一种绿色刹车蓄能利用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种用于需主动刹车的轴类驱动机械(如汽车，工程机械，及电梯等)的制动蓄能装置，可以实现刹车过程中能量的自动存储，并在启动过程中释放加以利用。其与航母舰载机阻拦索有类似的作用，而这里则将刹车能在车启动或加速时再加以利用，实现节能环保。本发明以车辆中的应用进行说明，其它应用对象类似。
【背景技术】
[0002]如今，汽车的广泛普及在为人们的生活带来便利的同时，也引发了十分严峻的能源危机和环境污染。尤其是车辆在刹车时，由于车身质量大，使其自身具有的大量动能白白浪费，而起步时，又需要更多的能量来提速，且起步过程中由于加速度大，燃料的不充分燃烧也会引起大量额外污染气体的生成和能源的浪费。雾霾的主要来源正是这种不完全燃烧产生的大量烟黑颗粒，同时也产生更多N0x、C0等有毒有害气体。这种情形在拥堵的市区尤为明显，频繁的刹车起步不仅浪费能源，而且会加速零部件的磨损，缩短发动机寿命。而电梯是经常升降和停启的设备，其启动电流大相应明显大于额定工作电流，如通过本发明回收其刹车能量并在启动时利用同样可以实现有效的节能减排。
[0003]目前的刹车蓄能装置，可分为两类:一类是将动能转换为电能[1—4]，但这种方式可提供的制动力有限，且转换率不高；另一类是将动能直接转化为发条式弹簧的弹性势能[5—7]，这种方式能量转换率高，但发条式弹簧可提供弹性力有限，不适合用于大质量设备的制动和起步。本装置利用特定传动部件将动能转化为柱形弹簧的弹性势能，由于柱形弹簧易实现较大的刚度，提供足够的力矩，从而可以克服上述缺点，以用于车辆、电梯等较大质量设备的刹车能回收和利用。另外，本发明采用一中转齿轮实现弹簧蓄能与释能过程间的转换，而上述相关文献[5，6]中采用的是离合器，[7]中通过变换发条弹簧内外端固定点实现蓄能与放能过程的转换，相比之下本发明采用的方式在可靠的前提下结构相对简单，且弹簧可提供的弹力大，同时，不经过不同能量形式的转换，损失减少，可靠性较高。
[0004]参考文献:
[1]荣钰.刹车发电机[P].中国:CN201726237 U.2011-01-26.[2]孙长敬.车辆刹车能量回收装置[P].中国:CN102913401 B.2015-01-14.[3]王文晖.新型刹车发电装置主体结构[P].中国:CN102257705 B.2014-08-20.[4]段得秀.一种汽车刹车发电与用电装备[P].中国:CN 203543680 U.2014-04-
16.[5]曹国杰.刹车蓄能节油加速器[P].中国:CN201900998 U, 2011-07-20.[6]雷新国.刹车能量回收弹射装置[P].中国:CN201670215 U, 2010-12-15.[7]高洪光.车轮储能助力器[P].中国:CN101885367 B.2013-11-06。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于刹车制动时可以将机械的动能转化为弹簧的弹性势能储存起来，而在起步时，又可以将势能释放，为起步助力。
[0006]本发明的具体构造及各部件的运作方式如下所述:
蓄能座由弹簧和座板(1)、支撑杆(23)组成，其中支撑杆用于保持系统的刚度并为弹簧的缩放提供轨道。弹簧座的一端固定于车体，另一端随弹簧自由伸缩。这里蓄能座自由端朝向或背向车辆前进的方向均可。
