CN210106456U - 一种环形活塞式制动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环形活塞式制动系统，包括环形活塞，活塞体上设置若干沿周向分布的隔离件，隔离件能够收缩至活塞体内，相邻两个隔离件与活塞缸、活塞体共同围绕形成一个活塞腔，活塞缸表面还设置有若干过油孔；对于过油孔而言，若任意一个活塞腔经过该过油孔时均处于容积增大的状态，则该过油孔与管路一连通，若任意一个活塞腔经过该过油孔时均处于容积减小的状态，则该过油孔与管路二连通；管路二上设置阀门一。本实用新型用以解决现有技术中的制动方式都是通过摩擦将动能转换为内能，无法彻底根治刹车磨损导致打滑失效的问题，实现打破现有技术的桎梏、避免摩擦受损导致的制动失效的目的。

Description

一种环形活塞式制动系统

技术领域

本实用新型涉及领域，具体涉及一种环形活塞式制动系统。

背景技术

车辆制动系统，又称刹车，是指使运行中的机车、车辆及其他运输工具或机械等停止或减低速度的动作。制动的一般原理是在机器的高速轴上固定一个轮或盘，在机座上安装与之相适应的闸瓦、带或盘，在外力作用下使之产生制动力矩。刹车装置也就是可以减慢车速的机械制动装置，又名减速器。简单来说：汽车刹车踏板在方向盘下面，踩住刹车踏板，则使刹车杠杆联动受压并传至到刹车鼓上的刹车片卡住刹车轮盘，使汽车减速或停止运行。汽车手动刹车是在排挡旁，连于刹车杠。常见的还有自行车刹车，它是靠固定在车架上的杆状制动器或者盘装抱刹制动器等来进行减速的。因此，现有的车辆刹车系统，无论是盘刹还是鼓刹，都是使两个物体相互靠拢接触，利用一个相对固定不动的刹车盘或刹车块去与高速转动过程中的工作部件接触，通过摩擦力的作用，将动能转换成内能进行消耗，以此实现制动刹车效果。自机动车问世以来，这种制动原理已根深蒂固的存在于人们的意识中，虽然这种摩擦制动方式存在易磨损失效的问题，然而现有技术中却始终被这种思维方式所束缚，长期以来的研究方向都是针对如何降低高速摩擦对摩擦件的磨损，为此，经过汽车工业上百年的发展，现有技术也的确从材料本身、涂层组分、甚至结构纹路等角度对刹车的耐磨性取得了非常大的突破。但是，这些突破始终受限于需要依靠相互摩擦将动能转换为内能的技术原理，属于治标不治本的技术方案，刹车打滑或失效在如今依然是导致交通事故的主因之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种环形活塞式制动系统，以解决现有技术中的制动方式都是通过摩擦将动能转换为内能，无法彻底根治刹车磨损导致打滑失效的问题，实现打破现有技术的桎梏、避免摩擦受损导致的制动失效的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种环形活塞式制动系统，包括环形活塞，所述环形活塞包括活塞缸、内切于活塞缸内的活塞体、与所述活塞体同轴且伸出至活塞缸外的转轴，所述活塞体上设置若干沿周向分布的隔离件，当有外力作用时，所述隔离件能够收缩至活塞体内，相邻两个隔离件与活塞缸、活塞体共同围绕形成一个活塞腔，所述活塞缸表面还设置有若干过油孔；还包括与油箱相连的管路一、管路二；对于过油孔而言，若任意一个活塞腔经过该过油孔时均处于容积增大的状态，则该过油孔与管路一连通，若任意一个活塞腔经过该过油孔时均处于容积减小的状态，则该过油孔与管路二连通；所述管路二上设置阀门一。

