮上，该中间轮可转动地固定在该机架上。例如，牵拉构件是一链条或传动带，中间轮为一链轮或带轮。

在所述柱塞泵的出液口上连接的油管上可连接一集能罐，该集能罐上设有一高压油输出口，其上设有所述的供油管。由此，可以使得供给所述双向液压换能装置的高压油的油压稳定。

本实用新型一改现有发动机燃烧汽油或柴油排出废气的固有模式，使用电能转换为液压能再转换为机械能获得动力，在其工作中没有废气产生。由于本发动机采用了杠杆作能量放大，可以使用较小的直流电机输出较大的动力，又通过能量传动损耗很小的液压换能装置换能，换能过程能耗很小，因此，输出动力较大。使用本实用新型，用24V电机可以得到1吨以上的运输能力。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型提供的杠杆式液压单动发动机的一种实施例的结构示意图；

图2为图1中双向液压换能装置液压结构示意图(显示静止状态)；

图3为图2所示双向液压换能装置的移动工作状态的示意图；

图4为图2所示双向液压换能装置的另一种工作状态的示意图；

图5为另一种双向液压换能装置中的双向转换开关的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的杠杆式液压单动发动机包括一机架0，其上设有一发动机主轴，在该机架上还设有一换能系统，该换能系统包括：一液压杠杆高压供油系统、一双向液压换能装置和一动力输出系统，

杠杆式液压单动发动机包括一机架，其上设有一发动机主轴，在该机架上还设有一换能系统，该换能系统包括：一液压杠杆式高压油供给系统I、一液压换能装置II和一动力输出轴III，

如图1、4所示，液压杠杆高压供油系统包括一直流电机1、一杠杆4和一柱塞泵5，杠杆4上的一支点41与机架0上固定的支架铰接，该杠杆4的一端通过一可将转动变为往复摆动的传动装置与直流电机1相连接，该传动装置使得电机输出轴的转动变为杠杆该端的摆动，具体的，该传动装置包括一个固定在直流电机输出轴上的曲柄即一个偏心轮2，该偏心轮2上铰接固设一连杆3的一端，所述连杆3的另一端与在机架上设有的一燕尾槽型滑道中滑动固定的一滑块31铰接，在滑块31上铰接一杆件32的一端，该杆件32的另一端与杠杆4的端头42铰接。直流电机1转动，即可带动杠杆4的该端头42绕支点41往复摆动。也可以将连接3直接铰接在杠杆4的端头42上。

杠杆4的另一端43上开设一个孔，其可以是长孔，在该孔中设一个销轴44，该销轴44铰接在一U型件45上的开口端，该U型件45的U字底部与柱塞泵50的活塞杆51连接，由此，使得柱塞50随直流电机1的转动在柱塞泵缸体52中往复移动；柱塞泵缸体52的一个腔室缸壁上设有进液口53和出液口54，其上设有单向阀，进液口53通过一个进油管6a连接一油箱7，出液口54通过另一个出油管6b连接一集能罐8的进油口80，该集能罐8上设有一高压油输出口81，其上连接一供油管9；由此，直流电机1转动可以在集能器8中积蓄具有较高压力的液压油，并通过供油管9源源不断输送给下面的双向液压换能装置中。在集能器8上设有安全阀，并设有卸压出油口82，其上连接管路与油箱7连接，将多余的液压油送回油箱7中。

还可以在直流电机的两端引出两根输出轴，分别连接两套上述的杠杆结构，连接两个柱塞泵，从油箱7向集能器8输送液压油。以此，可以充分利用电能，提高本发动机的工作效率。

也可以如图5所示，在杠杆4相对于支点41与端头42同侧的杠杆上再设置一套柱塞泵5a，其结构以及同杠杆的连接与前述柱塞泵相同，其进油管连接油箱7，出液口连接集能罐8。

