水力滑行系统.pdf

本发明公开了一种利用水能作为动力、流体和大气压力作支承或牵引的运载系统，它包括动力系统、支撑牵引部分。实际应用中，将轨道沿地面铺设固定，在轨道上或下放置受力体和支承物。应用本发明于各种运输场合，可以极大地节约能源，并提高水能的利用率，其只应用流体或空气做载体的方式对环保有着重大的意义，应用此种原理，还可以发展出各种高效、节能的机械或机件。

1、  一种流体滑行系统，包括动力系统、支承牵引部分。动力系统是利用水位差产生的压力通过传动机构推动物体前进的，支承牵引部分是利用液体压力或大气压力支承承重物的。

2、  如权利要求1所述的动力系统，有来回式水力发动机和轮式水力发动机，采用分级分压法。所述来回式水力发动机和轮式水力发动机的技术特点是使用活塞，传动机构有齿条和齿轮。所述分压分压法是多个水力发动机设置于不同的高度，高处的水力发动机排水到人工储水设施，再通过管道与低处的水力发动机的进水口连接。

3、  如权利要求1所述的支承牵引部分，有液压滑行和大气压滑行两种，采用连贯式、间隔式、多道式等。所述液压滑行和大气压滑行的技术特点是利用液体和空气的滑动性和流动性来减少阻力作用。所述连贯式是指装有液体的轨道和与轨道连在一起的传送带是连贯循环的，远距离时使用分段循环方法，短距离时使用并行循环方法。所述间隔式是指像火车那样的运输方式。所述多道式是指多条较小的轨道一起使用，减少拐弯时内外线不等长而产生的内应力破坏作用。

4、  如权利要求3所述的液压滑行，用处于大于大气压压强的受压液体支承重物，特点是液体受压起支承作用但竖直方向不做功。具体是由管道、受力体、受压液体和液柱组成。载体是受压液体，由液柱施压；管道内壁光滑，内部充满液体，上部开有缺口，并在缺口处安装与之对应的受力体；受力体下表面光滑，与管道接触面边缘为百叶式；所述动力系统推动受力体和重物一起滑行。

5、  如权利要求3所述的大气压滑行，是处于正常受力状态的大气支承重物，需用小于大气压压强的液体牵引，它的特点是大气起支承作用和液体起牵引作用且竖直方向都不做功。具体是由支座、受力体AB、连杆、大气和流体组成，载体是大气，由大气自重施压；支座吊起整个滑行体系；受力体A连接支座，下表面光滑；液体置于受力体AB之间，其压强小于大气压强；受力体B连接连杆，上表面光滑；连杆是连接受力体B和支承物的构件，使支承物置于滑行体系上部。

