專(zhuān)利名稱(chēng)：水力滑行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種全新浮動(dòng)交通設(shè)備，是通過(guò)液體支承或牽引、大氣支承的運(yùn)載系統(tǒng)，涉及水能利用、液體密封技術(shù)、流體力學(xué)、大氣學(xué)、運(yùn)動(dòng)力學(xué)等。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)交通設(shè)備的需求越來(lái)越大，而用于交通的能源需求也隨之急劇增長(zhǎng)。在當(dāng)今能源短缺，全球溫室效應(yīng)越趨嚴(yán)重的實(shí)際情況下，使用這種全新浮動(dòng)交通設(shè)備，可以減少路面的交通量，促進(jìn)第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加速人流和物流，并減少?gòu)U氣排放量，有利于環(huán)護(hù)；但各行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)受到不同程度的正負(fù)面影響。這種節(jié)能、環(huán)保的運(yùn)載系統(tǒng)，對(duì)中國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)、控制溫室效應(yīng)有著重大的意義。
發(fā)明概況本發(fā)明一種利用水能作為動(dòng)力、流體和大氣壓力作支承或牽引的運(yùn)載系統(tǒng)，它包括動(dòng)力系統(tǒng)、支撐牽引部分。實(shí)際應(yīng)用中，將軌道沿地面鋪設(shè)固定，在軌道上或下放置受力體和支承物。應(yīng)用本發(fā)明于各種運(yùn)輸場(chǎng)合，可以極大地節(jié)約能源，并提高水能的利用率，其只應(yīng)用流體或空氣做載體的方式對(duì)環(huán)保有著重大的意義，應(yīng)用此種原理，還可以發(fā)展出各種高效、節(jié)能的機(jī)械或機(jī)件。
動(dòng)力系統(tǒng)是利用水位差產(chǎn)生的壓力通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)物體前進(jìn)，能直接利用水的重力勢(shì)能，減少因勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能和電能轉(zhuǎn)換成其它能量過(guò)程中的損耗。
支撐牽引部分有液壓滑行和大氣壓滑行兩種，技術(shù)特點(diǎn)是利用液體和空氣的滑動(dòng)性和流動(dòng)性來(lái)減少阻力作用。液壓滑行——處于大于大氣壓壓強(qiáng)的受壓流體支承重物，特點(diǎn)是液體受壓并起支承作用，但豎直方向不做功。大氣壓滑行——處于正常受力狀態(tài)的大氣支撐重物，需有小于大氣壓壓強(qiáng)的液體做輔助，它的特點(diǎn)是大氣起支承作用和液體起牽引作用且豎直方向都不做功。
阻力分析有空氣摩擦力、液體摩擦力和受力體邊緣的摩擦力?？諝夂鸵后w都是流體，空氣摩擦力、液體摩擦力是流體與固體之間的摩擦力，只要受力體或管道與流體接觸面足夠光滑，摩擦力很小。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)動(dòng)機(jī) ①來(lái)回式水力發(fā)動(dòng)機(jī)(附圖1ab)構(gòu)造由外殼、活塞、齒條三部分組成。外殼——受水壓的主要部分；活塞——受水壓力作用，緩慢移動(dòng)的構(gòu)件，連接齒條傳遞動(dòng)能，外邊緣與外殼內(nèi)壁相觸又可相對(duì)運(yùn)動(dòng)；齒條——緊接外殼兩邊空隙，跟活塞固定在一起并與外殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)另外的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)能。
工作步驟外殼內(nèi)，由活塞分成I、II兩部分，此時(shí)I區(qū)是進(jìn)水，II區(qū)是排水，由水壓力作下，活塞是向右移動(dòng)的；當(dāng)活塞走到內(nèi)壁右邊盡頭時(shí)，I區(qū)排水，II區(qū)進(jìn)水，這樣活塞就可反向移動(dòng)。
②輪式水力發(fā)動(dòng)機(jī)(附圖2ab)構(gòu)造主要由外殼、活塞、齒環(huán)、閥門(mén)組成。外殼、活塞同上；齒輪——接合外殼上下兩邊的空隙，跟活塞固定在一起又可與外殼相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)嚙合另外的另外的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)能；閥門(mén)——使活塞能不停地做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輔助工具，通過(guò)一開(kāi)一關(guān)與及進(jìn)水和排水來(lái)完成。
