一种利用水力进行驱动的动力设备的制作方法

本发明涉及机械领域，具体涉及一种利用水力进行驱动的动力设备。

背景技术：

现有的机械设备，如农工设备、渔业设备等，多为采用燃油或电能作为驱动能源进行驱动运行，燃油设备通过燃烧汽油或柴油产生动能驱动发动机转动，进而驱动够将动能转化为机械动作的动作执行机构进行运作，燃油设备的缺点是燃烧后会产生二氧化碳尾气，此是全球变暖的源头；而采用电能驱动，较大型的耗电大，且现有的蓄电池容量有限，持续时间不长，想要长时间作业，需要事先备多个蓄电池轮流更换，操作繁琐，存在一定的用电安全隐患，且电费支出也不低。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种利用水力进行驱动的动力设备，该驱动机构利用大自然的水流产生动能，并作用于能够将动能转化为机械动作的动作执行机构进行运行，无需采用燃油或电能驱动，真正做到清洁能源。

为实现上述目的，本发明提供的一种利用水力进行驱动的动力设备，包括能够将动能转化为机械动作的动作执行机构以及能够将水势能转化成动能的驱动机构，所述驱动机构包括液压动力装置，液压动力装置包括：

一外圈，其内环面周向上设有多个驱动凹部；

一芯体，其同轴设置在外圈内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有至少一喷口、至少一排口、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道；

至少一进液通道，其连通至少一喷口；以及

至少一排液通道，其连通至少一排口；

水流从进液通道进入，通过芯体的喷口及次冲流道的逐阶喷出，作用于外圈周向上的至少二驱动凹部，对这些驱动凹部产生推力推动外圈旋转做功，实现动力输出，最后，水流通过芯体的排口经排液通道排出；

所述外圈驱动连接所述动作执行机构，以驱动动作执行机构执行机械动作。

进一步，至少一进液通道、至少一喷口、至少二驱动凹部、至少一次冲流道、至少一排口和至少一排液通道形成独立做功单元，该液压动力装置中包括至少一个独立做功单元。

进一步，芯体上的喷口及次冲流道，与外圈对应的驱动凹部连通，次冲流道与对应的驱动凹部交错布设依次连通，次冲流道沿芯体或外圈周向设置。

进一步，进液通道和排液通道形成于芯体内。

进一步，芯体上包括：

进液通道，其在芯体周面形成喷口，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口与外圈对应的驱动凹部连通，形成第1阶流道；

次冲流道，其走向为芯体边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道与外圈对应的前后两驱动凹部连通，沿芯体周向形成n阶流道，其中n≥2的自然数；

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成水流压力能递减的多阶冲程结构。

进一步，次冲流道包括回程道和相通的冲程道，回程道与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道与另一驱动凹部连通。

进一步，芯体进液通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°。

进一步，芯体上设有进液通道，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进液通道对数螺旋线的走向大致相同。

进一步，该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上。

进一步，该液压动力装置还包括一轴，外圈与芯体同轴设置于轴上，该轴上开设有进、出液轴道分别连通至芯体的进液通道和排液通道。

轴内进、出液轴道形成进液口和出液口，进、出液轴道为不连通结构。

进一步，外圈通过侧板配合于轴上形成一个封闭空间，芯体设置于封闭空间内并与轴连接固定。

进一步，独立做功单元中进液通道、喷口、驱动凹部、次冲流道、排口和排液通道构成水流流动路径。

进一步，该液压动力装置中包括二个以上独立做功单元形成多级驱动结构，并沿芯体或外圈周向设置。

进一步，外圈的内环面上设置有2个以上驱动凹部，每一驱动凹部具有一轮廓底面以及驱动面，轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在芯体中心。

进一步，所述水流取自而不限于河流、江流或潮汐流。

进一步，所述动作执行机构包括而不限于脱粒机构、农耕机构或旋转式自清洗过滤机构。

通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本方案提供的利用水力进行驱动的动力设备，将液压动力装置替代常规采用电能、燃油作为动能的动力设备，液压动力装置的芯体设置的多阶流道，即进液通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，水流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至水流从排液通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、水流压力能利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。

芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，可灵活配合于各领域动力生成或输出设备，同时，芯体周向上进入流道或通道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。

直接利用水流高速进入芯体并推动外圈旋转，通过水流压力能转化成动能，与现有发电机或马达相比，不造成环境大气污染，具有环保节能优点。

本方案的动力设备利用水力进行驱动，无需采用电源或燃油驱动的结构，在一定程度上能够替代或辅助电源或燃油驱动的动力设备，实现清洁能源的利用，为未来清洁能源的利用打下基础。