6、  如权利要求3所述的液体是一种低温不凝固，耐高温，有良好滑动性能和流动性能的液体，如汽车用的机油。

水力滑行系统
技术领域
本发明是一种全新浮动交通设备，是通过液体支承或牵引、大气支承的运载系统，涉及水能利用、液体密封技术、流体力学、大气学、运动力学等。
技术背景
随着人类社会的发展和进步，对交通设备的需求越来越大，而用于交通的能源需求也随之急剧增长。在当今能源短缺，全球温室效应越趋严重的实际情况下，使用这种全新浮动交通设备，可以减少路面的交通量，促进第二产业的发展，加速人流和物流，并减少废气排放量，有利于环护；但各行业各个领域将会受到不同程度的正负面影响。这种节能、环保的运载系统，对中国的现代化建设、控制温室效应有着重大的意义。
发明概况
本发明一种利用水能作为动力、流体和大气压力作支承或牵引的运载系统，它包括动力系统、支撑牵引部分。实际应用中，将轨道沿地面铺设固定，在轨道上或下放置受力体和支承物。应用本发明于各种运输场合，可以极大地节约能源，并提高水能的利用率，其只应用流体或空气做载体的方式对环保有着重大的意义，应用此种原理，还可以发展出各种高效、节能的机械或机件。
动力系统是利用水位差产生的压力通过传动机构推动物体前进，能直接利用水的重力势能，减少因势能转换成电能和电能转换成其它能量过程中的损耗。
支撑牵引部分有液压滑行和大气压滑行两种，技术特点是利用液体和空气的滑动性和流动性来减少阻力作用。液压滑行——处于大于大气压压强的受压流体支承重物，特点是液体受压并起支承作用，但竖直方向不做功。大气压滑行——处于正常受力状态的大气支撑重物，需有小于大气压压强的液体做辅助，它的特点是大气起支承作用和液体起牵引作用且竖直方向都不做功。
阻力分析有：空气摩擦力、液体摩擦力和受力体边缘的摩擦力。空气和液体都是流体，空气摩擦力、液体摩擦力是流体与固体之间的摩擦力，只要受力体或管道与流体接触面足够光滑，摩擦力很小。
发明内容
1、发动机     ①来回式水力发动机(附图1ab)
构造：由外壳、活塞、齿条三部分组成。外壳——受水压的主要部分；活塞——受水压力作用，缓慢移动的构件，连接齿条传递动能，外边缘与外壳内壁相触又可相对运动；齿条——紧接外壳两边空隙，跟活塞固定在一起并与外壳相对运动，通过另外的传动机构传递动能。
工作步骤：外壳内，由活塞分成I、II两部分，此时I区是进水，II区是排水，由水压力作下，活塞是向右移动的；当活塞走到内壁右边尽头时，I区排水，II区进水，这样活塞就可反向移动。
②轮式水力发动机(附图2ab)
构造：主要由外壳、活塞、齿环、阀门组成。外壳、活塞同上；齿轮——接合外壳上下两边的空隙，跟活塞固定在一起又可与外壳相对运动，通过啮合另外的另外的传动机构传递动能；阀门——使活塞能不停地做旋转运动的辅助工具，通过一开一关与及进水和排水来完成。
工作步骤：由阀门1、2、3将环内分成I、II、III三部分，活塞是逆时针方向转动，动力源是水压。当活塞转到I区时将I区分成左右两部分，左边是空的，右边进水，此时阀门2关闭，III区排水，II区已空；当活塞转到II区时将II区分成左右两部分，右边是空的，左边进水，此时阀门1关闭，I区排水，III区已空，如此类推。
2、液压滑行(附图3abcd)
液压传动在现代机械作业中得到广泛应用，如千斤顶、起重机等，液压滑行跟液压传动相类似，就是液体的压力大，所以能承受的重力也较大。用增大质量来增加冲量，可以保证速度的稳定性，使传送带上如平地一样。不同的就是流体选材不一定不同，用液柱方式加压(不完全密封)，液体受压而不做功。
轨道为液压管道，构造原理：由管道、受力体、受压液体和液柱组成，管道上表面开有缺口，内表面要光滑；受力体——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、液体压力F和金属外壳的约束力f；材料是软性和弹性的物质，以减少拐弯时内应力的破坏作用；为了使液体不外泄，将受力体边缘做成百叶式，利用瞬时真空的原理可防止液体外泄；液柱——液体压力的来源(也可以用机器加压)。因液体受压，作用力的方向是向四周的，有水平也有垂直的；水平方向的力没有支承作用，高度应该越小越好，而支承力是垂直方向的，所以宽度越大越好，由此得液压管的截面形状是长方形的，又因为长方形四个角受拉的极度限值不够大，容易受到破坏，所以椭圆形较好。
垂直方向的受力分析(以受力体为分析对像)：