工作步驟由閥門(mén)1、2、3將環(huán)內(nèi)分成I、II、III三部分，活塞是逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力源是水壓。當(dāng)活塞轉(zhuǎn)到I區(qū)時(shí)將I區(qū)分成左右兩部分，左邊是空的，右邊進(jìn)水，此時(shí)閥門(mén)2關(guān)閉，III區(qū)排水，II區(qū)已空；當(dāng)活塞轉(zhuǎn)到II區(qū)時(shí)將II區(qū)分成左右兩部分，右邊是空的，左邊進(jìn)水，此時(shí)閥門(mén)1關(guān)閉，I區(qū)排水，III區(qū)已空，如此類(lèi)推。
2、液壓滑行(附圖3abcd)液壓傳動(dòng)在現(xiàn)代機(jī)械作業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如千斤頂、起重機(jī)等，液壓滑行跟液壓傳動(dòng)相類(lèi)似，就是液體的壓力大，所以能承受的重力也較大。用增大質(zhì)量來(lái)增加沖量，可以保證速度的穩(wěn)定性，使傳送帶上如平地一樣。不同的就是流體選材不一定不同，用液柱方式加壓(不完全密封)，液體受壓而不做功。
軌道為液壓管道，構(gòu)造原理由管道、受力體、受壓液體和液柱組成，管道上表面開(kāi)有缺口，內(nèi)表面要光滑；受力體——堵塞管道上面的缺口，且下表面要光滑；受力有——支承物重力G1、自重G2、液體壓力F和金屬外殼的約束力f；材料是軟性和彈性的物質(zhì)，以減少拐彎時(shí)內(nèi)應(yīng)力的破壞作用；為了使液體不外泄，將受力體邊緣做成百葉式，利用瞬時(shí)真空的原理可防止液體外泄；液柱——液體壓力的來(lái)源(也可以用機(jī)器加壓)。因液體受壓，作用力的方向是向四周的，有水平也有垂直的；水平方向的力沒(méi)有支承作用，高度應(yīng)該越小越好，而支承力是垂直方向的，所以寬度越大越好，由此得液壓管的截面形狀是長(zhǎng)方形的，又因?yàn)殚L(zhǎng)方形四個(gè)角受拉的極度限值不夠大，容易受到破壞，所以橢圓形較好。
垂直方向的受力分析(以受力體為分析對(duì)像)設(shè)單位長(zhǎng)度為L(zhǎng)，任意點(diǎn)與最高點(diǎn)的高度差為Δh，最高點(diǎn)的液柱高為h，液體密度ρ液，重力系數(shù)g，大氣壓力F0＝P0*D*L，G＝G1+G2，能承受的最大重力Gmax＝G+2f由于地面有起伏，因此約束力f可變∵F液＝(P液+P0)*D*L＝ρ液*g*(Δh+h)*D*L+F0F液＝Gmax+F0∴Gmax＝ρ液*g*(Δh+h)*D*L由上式可得，Δh和ρ液越大，Gmax就越大；具體受力計(jì)算有當(dāng)D＝0.1m時(shí)，L＝1m，h＝5m，任意點(diǎn)Gmax為1噸重力(取Δh＝5m，ρ液＝1T/m3)，整體上Gmax為0.5噸重力，客觀上Δh不會(huì)為零，要有緩沖力范圍，在凹形上下坡時(shí)的離心力作用也要計(jì)算，而fmin是一個(gè)液體不外泄的不可缺少因素之一，還要考慮抗風(fēng)、防震等，所以要經(jīng)過(guò)更嚴(yán)格的計(jì)算，才能確定Gmax。
3、大氣壓滑行(附圖4abc)利用大氣壓的應(yīng)用暫時(shí)來(lái)說(shuō)很少，因此這種方法有明顯的新穎性、創(chuàng)造性和開(kāi)發(fā)性的。
構(gòu)造原理這個(gè)方式與液壓滑行不相同，它由支座、連桿、受力體AB和液體組成，原理跟吸盤(pán)相似。支座——吊起整個(gè)滑行體系的構(gòu)件；受力體A——連接支座，并受支座拉力作用，上面受大氣壓作用，下面受液體的作用力，且下表面要光滑；受力體B——連接連桿并受受連桿傳來(lái)的作用力，上面受液體的作用力，且上表面要光滑，下面受大氣壓作用，構(gòu)造或選材要能減少拐彎時(shí)內(nèi)應(yīng)力的破壞作用；連桿——使支承物置于滑行體系上部的構(gòu)件。液體——在受力體A、B之間，使受力體A、B接觸面減少，有一定的壓強(qiáng)P液，且P液＜P0，只要空氣沒(méi)進(jìn)到液體里，液體是不會(huì)自動(dòng)外泄的；還有F液+G2+G3+G4+2f不超過(guò)F0，受力體B不會(huì)掉下來(lái)，這樣在滑行過(guò)程可保持密封。