针对现有技术中制动方式都是通过摩擦将动能转换为内能，无法彻底根治刹车磨损导致打滑失效的问题，本实用新型提出一种环形活塞式制动系统，环形活塞的活塞缸内设置活塞体，活塞体内切于活塞缸内，因此活塞体相较于活塞缸偏心设置。活塞体由转轴带动进行旋转，旋转过程中在横截面上始终与活塞缸内部的固定位置相切，且随着活塞体的旋转，隔离件随之进行转动，始终与活塞缸的内壁接触，即隔离件向径向方向伸出，且随着转动过程，被压缩至活塞体内部的程度也呈周期性变化。相邻两个隔离件与活塞缸、活塞体共同围绕形成一个活塞腔，因此每个活塞腔的容积也处于增大、减小、增大的交替循环中。本实用新型工作过程中，由位于车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴驱动转轴转动，进而驱动活塞体在活塞缸内快速转动。对于任意一个活塞腔而言，当其通过活塞体与活塞缸的相切点后，容积逐渐增大，内部压力逐渐变小，此时在压差作用下会自动通过管路一从油箱中抽吸液压油；当其通过活塞体与活塞缸的相切点的相对一侧后，容积逐渐减小，内部压力逐渐增大，此时在压差作用下会自动通过管路二将液压油排回至油箱中。当需要制动时，只需适当调小阀门一，使阀门一的过流面积减小，此时排出液压油所遭受的阻力变大，而活塞腔体积减小的速率没有变换，因此液压油必然以更快的速度通过管路二回油箱。从能量转换的角度来看，此过程中，除了活塞体无法避免的摩擦外，其余能量是从传动轴的动能转化成了液体的动能进行消耗，由于车辆行驶时的转速极高，因此在短时间内能够通过阀门一喷出大量高动能的液压油进行能量的消耗，实现对活塞体转动频率的降低，以此降低转轴的转速，由于转轴是连接在车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴上，因此转轴转速的下降必然反作用于传动轴，进而达到制动效果。当彻底关闭阀门一时，处于容积减小过程中的活塞腔内的液压油都无法顺利回到油箱中，这些活塞腔内的液压油被不断压缩，直至活塞体的动能无法再对这些液压油进行压缩时，传动轴即可完全刹止。本方案彻底摒弃了几十上百年来机动车行业通过盘刹鼓刹等进行相互摩擦、将动能转化成相互摩擦的零部件的内能来实现制动刹车的方式，而是通过将动能转化成流体不断高速喷射的动能，来实现对传动转轴转速的降低，仅有的摩擦也是活塞与缸套之间的摩擦，而活塞与缸套之间的摩擦属于非常成熟的领域，如现有的发动机环形活塞泵中就有这种高速往复的结构，能够长期稳定的工作，本领域技术人员完全能够实现；并且，由于活塞与缸套之间的摩擦不是本发明主要的耗能点，制动效果不是依靠该摩擦产生的，因此该部位无论磨损与否都不会影响本发明正常的对车辆传动轴的制动效果，相较于现有技术中一旦刹车摩擦部件磨损，则非常容易导致刹车打滑、失效的方式而言，显著提高了制动安全性和稳定性。此外，传统的刹车方式需要专门为盘刹或鼓刹提供动力，驱动其刹片贴靠在转动部件的表面，通过增大压力的方式来增大相互摩擦力，实现稳定制动，其制动过程需要依靠持续施加的压力来实现。而本发明中，需要制动刹车时，无需额外提供动力，仅需控制阀门一的通路大小，如采用电控阀等简单的技术，即可通过结构变化来实现能量转换，为转轴提供不同的制动力，制动过程中的动力来自转轴自身的动能，因此相较于现有技术中需要额外驱动刹片移动并向其持续施加压力的方式，本发明无需再为制动系统配置额外的驱动组件，不仅显著简化结构、降低制动成本，还能够减少制动过程中的能源消耗。

优选的，所述管路一连接在油箱的底部，所述管路二与油箱的连接处高于油箱内的最大液面高度。使得从管路二中正常排出或喷出的液压油，均是从油箱内的液面以上喷出，确保高速喷射的通畅稳定。

优选的，所述活塞体的外表面设置用于容纳所述隔离件的插孔，所述插孔内通过弹性件连接隔离件，所述弹性件始终为隔离件提供向外的推力。弹性件为隔离件提供弹力，将隔离件始终向活塞缸内壁方向推动，使得在活塞体的转动过程中，隔离件能够始终与活塞缸内壁贴合。同时，当活塞腔容积缩小时，其两侧对应的隔离件被活塞缸内壁挤压，进而压缩弹簧，使得隔离件能够自然收回至插孔中。