[0007]传动和锁死机构由左右卡环(7、19)、传动轮(8、17)及中间传动环(15)和绳索(2)组成。左右两侧各一轴套(4、21)套于轴上并固定于车体，且不影响轴的自由转动。左右卡环及左右传动轮分别安装于左右轴套上，卡环与轴套采用键连接，以保证其可以左右平移而不发生转动，传动轮可绕轴套自由转动，卡环向中间移动即与相应侧传动轮咬合，此时传动轮便被固定，不可再转动。传动轮的内侧卷筒用来卷绕绳索，可通过其对绳索的收放拉动弹簧蓄能座。两侧绳索分别固定卡死于弹簧座自由端座板，见图3。车轴(20)的中央设置一加粗部分，中间传动环(15)套于该部分，并与其采取键连接，可随轴做同步转动并可沿轴向在键长范围内平移，左移与左传动轮(17)咬合，右移与传动轮(8)咬合，位于中间位置时与二者均脱开。齿轮组主要由加工在两侧传动轮(8、17)上的轮齿和同轴传动的齿轮组(3、22)及换向齿轮(6)组成，通过选择合适的传动比而使左右传动轮(8、17)反向等转速转动，从而使装置在蓄、放能阶段均能提供两个相反的转向。
[0008]控制系统由两套独立运作的液压传动机构组成。分别为液压套管(11、13)、液压驱动杆(10、12、16)和液压连杆(9、14、18)组成。液压驱动杆的伸缩通过液压连杆的杠杆作用传递给对应的卡环及中间传动环，控制其沿轴向移动，以在规定过程中与相应传动轮咬合或分离，实现对传动系统的控制。
[0009]与现有刹车蓄能设计相比，本发明整体上具有以下优点:
1、能量转化率高，本发明中，只有车辆动能与弹簧势能间的转化，仅存在有限的摩擦消耗，故效率较高；
2、启动力矩大，由于弹簧弹力在蓄能的过程中随压缩量的增大而逐渐增大，在蓄能结束时弹力达到最大值，因此起步时车辆可以以最大力矩启动；
3、倒车起步过程简单。本发明若需倒车起步时利用弹簧蓄能，仅需改变中间传动环的移动方向，其余各动作均不变。
【附图说明】
[0010]
图1系统总装配图，(a)系统全视图，(b)系统左视图(沿轴方向，不含(a)中右侧轴套及挡板)；
图2系统内部视图，其略去了蓄能座和绳索以便于显示系统内部零件架构；
图3蓄能弹簧座，图中标出了图1未标明的两侧绳索在蓄能座板上的固定位置(24);
图4绳索的绕线方式，左右侧绳索均一端固定于蓄能座自由端座板，另一端分别固定于相应侧传动轮，不同的是绳索在两侧传动轮卷筒上绕向不同，使得刹车时弹簧压缩绳索相应卷绕于卷筒上，车辆起步或加速时弹簧复原伸长并伴随绳索从卷筒解绕，参见图1;
图5刹车制动蓄能过程；
图6制动蓄能完成后保持弹簧势能不释放的状态； 图7起步并释放刹车蓄能过程；
图8倒车起步状态；
图9车轴及轴套等部件的布置图，(a)车轴及轴套；(b)车轴中央横截面;其中车轴中央加粗部分与轴套外表面齐平，以便于实现中间传动环分别与两侧传动轮的顺利咬合与分离。
【具体实施方式】
[0011]
1.车辆采取刹车制动时(假设此时轴从右侧观察做顺时针转动)，左右卡环(7和19)同时脱开，然后中间传动环右移咬合右传动轮，右传动轮在轴的带动下与轴同向转动并卷绕该侧绳索，回拉蓄能弹簧压缩蓄能，同时，经过齿轮组传递，带动左传动轮做反方向转动，并相应卷绕左边绳索；
2.当装置完成蓄能而又不需要立刻启动或加速释放所蓄能量时，需保持两边传动轮均为锁死状态，这时，将左右卡环向中间移动，分别与两传动轮咬合，使其锁死;同时中间传动环脱离右传动轮移至中间位置，使得车轴处于自由状态，此时汽车可以处于停止或正常行驶状态，而能量被储存于弹簧中；
3.当车辆开始起步或非起步加速需蓄能装置助力时，在2的终状态下，中间传动环左移咬合左传动轮，然后两个卡环同时脱离传动轮，蓄能座在弹力作用下复原张开而拉动左侧绳索，产生驱动力矩，助力车轴的启步或加速转动。另一方面，右传动轮在弹簧拉动和齿轮组带动的共同作用下反向转动；