垂直方向的受力分析(以受力體B為分析對(duì)像)設(shè)單位長(zhǎng)度為L(zhǎng)，任意點(diǎn)與最高點(diǎn)的高度差為Δh，重力系數(shù)g，大氣壓壓強(qiáng)P0，G＝G2+G3+G4，能承受的最大重力Gmax＝G+2f由于地面有起伏，因此約束力f可變∵F液＝P液*D*L＝ρ液*g*Δh*D*LF0＝P0*D*LF0＝F液+Gmax∴Gmax＝F0-F液＝P0*D*L-ρ液*g*Δh*D*L由上式可得，Δh和ρ液越小，Gmax就越大；若G＜不變，ρ液越小，Δh可增大到適用的值，也就是說(shuō)在地勢(shì)不夠平坦的地方，軌道的起伏范圍較大，適宜用用密度較小的液體。
具體受力計(jì)算有當(dāng)D＝0.1m時(shí)，L＝1m，任意點(diǎn)Gmax為1噸重力(取Δh＝0，P0＝105Pa)，整體上Gmax為0.5噸重力(取Δhmax＝5m，ρ液＝1T/m3)，客觀上Δh不會(huì)為零，要有緩沖力范圍，在凹形上下坡時(shí)的離心力作用也要計(jì)算，而fmin是一個(gè)液體不外泄的不可缺少因素之一，大氣壓的大小也會(huì)因氣溫變化而變化，計(jì)算整體Gmax時(shí)應(yīng)取P0多年來(lái)的最小值，還要考慮抗風(fēng)、防震等，所以要經(jīng)過(guò)更嚴(yán)格的計(jì)算，才能確定Gmax。
具體實(shí)施例方式
4、分級(jí)分壓法(附圖5)原理用水管連接水庫(kù)(高度為h)將水壓傳至地勢(shì)較低的地方來(lái)實(shí)現(xiàn)水力發(fā)動(dòng)，由于水壓高、熱脹冷縮等因素，因此相對(duì)高度必然有一個(gè)限度(水面到水力發(fā)動(dòng)機(jī)的高度H)；將流出的水用人工設(shè)施(高度為h′，且h′＜h)儲(chǔ)存，再用水管連接人工設(shè)施將水壓帶到更低的地方來(lái)實(shí)現(xiàn)水力發(fā)動(dòng)，如此類(lèi)推。圖4是以H＞h繪制，不管H＞h還是H＜h都可用，好處是直接充分利用水的重力勢(shì)能。
5、傳送帶方式(又名連貫式)——液壓和大氣壓都適用(1)代車(chē)工具高速遠(yuǎn)距離的運(yùn)載系統(tǒng)，就像運(yùn)動(dòng)的街道，集物流和人流于一體，長(zhǎng)度達(dá)幾十、幾百、幾千公里，不停地勻速運(yùn)動(dòng)。由于不停地運(yùn)動(dòng)，需有加速和減速模塊，用作上落之用。傳送帶分節(jié)，像火車(chē)的車(chē)箱，以減少拐彎時(shí)的內(nèi)應(yīng)力的破壞作用，加上保護(hù)外殼，保護(hù)傳送帶以上的物體。長(zhǎng)度長(zhǎng)、熱脹冷縮和日后維護(hù)等問(wèn)題，使用分段循環(huán)(附圖6a)的方法，可進(jìn)行定期檢查維護(hù)。
分段循環(huán)傳送帶分成若干段循環(huán)軌道，每段軌道合理長(zhǎng)度為L(zhǎng)，軌道上面是傳送帶，首尾相連。軌道的拐彎半徑r比傳送帶拐彎半徑R小，內(nèi)應(yīng)力較大，難度也大，減小軌道寬度是解決方法之一。減小軌道寬度，支承力也會(huì)減小，相應(yīng)方法是用多道式增大支承力。
(2)代步工具慢速短距離的運(yùn)載系統(tǒng)，用于旅游景點(diǎn)觀賞路線、大小城市內(nèi)短距離路線等，可讓人直接走上去。用并行循環(huán)(附圖6b)的傳送帶，更可滿(mǎn)足不同需要。
并行循環(huán)若干條傳送帶并行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，各條傳送帶速度不同。軌道上面是傳送帶，軌道拐彎半徑r與傳送帶拐彎半徑R大小一樣，如半徑較小，也就減小軌道寬度，并用多道式增大支承力。
6、多道式液壓滑行3道式(附圖7a)大氣壓滑行8道式(附圖7b)7、火車(chē)式(又名隔間式)液壓滑行難度較大(略)大氣壓滑行在車(chē)頭前加上一個(gè)裝置(附圖8)本發(fā)明可適用于各種運(yùn)載場(chǎng)合，不只限于上述列舉的實(shí)施例。


圖1a來(lái)回式水力發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面圖；圖1b來(lái)回式水力發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖；圖2a輪式水力發(fā)動(dòng)機(jī)平面圖；圖2b是輪式水力發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖；圖3a液壓滑行原理圖；圖3b液壓滑行垂直方向受力分析3c液壓滑行百葉式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3d液壓滑行高度差示意圖；圖4a大氣壓滑行原理圖；圖4b大氣壓滑行垂直方向受力分析圖；圖4c大氣壓滑行高度差示意圖；圖5動(dòng)力部分分級(jí)分壓法示意圖；圖6a傳送帶方式分段循環(huán)示意圖；圖6b傳送帶方式并行循環(huán)示意圖；圖7a液壓滑行3道式示意圖；圖7b大氣壓滑行8道式示意圖；圖8火車(chē)式大氣壓滑行示意圖。