附图说明

图1是实施例一中动力设备的结构示意图。

图2是实施例一中液压动力装置的示意图。

图3是实施例一中液压动力装置的轴a向侧视图。

图4是实施例一中液压动力装置的轴b向侧视图。

图5是实施例一中液压动力装置的一剖视图。

图6是实施例一中液压动力装置的另一布局图。

图7是实施例二中液压动力装置的示意图。

图8是实施例二中液压动力装置的轴c向侧视图。

图9是实施例二中液压动力装置的轴d向侧视图。

图10是实施例二中液压动力装置的径向剖视图。

图11是实施例四中动力设备的结构示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一

本实施例提供的一种利用水力进行驱动的动力设备，该设备为农工设备，具体为农耕机，包括能够将动能转化为机械动作的动作执行机构以及提供动能的驱动机构，具体的，动作执行机构只是为能够将动能转化为机械动作的机构，并非是将机械能转换成动能的机构。

参照图1所示，所述农耕机的农耕机构为动作执行机构，所述农耕机构包括传动轴71以及设置在该传动轴71上的犁刀轮72。所述驱动机构包括引水管102及液压动力装置10，所述引水管102的一端连接水源，其另一端连接液压动力装置10，液压动力装置10驱动连接所述传动轴71，以驱动传动轴71及犁刀轮72转动，进而实现犁刀轮72的运行。

进一步的，引水管102连接的水源，可直接从高水头的水库中引出，及采用河流、江流的水流，如事先从水库中引出一固定的水管，水管从水库延伸至耕田区域，作为公用的水源，农耕机需要使用时，驱动机构的引水管102直接接到水管上即可，既能够保证水压充足，液压动力装置10流出的水又能够浇灌至耕田中。

再进一步的，所述引水管102串接有流量阀，通过控制该流量阀调节水流量，能够更好的控制引入液压动力装置10的水流压力。

具体的，参照图2至图5所示，所述液压动力装置包括一外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体3的外环面设有至少一喷口301、至少一排口302、以及位于喷口和排口之间的至少一次冲流道300；

至少一进液通道31，其连通至少一喷口301，所述引水管102连接该进液通道31；以及

至少一排液通道310，其连通至少一排口302；

水流从进液通道31进入，通过芯体3的喷口301及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈1周向上的至少二驱动凹部11，对这些驱动凹部11产生推力推动外圈1旋转做功，水流通过芯体3的排口经排液通道排出，实现动力连续输出。该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上。

如图5所示，进液通道31和排液通道310形成于芯体3内，芯体3上的喷口301及次冲流道300，与外圈1对应的驱动凹部11连通，其中次冲流道300与对应的驱动凹部11交错布设依次连通，次冲流道300沿芯体或外圈周向设置。

如图5，芯体3上包括：进液通道31，其在芯体周面形成喷口31，其走向为由中间往外延伸的弧形线，喷口301与外圈对应的驱动凹部11连通，形成第1阶流道；

次冲流道300，其走向为芯体3边缘向内再到边缘弯折延伸的弧形线，每一次冲流道300与外圈1对应的前后两驱动凹部11连通，沿芯体周向形成n阶流道，其中n≥2的自然数。需要说明的是：这里如果是2阶流道则包括第1阶流道(进液通道)和第2阶流道(一次冲流道)；如果是3阶流道包括第1阶流道(进液通道)、第2阶流道(一次冲流道)、第3阶流道(另一次冲流道)，……

各阶流道与外圈对应驱动凹部配合形成水流压力能量递减的多阶冲程结构。

根据负载的要求，可以对液压动力装置进行设计，其中的芯体3设置可以是2阶流道、3阶流道、或更多阶进液流道，每阶循环做功，能量充分利用，最大程度地提高使用效率，以满足输出扭矩和转速的需求。

如图6是4阶流道示意图，压缩水流从第1阶流道311进入后，经第2、3、4阶流道312、313、314，并喷出作用在对应的驱动凹部11，最后体通过排液流道310输出；图5是5阶进液流道示意图，工作过程同图6示意类似。如图6，次冲流道300包括回程道和相通的冲程道，如图6中的第3阶流道中的回程道3131和相通的冲程道3132，回程道3131与外圈对应的驱动凹部连通，冲程道3132与另一驱动凹部连通。