如图1、2、3所示，作为一个较佳实施例，液压换能装置II包括两套液压缸装置1、1a，每套液压缸装置包括一对液压缸A、B。

对应上述的四个液压缸的情况，从集能器8通过供油管9输出的高压油输入一个分配器9b中，该分配器9b设有四根出液管分别连接四个液压缸缸体上的进液口，四个液压缸上的出液口上连接回油管，其汇集成一个回油管9a与油箱的回油口连通。

如图2、3所示，一对单动液压缸装置中的两个液压缸A、B中的两个活塞杆a、b分别通过一可使直线运动变为转动的传动机构连接所述动力输出轴，该传动机构为链传动机构，活塞杆a、b分别连接各自的链传动机构中的链条23通过链卡24固联。两个链轮中，其中一个链轮27通过超越机构固定在可转动地固定在轴承座31上的一转轴26；另一个链轮22通过超越机构固定在可转动地固定在轴承座31上的动力输出轴21上。该超越机构可以是设于轴好链轮之间的棘轮机构。

如图3示出了液压缸装置A的结构，液压缸装置B的相关结构相同，如图3所示，缸体A上的单向供油阀5和单向回油阀6上具有阀杆29、28，其通过复位弹簧装置7、8可移动地固定在机架上，其各自连接一凸轮机构的从动件。该两个从动件各为一L型摇臂14，其铰接在一设于机架上的摇臂轴15上，摇臂的一端臂杆11、12与阀杆28、29相连接，另一端与凸轮机构中的凸轮30相触。摇臂14与机架间还设有复位弹簧，使得摇臂15与凸轮30始终紧密贴合。一对液压缸装置A、B上的所有四个凸轮30都固定在一凸轮轴16上，凸轮轴16可转动地固于轴承座31上。凸轮轴16上固设一链轮17，在转轴26上也固设一个链轮32，其间设链条18，通过由链轮17、32和链条18组成的链传动机构向凸轮机构提供连续转动动力，从而控制液压缸装置缸体上的单向供油阀5和单向回油阀6的开启和关闭。

该凸轮机构上的凸轮形状使得该两个液压缸装置的缸体上的单向供油阀和单向回油阀中，一个缸体上的单向供油阀开启，另一个缸体上的单向回油阀开启；

该两个所述活塞杆之间还设置一个回位传动机构，其为一牵拉链条19a，两端分别连接在两个活塞杆a、b的链卡25上，在机架上固设一个链轮轴座20，其上固设一链轮轴，轴上可转动地固设一链轮19，链条19a与链轮啮合。

两套液压缸装置1、1a中，每套液压缸装置一对液压缸A、B，共计四个液压缸中的活塞的行程位置匹配以及控制四个液压缸的各自的单向供油阀和单向回油阀启闭的八个凸轮的相位关系如下：

状态1：当液压缸装置1中的液压缸A的活塞走过工作行程的1/2时，液压缸装置1a的液压缸A的活塞开始其工作行程，这时，液压缸装置1中的液压缸B的活塞走过其非工作行程的1/2，要开始其工作行程，液压缸装置1a中的液压缸B的活塞刚走完其工作行程，要开始其非工作行程；

状态2：液压缸装置1中的液压缸A的活塞走完其工作行程要开始其非工作行程时，液压缸装置1a的液压缸A的活塞走过工作行程的1/2，这时，液压缸装置1中的液压缸B的活塞走完其非工作行程，要开始其工作行程，液压缸装置1a中的液压缸B的活塞走过其非工作行程的1/2；

状态3：液压缸装置1中的液压缸A的活塞走过其非工作行程的1/2时，液压缸装置1a的液压缸A的活塞走完其工作行程，这时，液压缸装置1中的液压缸B的活塞走过工作行程的1/2，液压缸装置1a中的液压缸B的活塞走完其非工作行程，要开始其工作行程。