还包括旁通管，所述旁通管的一端连接管路一、另一端连接油箱，旁通管与油箱的连接处高于油箱内的最大液面高度，旁通管上设置阀门二，管路一上设置阀门三，且所述阀门三位于管路一与旁通管的连接处与油箱之间。

为了避免阀门一对液压油的沿程损耗增加运动过程中的阻力，本发明还设置旁通管，旁通管上设置阀门二。当车辆在正常行驶无需制动时，关闭阀门三，完全打开阀门二，此时随着活塞体的运动，油缸内部液位上方的气体从旁通管进通入管路一中，从过油孔进入活塞腔中，活塞腔中都是气体，易于压缩，使得活塞体转动过程中的阻力极小，而进入活塞腔内的气体又通过过油孔从管路二排出，从油箱内液压油的液位上方喷出，此时的整个流体循环过程均由气体完成，液压油完全不参与，因此能够确保车辆正常行驶时，本制动系统对转轴的阻力干扰极小，相较于发动机动辄几百牛米的输出扭矩而言，完全可以忽略不计。而当需要制动时，关闭阀门二，打开阀门三即可。本方案中阀门二、阀门三均优选的使用电磁阀，便于驾驶员一键控制实现两个阀门的同时快速动作。

进一步的，还包括管路三，所述管路三的一端连接管路二、另一端连接油箱，管路三连接在油箱的底部，管路三上设置阀门四，所述管路二上设置阀门五，且所述阀门五位于管路二与管路三的连接处与油箱之间。本方案能够实现在倒车过程中，即转轴反向转动的状态下的制动或正常无阻运动，能够显著提高本实用新型的适用范围。

还包括位于车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴，所述转轴由传动轴带动进行转动。本申请只需连接在车辆任意传动轴上，不限具体位置，均能够实现有效制动。

还包括管路一上的阀门六，所述阀门六位于管路一与旁通管的连接处与活塞缸之间。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种环形活塞式制动系统，摒弃了机动车行业通过盘刹鼓刹等进行相互摩擦、将动能转化成相互摩擦的零部件的内能来实现制动刹车的方式，而是通过将动能转化成流体不断高速喷射的动能，来实现对传动转轴转速的降低，能够长期稳定的工作，相较于现有技术中一旦刹车摩擦部件磨损，则非常容易导致刹车打滑、失效的方式而言，显著提高了制动安全性和稳定性。

2、本实用新型一种环形活塞式制动系统，传统的刹车方式需要专门为盘刹或鼓刹提供动力，驱动其刹片贴靠在转动部件的表面，通过增大压力的方式来增大相互摩擦力，实现稳定制动，其制动过程需要依靠持续施加的压力来实现。而本申请中，需要制动刹车时，无需额外提供动力，仅需控制阀门一的通路大小，如采用电控阀等简单的技术，即可通过过流面积的变化来控制耗能效率，为转轴提供不同的制动力，制动过程中的动力来自转轴自身的动能，因此相较于现有技术中需要额外驱动刹片移动并向其持续施加压力的方式，本发明无需再为制动系统配置额外的驱动组件，不仅显著简化结构、降低制动成本，还能够减少制动过程中的能源消耗。

3、本实用新型一种环形活塞式制动系统，通过旁通管的设置，能够确保车辆正常行驶时，本制动系统对转轴的阻力忽略不计。通过管路三的设置，能够实现在倒车过程中，即转轴反向转动的状态下的制动或正常无阻运动。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例1的外部结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例1制动状态下的剖视图；

