一種綠色剎車蓄能利用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種用于需主動剎車的軸類驅動機械(如汽車，工程機械，及電梯等)的制動蓄能裝置，可以實現剎車過程中能量的自動存儲，并在啟動過程中釋放加以利用。其與航母艦載機阻攔索有類似的作用，而這里則將剎車能在車啟動或加速時再加以利用，實現節能環保。本發明以車輛中的應用進行說明，其它應用對象類似。
【背景技術】
[0002]如今，汽車的廣泛普及在為人們的生活帶來便利的同時，也引發了十分嚴峻的能源危機和環境污染。尤其是車輛在剎車時，由于車身質量大，使其自身具有的大量動能白白浪費，而起步時，又需要更多的能量來提速，且起步過程中由于加速度大，燃料的不充分燃燒也會引起大量額外污染氣體的生成和能源的浪費。霧霾的主要來源正是這種不完全燃燒產生的大量煙黑顆粒，同時也產生更多N0x、C0等有毒有害氣體。這種情形在擁堵的市區尤為明顯，頻繁的剎車起步不僅浪費能源，而且會加速零部件的磨損，縮短發動機壽命。而電梯是經常升降和停啟的設備，其啟動電流大相應明顯大于額定工作電流，如通過本發明回收其剎車能量并在啟動時利用同樣可以實現有效的節能減排。
[0003]目前的剎車蓄能裝置，可分為兩類:一類是將動能轉換為電能[1—4]，但這種方式可提供的制動力有限，且轉換率不高；另一類是將動能直接轉化為發條式彈簧的彈性勢能[5—7]，這種方式能量轉換率高，但發條式彈簧可提供彈性力有限，不適合用于大質量設備的制動和起步。本裝置利用特定傳動部件將動能轉化為柱形彈簧的彈性勢能，由于柱形彈簧易實現較大的剛度，提供足夠的力矩，從而可以克服上述缺點，以用于車輛、電梯等較大質量設備的剎車能回收和利用。另外，本發明采用一中轉齒輪實現彈簧蓄能與釋能過程間的轉換，而上述相關文獻[5，6]中采用的是離合器，[7]中通過變換發條彈簧內外端固定點實現蓄能與放能過程的轉換，相比之下本發明采用的方式在可靠的前提下結構相對簡單，且彈簧可提供的彈力大，同時，不經過不同能量形式的轉換，損失減少，可靠性較高。
[0004]參考文獻:
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【發明內容】
[0005]本發明的目的在于剎車制動時可以將機械的動能轉化為彈簧的彈性勢能儲存起來，而在起步時，又可以將勢能釋放，為起步助力。
[0006]本發明的具體構造及各部件的運作方式如下所述:
蓄能座由彈簧和座板(1)、支撐桿(23)組成，其中支撐桿用于保持系統的剛度并為彈簧的縮放提供軌道。彈簧座的一端固定于車體，另一端隨彈簧自由伸縮。這里蓄能座自由端朝向或背向車輛前進的方向均可。
[0007]傳動和鎖死機構由左右卡環(7、19)、傳動輪(8、17)及中間傳動環(15)和繩索(2)組成。左右兩側各一軸套(4、21)套于軸上并固定于車體，且不影響軸的自由轉動。左右卡環及左右傳動輪分別安裝于左右軸套上，卡環與軸套采用鍵連接，以保證其可以左右平移而不發生轉動，傳動輪可繞軸套自由轉動，卡環向中間移動即與相應側傳動輪咬合，此時傳動輪便被固定，不可再轉動。傳動輪的內側卷筒用來卷繞繩索，可通過其對繩索的收放拉動彈簧蓄能座。兩側繩索分別固定卡死于彈簧座自由端座板，見圖3。車軸(20)的中央設置一加粗部分，中間傳動環(15)套于該部分，并與其采取鍵連接，可隨軸做同步轉動并可沿軸向在鍵長范圍內平移，左移與左傳動輪(17)咬合，右移與傳動輪(8)咬合，位于中間位置時與二者均脫開。齒輪組主要由加工在兩側傳動輪(8、17)上的輪齒和同軸傳動的齒輪組(3、22)及換向齒輪(6)組成，通過選擇合適的傳動比而使左右傳動輪(8、17)反向等轉速轉動，從而使裝置在蓄、放能階段均能提供兩個相反的轉向。