状态4：液压缸装置1中的液压缸A的活塞走完其非工作行程，要开始其工作行程时，液压缸装置1a的液压缸A的活塞走过其非工作行程的1/2，这时，液压缸装置1中的液压缸B的活塞走完其工作行程，液压缸装置1a中的液压缸B的活塞走过工作行程的1/2。

然后，有从状态4回到状态1，进行周而复始的循环重复。

所述凸轮机构上的凸轮形状和相位角度与上述活塞运动相适应。

由此可以看出，这样的液压缸装置1、1a的匹配，使得在每一个时刻，都有两个活塞处于工作行程中，由此可以使得动力输出轴上的动力比较平稳地输出。

本杠杆式液压单动发动机通过所述液压杠杆高压供油系统将电机的电能转换为高压液压油的液压能，高压液压油通过至少一对单动的液压缸装置、活塞与动力输出轴之间的传动机构以及控制液压缸进出液阀门的凸轮机构，可以给动力输出轴动力，使之在一个方向上连续转动。即完成了由电能转换成机械能而可以驱动车辆行进的动能的过程。在此过程中没有对于汽油、柴油等燃料的燃烧，无污染物排放，清洁环保。而本实用新型提供的电动驱动车辆的发动机与现有技术中广泛使用的直接使用电瓶或蓄电池作动力的发动机又不相同，其通过一杠杆机构将电能放大，又通过能耗非常低的液压传动机构传动动力，因此，可以提供较大的驱动功率。

所述的直线运动变转动的传动装置还可以是曲柄滑块机构，活塞杆上连接滑块其支撑在机架上的滑道上作往复直线滑动，滑块上铰接连杆，连杆铰接连接设置在主轴上的偏心轮即可。

Claims (10)

1、一种杠杆式液压单动发动机，其特征在于：包括一机架，其上设有一换能系统，该换能系统包括：一液压杠杆式高压油供给系统、一液压换能装置和一动力输出轴，

所述液压杠杆式高压油供给系统包括一直流电机、一杠杆和一柱塞泵，所述杠杆的支点铰接在固定于该机架上的支撑座上，所述电机与杠杆一端通过转动变往复摆动的一传动机构连接在一起，所述杠杆的另一端与所述柱塞泵上柱塞杆通过往复摆动变直线往复移动的一传动机构连接在一起；所述柱塞泵缸体的一侧腔室的缸壁上设有一个单向进液口和一个单向出液口，所述单向进液口通过管路连接一油箱，所述单向出液口上连接一供油管；所述油箱上设有回油管；

所述液压换能装置包括至少一对单动液压缸装置，每个液压缸装置都包括缸体和设于缸内的活塞，所述缸体上设有连接所述供油管的进口和连接所述回油管的出口，其上分别装置有单向供油阀和单向回油阀；

所述一对单动液压缸装置中的两个液压缸A、B中的两个所述活塞杆a、b分别通过一可使直线运动变为转动的传动机构连接所述动力输出轴，所述活塞杆连接该传动机构的直线运动件，所述转动件确保动力输出轴单向转动地固定在所述动力输出轴上；

所述缸体A、B上的单向供油阀和单向回油阀各自连接一凸轮机构的从动件，与所述从动件相触的所有凸轮都固定在一凸轮轴上，该凸轮轴通过一传动机构与连接活塞杆a、b的传动机构中固设转动件的转动轴固联，该凸轮机构上的凸轮形状和位置使得该两个液压缸装置的缸体上的单向供油阀和单向回油阀中，一个缸体上的单向供油阀开启，另一个缸体上的单向回油阀开启；

该两个所述活塞杆之间还设置一个回位传动机构，其为一牵拉构件，两端分别连接两个活塞杆，该牵拉构件套设在一中间轮上，该中间轮可转动地固定在该机架上。

2、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：所述直线运动变为转动的传动机构是齿轮齿条传动机构，其中的齿条与所述活塞杆固联，各所述齿轮通过通过超越机构固定在所述动力输出轴上，或者各所述齿轮通过所述超越机构固定在一可转动地固定在机架上的转轴上，该转轴与动力输出轴通过一传动机构连接，所述凸轮轴通过所述传动机构与所述动力输出轴或转轴固联。