图3为本实用新型具体实施例2旁通状态下的剖视图；

图4为本实用新型具体实施例3的剖视图；

图5为本实用新型具体实施例3在前进时的制动示意图；

图6为本实用新型具体实施例3在前进时的旁通示意图；

图7为本实用新型具体实施例3在倒车时的制动示意图；

图8为本实用新型具体实施例3在倒车进时的旁通示意图。

图9为本实用新型具体实施例4的剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-传动轴，2-活塞缸，3-活塞体，4-转轴，5-隔离件，6-活塞腔，7-过油孔，8-油箱，9-插孔，10-弹性件，101-管路一，102-管路二，103-旁通管，104-管路三，201-阀门一，202-阀门二，203-阀门三，204-阀门四，205-阀门五，206-阀门六。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1与图2所示的一种环形活塞式制动系统，包括环形活塞，所述环形活塞包括活塞缸2、内切于活塞缸2内的活塞体3、与所述活塞体3同轴且伸出至活塞缸2外的转轴4，所述活塞体3上设置若干沿周向分布的隔离件5，当有外力作用时，所述隔离件5能够收缩至活塞体3内，相邻两个隔离件5与活塞缸2、活塞体3共同围绕形成一个活塞腔6，所述活塞缸2表面还设置有若干过油孔7；还包括与油箱8相连的管路一101、管路二102；对于过油孔7而言，若任意一个活塞腔6经过该过油孔7时均处于容积增大的状态，则该过油孔7与管路一101连通，若任意一个活塞腔6经过该过油孔7时均处于容积减小的状态，则该过油孔7与管路二102连通；所述管路二102上设置阀门一201。还包括位于车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴1，所述转轴4由传动轴1带动进行转动。

其中图2中活塞体3顺时针旋转，管路中箭头方向表示流体流动方向。需要制动时，只需适当调小阀门一201，使阀门一的过流面积减小，此时排出液压油所遭受的阻力变大，而活塞腔体积减小的速率没有变换，因此液压油必然以更快的速度通过管路二102回油箱8。从能量转换的角度来看，此过程中，除了活塞体无法避免的摩擦外，其余能量是从传动轴的动能转化成了液体的动能进行消耗，由于车辆行驶时的转速极高，因此在短时间内能够通过阀门一喷出大量高动能的液压油进行能量的消耗，实现对活塞体转动频率的降低，以此降低转轴的转速，由于转轴是连接在车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴上，因此转轴转速的下降必然反作用于传动轴，进而达到制动效果。

作为更优选的实施方式，所述管路一101连接在油箱8的底部，所述管路二102与油箱8的连接处高于油箱8内的最大液面高度。

作为更优选的实施方式，所述活塞体3的外表面设置用于容纳所述隔离件5的插孔9，所述插孔9内通过弹性件10连接隔离件5，所述弹性件10始终为隔离件5提供向外的推力。

实施例2：

如图3所示，在实施例1的基础上，还包括旁通管103，所述旁通管103的一端连接管路一101、另一端连接油箱8，旁通管103与油箱8的连接处高于油箱8内的最大液面高度，旁通管103上设置阀门二202，管路一101上设置阀门三203，且所述阀门三203位于管路一101与旁通管103的连接处与油箱8之间。

图3中车辆向前正常行驶，活塞体3同样顺时针旋转，各管路中箭头表示了车辆在正常行驶不需要减速时的流体运动路径：当车辆在正常行驶无需制动时，关闭阀门三203，完全打开阀门二202，此时随着活塞体的运动，油缸内部液位上方的气体从旁通管103进通入管路一101中，从过油孔进入活塞腔中，活塞腔中都是气体，易于压缩，使得活塞体转动过程中的阻力极小，而进入活塞腔内的气体又通过过油孔从管路二102排出，从油箱内液压油的液位上方喷出，此时的整个流体循环过程均由气体完成，液压油完全不参与，因此能够确保车辆正常行驶时，本制动系统对转轴的阻力干扰极小，相较于发动机动辄几百牛米的输出扭矩而言，完全可以忽略不计。而当需要制动时，关闭阀门二202，打开阀门三203即可。

实施例3：

如图4至8所示，在实施例2的基础上，还包括管路三104，所述管路三104的一端连接管路二102、另一端连接油箱8，管路三104连接在油箱8的底部，管路三104上设置阀门四204，所述管路二102上设置阀门五205，且所述阀门五205位于管路二102与管路三104的连接处与油箱8之间。

本实施例能够满足机动车在前进或倒车过程中分别的制动与正常行驶过程，具体的：

车辆前进过程中的制动状态如图5所示，活塞体顺时针转动，关闭阀门二202、阀门四204，完全打开阀门三203、阀门五205，液压油流动路径为图5中箭头方向，调节阀门一201即可对制动效率进行调节，阀门一201关得越小，制动效果越好。