4.特殊情况下，如车辆进入车库而又需要倒车出库时，需倒车起步，若弹簧蓄能座存有压缩势能，可以在2的状态下，使中间传动环右移咬合右传动轮，两卡环同时脱离传动轮，此时车轴在右传动轮的带动逆向转动实现倒车。
【主权项】
1.一种绿色刹车蓄能利用装置，由蓄能弹簧座、传动系统和控制系统构成，蓄能弹簧座通过绳索与传动系统相连;传动系统由套于轴套(4、21)上的卡环(7和19，可左右平移)及传动轮(8和17，分别布置于两侧轴套，并可绕轴套自由转动)，和附于轴中央的传动环(15，随轴转动，可沿键轨道左右平移)组成;控制系统由两套液压连杆装置组成，控制上述卡环和传动环的左右平移。2.如权利要求1所述的绿色刹车蓄能利用装置，其特征是:弹簧蓄能座由柱形弹簧及支撑杆组成，弹簧座一端为自由端，另一端固定于车体;左右侧绳索分别固定于自由端座板的中央。3.如权利要求1所述的绿色刹车蓄能利用装置，其特征是:左右各一轴套套于车轴，固定于车体，其内径稍大于车轴直径，不影响车轴自由转动;左右传动轮对应安装于左右轴套且可自由转动；左右传动轮分别在内侧固定有卷筒，用来卷绕绳索；左右卡环沿轴套上的键轨道可在液压杆控制下沿轴向自由滑动，以与相应左右传动轮相咬合或分离;车轴沿轴向中央处有一段加粗部分并设有键轨道，中间传动环可由液压杆控制在其上沿轴向自由滑动，以根据需要与左传动轮或右传动轮相咬合;其中车轴中央加粗部分厚度与轴套厚度相同。4.如权利要求1所述的绿色刹车蓄能利用装置，其特征是:左右卡环和中间传动环与左右传动轮上的齿设计为圆角切角或直角三角形切角，易于实现咬合。5.如权利要求1所述的绿色刹车蓄能利用装置，其特征是:刹车时中间传动环(15)右移与右传动轮(8)咬合，使其与轴同向转动，同时带动该侧绳索卷绕于右传动轮卷筒，回拉弹簧座板(I)使弹簧被压缩而蓄能，从而将机械动能转化为柱形弹簧的弹性势能；同步地，通过齿轮组(6)、(5)、(3)、(22)使左传动轮(17)逆向转动，将左侧绳索卷绕于左传动轮的卷筒;蓄能结束后，左右卡环(7)和(19)移至与相应左右传动轮咬合，将其固定，从而把弹簧势能存储起来，等待启动时使用。6.如权利要求1所述的绿色刹车蓄能利用装置，其特征是:起步前进时，中间传动环(15)左移与左传动轮(17)咬合，左右卡环(7)和(19)同时外移脱离相应传动轮，弹簧的张力通过左侧绳索传递给左传动轮(17)，带动中间传动环(15)进而助力主轴(20)转动起步;倒车起步时，可将中间传动环(15)右移与右传动轮(8)咬合，弹簧的张力通过右侧绳索传递给右传动轮(8)，进而带动中间传动环(15)和主轴(20)转动倒车起步。
【专利摘要】本发明涉及一种用于刹车蓄能和起步助力的装置。刹车时，与主轴同步转动的中间传动环（15）右移与右传动轮（8）咬合而使其卷绕右侧绳索（2），回拉弹簧座板（1）使弹簧压缩而蓄能，同时通过齿轮组（6、5、3、22）将转动同步传递给左传动轮（17），使之反向转动并将左侧绳索卷绕起来；蓄能完成后，左右卡环（7、19）向中间平移卡死左右传动轮（8、17），使能量得以保持；车辆启动或加速时，中间传动环（15）左移与左传动轮（22）咬合，然后左右卡环松开，弹簧脱离约束从压缩状态下复原，其通过左侧绳索拉动使传动轮（22）正向转动并带动中间传动环继而助力主轴转动。左右传动轮的等速反向转动由齿轮组传递实现，用于刹车和起步时保持轴的同向转动。
【IPC分类】B60T1/10, F03G1/00
【公开号】CN105715467
【申请号】CN201610142524
【发明人】李言钦, 郑祥龙, 和乐为
【申请人】郑州大学