3、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：所述直线运动变为转动的传动机构是带传动机构或链传动机构，其中的传动带或传动链与所述活塞杆固联，所述两个带轮或链轮中的一个通过超越机构固设在一个转轴上，该转轴可转动地固定在机架上，另一个带轮或链轮通过超越机构固设在动力输出轴上，所述凸轮轴通过所述传动机构与所述转轴连接，以驱动所述凸轮转动继而驱动所述阀杆启闭缸体上的单向供油阀和单向回油阀。

4、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：所述的直线运动变转动的传动装置是曲柄滑块机构，其中的滑块与所述活塞杆固联，所述曲柄或偏心轮固设在所述动力输出轴上，或固设在一可转动地设于机架上的转轴上，该转轴或动力输出轴通过一传动机构连接；所述动力输出轴或转轴直接连接或通过一传动机构连接一凸轮机构中的凸轮轴，使得凸轮转动，与凸轮相触的从动件连接所述单向供油阀和单向回油阀阀杆；同样的，在两个所述活塞杆之间设置一个回位传动机构，其为一牵拉构件，两端分别连接两个活塞杆。

5、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：所述液压换能装置包括两套相同的成对单动液压缸装置。两对单动液压缸装置中的活塞的相对位置以及相匹配的驱动两缸体单向供油阀和单向回油阀阀杆的凸轮机构中的凸轮的安装相位关系是：在一对单动液压缸装置中的缸体A中活塞走到工作行程的1/2时，另一对单动液压缸装置中的缸体A中的活塞开始其工作行程。

6、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：在所述柱塞泵的出液口上连接的油管上连接一集能罐，该集能罐上设有一高压油输出口，其上设有所述的供油管。

7、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：该杠杆与所述直流电机之间设有的可将转动变为往复摆动的传动装置为：该传动装置包括一个固定在所述直流电机输出轴上的曲柄，该传动装置包括一个固定在直流电机输出轴上的曲柄即一个偏心轮，该偏心轮上固设一连杆，在机架上设有一滑道，在该滑道中设有一滑块，连杆与滑块铰接，在滑块上铰接一杆件的一端，该杆件的另一端与杠杆的端头铰接；

所述杠杆的另一端与所述柱塞泵的活塞杆的连接结构为：所述杠杆的另一端上开设一个孔或一长孔，在该孔中设一个销轴，该销轴铰接在一U型件的开口端上，该U型件的U字底部与柱塞泵的活塞杆连接，使得柱塞随直流电机的转动在柱塞泵缸体中往复移动。

8、根据权利要求1所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：在所述杠杆相对于支点与连接电机的一端同侧的杠杆上再设置一套柱塞泵，其进油管连接所述油箱，出油管连接所述供油管。

9、根据权利要求3所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：所述缸体A上的单向供油阀和单向回油阀上具有阀杆，其通过复位弹簧装置可移动地固定在机架上，其各自连接一凸轮机构的从动件；该两个从动件各为一L型摇臂，其铰接在一设于机架上的摇臂轴上，摇臂的一端臂杆与阀杆相连接，摇臂的另一端与凸轮机构中的凸轮相触；一对液压缸装置A、B上的所有四个凸轮都固定在一凸轮轴上，凸轮轴可转动地固于轴承座上；凸轮轴上固设一链轮，在所述转轴上也固设一个链轮，其间设链条构成链传动机构。

10、根据权利要求9所述的杠杆式液压单动发动机，其特征在于：该两个活塞杆之间设置的回位传动机构，其为一牵拉链条，两端分别连接在两个活塞杆a、b的链卡上，在机架上固设一个链轮轴座，其上固设一链轮轴，轴上可转动地固设一链轮，链条与链轮啮合。

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