请参阅图2，该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴2上，该轴2上开设有进、出液轴道21、210分别连通至芯体3的进液通道31和排液通道310。轴内进、出液轴道形成进口和出口，进、出液轴道为不连通结构。外圈1通过侧板41、42配合于轴2上形成一个封闭空间，芯体3设置于封闭空间内并与轴2连接固定。本发明中芯体3设有至少2阶流道，每一阶流道与外圈对应的驱动凹部连通，最后由排液通道或流道排出水流。

请参阅图2，本发明中芯体3可以是由左、右芯体配合而成，左、右芯体配合面设有进液通道31和排液通道310，芯体3也可以是整体铸造而成。

请参阅图2、图5，本实施例是一级驱动结构，芯体3上沿周向设置1条水流通道形成一级驱动结构，水流通道也称为独立做功单元，芯体3和外圈1上一进液通道31、一喷口301、至少二驱动凹部11、至少一次冲流道300、一排口302和一排液通道310形成独立做功单元，该液压动力装置中包括至少一个独立做功单元。独立做功单元中进液通道31、喷口301、驱动凹部11、次冲流道300、排口302和排液通道310构成水流流动路径。

请参阅图2、图5或图6，本发明中外圈1的内环面上设置有2个以上驱动凹部11，每一驱动凹部具有一轮廓底面111以及驱动面112，轮廓底面111的轮廓线可以是普通弧形线或螺旋线，当轮廓底面的轮廓线为对数螺旋线，其极点设置在轴上，每一驱动凹部11同时与相邻阶流道相通以使前一阶流道进入的水流由下一阶流道输出。

本发明中芯体3进液通道即第1阶流道走向可以是普通弧形线或螺旋线，各次冲流道即第n阶流道中冲程道的走向也可以是普通弧形线或螺旋线。

如图5及图6，本发明芯体3上设有进液通道31，其走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，次冲流道300的冲程道的走向为对数螺旋线，次冲流道的冲程道对数螺旋线的走向与进液通道对数螺旋线的走向大致相同。芯体3进液通道的走向为由中间往外延伸的对数螺旋线，该对数螺旋线的极点设置在芯体中心轴线上，对数螺旋线走向角15°-45°，角度越小，流道越长，损耗越多；角度越大，驱动外圈的切向分力越小。

请参阅图2、图3及图4，本发明轴2内进、出液轴道21、210形成进口和出口，进、出液轴道为不连通结构。轴的进口和出口可以设置在轴一端或轴两端，进液轴道21与芯体的进液通道31相通，轴的出液口轴向延伸形成出液轴道210，出液轴道与芯体的排液通道310相通。

本申请案所涉液压动力装置是指能够将液压能转换成机械转动的装置，其中该装置除必要的外圈、芯体及其相应凹部结构或流道结构设计外，还可以额外包括其他部件；例如，可以额外包括有提供外保护的壳体和密封结构等，又如可以额外包括有提供转矩传递的联轴器等。其中，外圈可以根据机械转动输出方式的不同而具体表现形式有所变化，例如外圈外侧形成外齿形结构，以利于通过齿轮传动的方式输出动能；又例如外圈具有皮带槽，以通过皮带传动的方式输出动能；再例如外圈具有安装法兰盘，可以方便地安装联轴器以输出动能；等等。芯体和外圈的材质为硬质材料制成，不限于金属、金属合金、塑料、复合材质，芯体和外圈的凹部结构或流道结构的加工方式可以采用一切已知的生产手段实现，包括而不限于压铸、锻造、挤压、3d打印等等。

图2和图5中需要说明的是，芯体的进液通道31和排液通道310及进液轴道21、出液轴道210，按制图规则虽然不对应，但为了形象说明，图1中芯体的进液通道和排液通道就是指进液通道和排液通道，实施例二中图7和图10与此类似的示意图示。

实施例二

本实施例提供的利用水力进行驱动的动力设备，其结构与实施例一大致相同，不同之处在于液压动力装置，具体请参阅图7至图10，液压动力装置中包括2独立做功单元形成二级驱动结构，即芯体3上沿周向设置2条水流通道，每条水流通道包括1阶以上的进液通道31和次冲流道300并沿芯体3周向布设及排液流道。液压动力装置包括外圈1，其内环面周向上设有多个驱动凹部11；一芯体3，其同轴设置在外圈1内并能相对外圈转动，芯体的外环面设有2组喷口、排口、以及每组喷口和排口之间设有至少一次冲流道；芯体上设有2进液通道31、32，其对应连通喷口；以及2排液通道310、320，其对应连通排口；两股水流从分别从芯体的2进液通道进入，通过芯体3的喷口及次冲流道300的逐阶喷出，作用于外圈周向上相应的驱动凹部11，对这些驱动凹部产生推力推动外圈1旋转做功，实现动力输出，最后，水流通过芯体的排口经排液通道排出。上述的一进液通道、一喷口、相应数量的驱动凹部及对应的次冲流道、排口和一排液通道形成独立做功单元。