其中外殼1、齒條2、活塞3、齒輪4、閥門(mén)5、支承物6、受力體7、管道8、受壓液體9、地基10、液柱11、受力體A為12、液體13、受力體B為14、連桿15、支座16、水庫(kù)17、水管18、水力發(fā)動(dòng)機(jī)19、人工儲(chǔ)水設(shè)施20、傳送帶21、軌道22、滑輪23。
權(quán)利要求
1.一種流體滑行系統(tǒng)，包括動(dòng)力系統(tǒng)、支承牽引部分。動(dòng)力系統(tǒng)是利用水位差產(chǎn)生的壓力通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)物體前進(jìn)的，支承牽引部分是利用液體壓力或大氣壓力支承承重物的。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)力系統(tǒng)，有來(lái)回式水力發(fā)動(dòng)機(jī)和輪式水力發(fā)動(dòng)機(jī)，采用分級(jí)分壓法。所述來(lái)回式水力發(fā)動(dòng)機(jī)和輪式水力發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)是使用活塞，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有齒條和齒輪。所述分壓分壓法是多個(gè)水力發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置于不同的高度，高處的水力發(fā)動(dòng)機(jī)排水到人工儲(chǔ)水設(shè)施，再通過(guò)管道與低處的水力發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)水口連接。
3.如權(quán)利要求1所述的支承牽引部分，有液壓滑行和大氣壓滑行兩種，采用連貫式、間隔式、多道式等。所述液壓滑行和大氣壓滑行的技術(shù)特點(diǎn)是利用液體和空氣的滑動(dòng)性和流動(dòng)性來(lái)減少阻力作用。所述連貫式是指裝有液體的軌道和與軌道連在一起的傳送帶是連貫循環(huán)的，遠(yuǎn)距離時(shí)使用分段循環(huán)方法，短距離時(shí)使用并行循環(huán)方法。所述間隔式是指像火車(chē)那樣的運(yùn)輸方式。所述多道式是指多條較小的軌道一起使用，減少拐彎時(shí)內(nèi)外線不等長(zhǎng)而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力破壞作用。
4.如權(quán)利要求3所述的液壓滑行，用處于大于大氣壓壓強(qiáng)的受壓液體支承重物，特點(diǎn)是液體受壓起支承作用但豎直方向不做功。具體是由管道、受力體、受壓液體和液柱組成。載體是受壓液體，由液柱施壓；管道內(nèi)壁光滑，內(nèi)部充滿(mǎn)液體，上部開(kāi)有缺口，并在缺口處安裝與之對(duì)應(yīng)的受力體；受力體下表面光滑，與管道接觸面邊緣為百葉式；所述動(dòng)力系統(tǒng)推動(dòng)受力體和重物一起滑行。
5.如權(quán)利要求3所述的大氣壓滑行，是處于正常受力狀態(tài)的大氣支承重物，需用小于大氣壓壓強(qiáng)的液體牽引，它的特點(diǎn)是大氣起支承作用和液體起牽引作用且豎直方向都不做功。具體是由支座、受力體AB、連桿、大氣和流體組成，載體是大氣，由大氣自重施壓；支座吊起整個(gè)滑行體系；受力體A連接支座，下表面光滑；液體置于受力體AB之間，其壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)；受力體B連接連桿，上表面光滑；連桿是連接受力體B和支承物的構(gòu)件，使支承物置于滑行體系上部。
6.如權(quán)利要求3所述的液體是一種低溫不凝固，耐高溫，有良好滑動(dòng)性能和流動(dòng)性能的液體，如汽車(chē)用的機(jī)油。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用水能作為動(dòng)力、流體和大氣壓力作支承或牽引的運(yùn)載系統(tǒng)，它包括動(dòng)力系統(tǒng)、支撐牽引部分。實(shí)際應(yīng)用中，將軌道沿地面鋪設(shè)固定，在軌道上或下放置受力體和支承物。應(yīng)用本發(fā)明于各種運(yùn)輸場(chǎng)合，可以極大地節(jié)約能源，并提高水能的利用率，其只應(yīng)用流體或空氣做載體的方式對(duì)環(huán)保有著重大的意義，應(yīng)用此種原理，還可以發(fā)展出各種高效、節(jié)能的機(jī)械或機(jī)件。
文檔編號(hào)B61B13/12GK1966325SQ20061010828
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者黃健庭 申請(qǐng)人:黃健庭