[0008]控制系統由兩套獨立運作的液壓傳動機構組成。分別為液壓套管(11、13)、液壓驅動桿(10、12、16)和液壓連桿(9、14、18)組成。液壓驅動桿的伸縮通過液壓連桿的杠桿作用傳遞給對應的卡環及中間傳動環，控制其沿軸向移動，以在規定過程中與相應傳動輪咬合或分離，實現對傳動系統的控制。
[0009]與現有剎車蓄能設計相比，本發明整體上具有以下優點:
1、能量轉化率高，本發明中，只有車輛動能與彈簧勢能間的轉化，僅存在有限的摩擦消耗，故效率較高；
2、啟動力矩大，由于彈簧彈力在蓄能的過程中隨壓縮量的增大而逐漸增大，在蓄能結束時彈力達到最大值，因此起步時車輛可以以最大力矩啟動；
3、倒車起步過程簡單。本發明若需倒車起步時利用彈簧蓄能，僅需改變中間傳動環的移動方向，其余各動作均不變。
【附圖說明】
[0010]
圖1系統總裝配圖，(a)系統全視圖，(b)系統左視圖(沿軸方向，不含(a)中右側軸套及擋板)；
圖2系統內部視圖，其略去了蓄能座和繩索以便于顯示系統內部零件架構；
圖3蓄能彈簧座，圖中標出了圖1未標明的兩側繩索在蓄能座板上的固定位置(24);
圖4繩索的繞線方式，左右側繩索均一端固定于蓄能座自由端座板，另一端分別固定于相應側傳動輪，不同的是繩索在兩側傳動輪卷筒上繞向不同，使得剎車時彈簧壓縮繩索相應卷繞于卷筒上，車輛起步或加速時彈簧復原伸長并伴隨繩索從卷筒解繞，參見圖1;
圖5剎車制動蓄能過程；
圖6制動蓄能完成后保持彈簧勢能不釋放的狀態； 圖7起步并釋放剎車蓄能過程；
圖8倒車起步狀態；
圖9車軸及軸套等部件的布置圖，(a)車軸及軸套；(b)車軸中央橫截面;其中車軸中央加粗部分與軸套外表面齊平，以便于實現中間傳動環分別與兩側傳動輪的順利咬合與分離。
【具體實施方式】
[0011]
1.車輛采取剎車制動時(假設此時軸從右側觀察做順時針轉動)，左右卡環(7和19)同時脫開，然后中間傳動環右移咬合右傳動輪，右傳動輪在軸的帶動下與軸同向轉動并卷繞該側繩索，回拉蓄能彈簧壓縮蓄能，同時，經過齒輪組傳遞，帶動左傳動輪做反方向轉動，并相應卷繞左邊繩索；
2.當裝置完成蓄能而又不需要立刻啟動或加速釋放所蓄能量時，需保持兩邊傳動輪均為鎖死狀態，這時，將左右卡環向中間移動，分別與兩傳動輪咬合，使其鎖死;同時中間傳動環脫離右傳動輪移至中間位置，使得車軸處于自由狀態，此時汽車可以處于停止或正常行駛狀態，而能量被儲存于彈簧中；
3.當車輛開始起步或非起步加速需蓄能裝置助力時，在2的終狀態下，中間傳動環左移咬合左傳動輪，然后兩個卡環同時脫離傳動輪，蓄能座在彈力作用下復原張開而拉動左側繩索，產生驅動力矩，助力車軸的啟步或加速轉動。另一方面，右傳動輪在彈簧拉動和齒輪組帶動的共同作用下反向轉動；
4.特殊情況下，如車輛進入車庫而又需要倒車出庫時，需倒車起步，若彈簧蓄能座存有壓縮勢能，可以在2的狀態下，使中間傳動環右移咬合右傳動輪，兩卡環同時脫離傳動輪，此時車軸在右傳動輪的帶動逆向轉動實現倒車。