该液压动力装置还包括一轴2，外圈1与芯体3同轴设置于轴上，该轴2上开设有进液轴道21、22及出液轴道210、220分别连通至芯体的进液通道31、32和排液通道310、320。轴2上设有与水流通道对应的两进液口和两出液口；高速、一定压力的水流从轴2的两进液口进入，通过芯体3进液通道喷出作用在外圈1的驱动凹部11，产生推力推动外圈1旋转做功，最后水流通过芯体3的排液通道回到相应的出液口，实现动力的连续输出。

实施例三

本实施例提供的利用水力进行驱动的动力设备，其结构与实施例一大致相同，不同之处在于液压动力装置，本实施例的液压动力装置中包括4或更多的独立做功单元形成多级驱动结构，芯体上沿周向设置3条或更多条水流通道，每条水流通道包括1阶以上的进液通道和次冲流道并沿芯体周向布设及排液流道，进液通道和排液通道设置在左、右芯体的配合面。轴上设有与水流通道对应数量的进液轴道和出液轴道，水流从轴的进液轴道进入，通过芯体进液流道喷出作用在外圈的驱动凹部，推动外圈旋转做功，实现动力的连续输出，最后压缩水流通过芯体的各排液流道回到相应的出液轴道。

实施例四

本实施例提供的一种利用水力进行驱动的动力设备，具体为脱粒机，参照图11所示，脱粒机的动作执行机构为脱粒机构，包括：滚筒81及设置在滚筒81上的脱粒结构82，所述液压动力装置10的外圈1驱动连接滚筒81，以驱动滚筒81转动，进而实现脱粒机构的运作。

具体的，所述液压动力装置10的外圈1与滚筒上均设有皮带槽83，并通过皮带84形成传动连接，进而实现液压动力装置10的外圈1驱动连接滚筒81。

液压动力装置10的结构与实施例一相同，在此不再详述。

上述实施例的水流取自河流、江流的自然资源，当然的，在其他实施例中，并不局限于此，其水流也可以是取自潮汐流，通过潮汐流的潮汐力驱动液压动力装置的外圈旋转，进而驱动相应的动力设备的动作执行机构动作。

实施例五

本实施例提供的利用水力进行驱动的动力设备，具体为一种旋转式自清洗过滤器，该旋转式自清洗过滤器的具体结构参照中国发明专利申请号为201410745637.3所公开的旋转式自清洗过滤器的结构，与该结构不同的是，本实施例中，将其水力马达替换成本案中的液压动力装置，液压动力装置的结构与实施例一中的液压动力装置的结构相同，液压动力装置的进液通道连接筒盖顶端的进水口，液压动力装置的外圈驱动连接转轴，通过本案的液压动力装置替换原有的水力马达，其体积会更小，动力输出更足。

上述实施例分别公开了不同动作执行机构的动力设备，当然的，本方案的动力设备并不局限于上述，还可以是如清洗机构、移动机构、压榨机构等动作执行机构的动力设备，只要能够将本案的液压动力装置进行替换原有驱动机构的动力设备均可。

通过上述实施例提供的利用水力进行驱动的动力设备，将液压动力装置替代常规采用电能、燃油作为动能的动力设备，液压动力装置的芯体设置的多阶流道，即进液通道作为第1阶流道，各次冲流道作为第2、3、4……阶流道，水流由第1阶流道作用在外圈的驱动凹部，驱动凹部与第2阶流道相通，然后返回到第2阶流道后又作用在外圈的另一驱动凹部，位次类推，直至水流从排液通道排出，整个过程是沿外圈旋转方向的顺向进行，扭矩大，传递效率高、水流压力能利用率高，输出扭矩随着转速的提高进一步增大。

芯体周向布设的各流道，有效减小了整体装置的体积，可灵活配合于各领域动力生成或输出设备，同时，芯体周向上进入流道或通道设置越多，整体重量反而降低，进一步提高了装置的输出速度和效率。

直接利用水流高速进入芯体并推动外圈旋转，通过水流压力能转化成动能，与现有发电机或马达相比，不造成环境大气污染，具有环保节能优点。

该动力设备的液压动力装置利用水力进行驱动，无需采用电源或燃油驱动的结构，在一定程度上能够替代或辅助电源或燃油驱动的动力设备，实现清洁能源的利用，为未来清洁能源的利用打下基础。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。