车辆前进过程中的旁通状态如图6所示，活塞体顺时针转动，此时车辆正常行驶，不需要进行制动，关闭阀门三203、阀门四204，完全打开阀门一201、阀门二202、阀门五205即可实现整个系统中由气体进行循环。气体流动路径如图6中箭头所示。

车辆倒车过程中的制动状态如图7所示，活塞体逆时针转动，完全打开阀门四204、阀门一201，关闭阀门三203、阀门五205，调节阀门二202即可对制动效率进行调节，阀门二202关得越小，制动效果越好。液压油流动路径如图7中箭头所示。

车辆倒车过程中的旁通状态如图8所示，活塞体逆时针转动，此时车辆正常倒车，不需要进行制动，完全打开阀门五205、阀门一201、阀门二202，关闭阀门四204、阀门三203，即可实现倒车过程中整个系统中由气体进行循环。气体流动路径如图8中箭头所示。

实施例4：

在实施例3的基础上，如图9所示，还包括位于管路一101上的阀门六206，所述阀门六206位于管路一101与旁通管103的连接处与活塞缸2之间。本实施中，阀门六206、阀门一201为能够调节过流面积的调节阀，其余阀门均为截止阀。车辆前进时，无论制动与否过程中，阀门六206均保持全开，通过调节阀门一201来实现制动。车辆倒车时，无论制动与否过程中，阀门一201均保持全开，通过调节阀门六206来实现制动。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环形活塞式制动系统，其特征在于，包括环形活塞，所述环形活塞包括活塞缸(2)、内切于活塞缸(2)内的活塞体(3)、与所述活塞体(3)同轴且伸出至活塞缸(2)外的转轴(4)，所述活塞体(3)上设置若干沿周向分布的隔离件(5)，当有外力作用时，所述隔离件(5)能够收缩至活塞体(3)内，相邻两个隔离件(5)与活塞缸(2)、活塞体(3)共同围绕形成一个活塞腔(6)，所述活塞缸(2)表面还设置有若干过油孔(7)；还包括与油箱(8)相连的管路一(101)、管路二(102)；对于过油孔(7)而言，若任意一个活塞腔(6)经过该过油孔(7)时均处于容积增大的状态，则该过油孔(7)与管路一(101)连通，若任意一个活塞腔(6)经过该过油孔(7)时均处于容积减小的状态，则该过油孔(7)与管路二(102)连通；所述管路二(102)上设置阀门一(201)。

2.根据权利要求1所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，所述管路一(101)连接在油箱(8)的底部，所述管路二(102)与油箱(8)的连接处高于油箱(8)内的最大液面高度。

3.根据权利要求1所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，所述活塞体(3)的外表面设置用于容纳所述隔离件(5)的插孔(9)，所述插孔(9)内通过弹性件(10)连接隔离件(5)，所述弹性件(10)始终为隔离件(5)提供向外的推力。

4.根据权利要求1所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，还包括旁通管(103)，所述旁通管(103)的一端连接管路一(101)、另一端连接油箱(8)，旁通管(103)与油箱(8)的连接处高于油箱(8)内的最大液面高度，旁通管(103)上设置阀门二(202)，管路一(101)上设置阀门三(203)，且所述阀门三(203)位于管路一(101)与旁通管(103)的连接处与油箱(8)之间。

5.根据权利要求4所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，还包括管路三(104)，所述管路三(104)的一端连接管路二(102)、另一端连接油箱(8)，管路三(104)连接在油箱(8)的底部，管路三(104)上设置阀门四(204)，所述管路二(102)上设置阀门五(205)，且所述阀门五(205)位于管路二(102)与管路三(104)的连接处与油箱(8)之间。

6.根据权利要求1所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，还包括位于车辆动力部件至工作部件之间的任意传动轴(1)，所述转轴(4)由传动轴(1)带动进行转动。

7.根据权利要求5所述的一种环形活塞式制动系统，其特征在于，还包括管路一(101)上的阀门六(206)，所述阀门六(206)位于管路一(101)与旁通管(103)的连接处与活塞缸(2)之间。

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