【主權項】
1.一種綠色剎車蓄能利用裝置，由蓄能彈簧座、傳動系統和控制系統構成，蓄能彈簧座通過繩索與傳動系統相連;傳動系統由套于軸套(4、21)上的卡環(7和19，可左右平移)及傳動輪(8和17，分別布置于兩側軸套，并可繞軸套自由轉動)，和附于軸中央的傳動環(15，隨軸轉動，可沿鍵軌道左右平移)組成;控制系統由兩套液壓連桿裝置組成，控制上述卡環和傳動環的左右平移。2.如權利要求1所述的綠色剎車蓄能利用裝置，其特征是:彈簧蓄能座由柱形彈簧及支撐桿組成，彈簧座一端為自由端，另一端固定于車體;左右側繩索分別固定于自由端座板的中央。3.如權利要求1所述的綠色剎車蓄能利用裝置，其特征是:左右各一軸套套于車軸，固定于車體，其內徑稍大于車軸直徑，不影響車軸自由轉動;左右傳動輪對應安裝于左右軸套且可自由轉動；左右傳動輪分別在內側固定有卷筒，用來卷繞繩索；左右卡環沿軸套上的鍵軌道可在液壓桿控制下沿軸向自由滑動，以與相應左右傳動輪相咬合或分離;車軸沿軸向中央處有一段加粗部分并設有鍵軌道，中間傳動環可由液壓桿控制在其上沿軸向自由滑動，以根據需要與左傳動輪或右傳動輪相咬合;其中車軸中央加粗部分厚度與軸套厚度相同。4.如權利要求1所述的綠色剎車蓄能利用裝置，其特征是:左右卡環和中間傳動環與左右傳動輪上的齒設計為圓角切角或直角三角形切角，易于實現咬合。5.如權利要求1所述的綠色剎車蓄能利用裝置，其特征是:剎車時中間傳動環(15)右移與右傳動輪(8)咬合，使其與軸同向轉動，同時帶動該側繩索卷繞于右傳動輪卷筒，回拉彈簧座板(I)使彈簧被壓縮而蓄能，從而將機械動能轉化為柱形彈簧的彈性勢能；同步地，通過齒輪組(6)、(5)、(3)、(22)使左傳動輪(17)逆向轉動，將左側繩索卷繞于左傳動輪的卷筒;蓄能結束后，左右卡環(7)和(19)移至與相應左右傳動輪咬合，將其固定，從而把彈簧勢能存儲起來，等待啟動時使用。6.如權利要求1所述的綠色剎車蓄能利用裝置，其特征是:起步前進時，中間傳動環(15)左移與左傳動輪(17)咬合，左右卡環(7)和(19)同時外移脫離相應傳動輪，彈簧的張力通過左側繩索傳遞給左傳動輪(17)，帶動中間傳動環(15)進而助力主軸(20)轉動起步;倒車起步時，可將中間傳動環(15)右移與右傳動輪(8)咬合，彈簧的張力通過右側繩索傳遞給右傳動輪(8)，進而帶動中間傳動環(15)和主軸(20)轉動倒車起步。
【專利摘要】本發明涉及一種用于剎車蓄能和起步助力的裝置。剎車時，與主軸同步轉動的中間傳動環（15）右移與右傳動輪（8）咬合而使其卷繞右側繩索（2），回拉彈簧座板（1）使彈簧壓縮而蓄能，同時通過齒輪組（6、5、3、22）將轉動同步傳遞給左傳動輪（17），使之反向轉動并將左側繩索卷繞起來；蓄能完成后，左右卡環（7、19）向中間平移卡死左右傳動輪（8、17），使能量得以保持；車輛啟動或加速時，中間傳動環（15）左移與左傳動輪（22）咬合，然后左右卡環松開，彈簧脫離約束從壓縮狀態下復原，其通過左側繩索拉動使傳動輪（22）正向轉動并帶動中間傳動環繼而助力主軸轉動。左右傳動輪的等速反向轉動由齒輪組傳遞實現，用于剎車和起步時保持軸的同向轉動。
【IPC分類】B60T1/10, F03G1/00
【公開號】CN105715467
【申請號】CN201610142524
【發明人】李言欽, 鄭祥龍, 和樂為
【申請人】鄭州大學