设单位长度为L，任意点与最高点的高度差为Δh，最高点的液柱高为h，液体密度ρ_液，重力系数g，大气压力F₀＝P₀*D*L，G＝G₁+G₂，能承受的最大重力G_max＝G+2f
由于地面有起伏，因此约束力f可变
∵F_液＝(P_液+P₀)*D*L＝ρ_液*g*(Δh+h)*D*L+F₀
F_液＝G_max+F₀
∴G_max＝ρ_液*g*(Δh+h)*D*L
由上式可得，Δh和ρ_液越大，G_max就越大；具体受力计算有：当D＝0.1m时，L＝1m，h＝5m，任意点G_max为1吨重力(取Δh＝5m，ρ_液＝1T/m³)，整体上G_max为0.5吨重力，客观上Δh不会为零，要有缓冲力范围，在凹形上下坡时的离心力作用也要计算，而f_min是一个液体不外泄的不可缺少因素之一，还要考虑抗风、防震等，所以要经过更严格的计算，才能确定G_max。
3、大气压滑行(附图4abc)：
利用大气压的应用暂时来说很少，因此这种方法有明显的新颖性、创造性和开发性的。
构造原理：这个方式与液压滑行不相同，它由支座、连杆、受力体AB和液体组成，原理跟吸盘相似。支座——吊起整个滑行体系的构件；受力体A——连接支座，并受支座拉力作用，上面受大气压作用，下面受液体的作用力，且下表面要光滑；受力体B——连接连杆并受受连杆传来的作用力，上面受液体的作用力，且上表面要光滑，下面受大气压作用，构造或选材要能减少拐弯时内应力的破坏作用；连杆——使支承物置于滑行体系上部的构件。液体——在受力体A、B之间，使受力体A、B接触面减少，有一定的压强P_液，且P_液＜P₀，只要空气没进到液体里，液体是不会自动外泄的；还有F_液+G₂+G₃+G₄+2f不超过F₀，受力体B不会掉下来，这样在滑行过程可保持密封。
垂直方向的受力分析(以受力体B为分析对像)：
设单位长度为L，任意点与最高点的高度差为Δh，
重力系数g，大气压压强P₀，G＝G₂+G₃+G₄，能承受的最大重力G_max＝G+2f
由于地面有起伏，因此约束力f可变
∵F_液＝P_液*D*L＝ρ_液*g*Δh*D*L    F₀＝P₀*D*L    F₀＝F_液+G_max
∴G_max＝F₀-F_液＝P₀*D*L-ρ_液*g*Δh*D*L
由上式可得，Δh和ρ_液越小，G_max就越大；若G＜不变，ρ_液越小，Δh可增大到适用的值，也就是说在地势不够平坦的地方，轨道的起伏范围较大，适宜用用密度较小的液体。
具体受力计算有：当D＝0.1m时，L＝1m，任意点G_max为1吨重力(取Δh＝0，P₀＝10⁵Pa)，整体上G_max为0.5吨重力(取Δh_max＝5m，ρ_液＝1T/m³)，客观上Δh不会为零，要有缓冲力范围，在凹形上下坡时的离心力作用也要计算，而f_min是一个液体不外泄的不可缺少因素之一，大气压的大小也会因气温变化而变化，计算整体G_max时应取P₀多年来的最小值，还要考虑抗风、防震等，所以要经过更严格的计算，才能确定G_max。
具体实施方式
4、分级分压法(附图5)
原理：用水管连接水库(高度为h)将水压传至地势较低的地方来实现水力发动，由于水压高、热胀冷缩等因素，因此相对高度必然有一个限度(水面到水力发动机的高度H)；将流出的水用人工设施(高度为h′，且h′＜h)储存，再用水管连接人工设施将水压带到更低的地方来实现水力发动，如此类推。图4是以H＞h绘制，不管H＞h还是H＜h都可用，好处是直接充分利用水的重力势能。
 5、传送带方式(又名连贯式)——液压和大气压都适用
(1)代车工具：高速远距离的运载系统，就像运动的街道，集物流和人流于一体，长度达几十、几百、几千公里，不停地匀速运动。由于不停地运动，需有加速和减速模块，用作上落之用。传送带分节，像火车的车箱，以减少拐弯时的内应力的破坏作用，加上保护外壳，保护传送带以上的物体。长度长、热胀冷缩和日后维护等问题，使用分段循环(附图6a)的方法，可进行定期检查维护。
分段循环：传送带分成若干段循环轨道，每段轨道合理长度为L，轨道上面是传送带，首尾相连。轨道的拐弯半径r比传送带拐弯半径R小，内应力较大，难度也大，减小轨道宽度是解决方法之一。减小轨道宽度，支承力也会减小，相应方法是用多道式增大支承力。
(2)代步工具：慢速短距离的运载系统，用于旅游景点观赏路线、大小城市内短距离路线等，可让人直接走上去。用并行循环(附图6b)的传送带，更可满足不同需要。
并行循环：若干条传送带并行循环运动，各条传送带速度不同。轨道上面是传送带，轨道拐弯半径r与传送带拐弯半径R大小一样，如半径较小，也就减小轨道宽度，并用多道式增大支承力。
6、多道式
液压滑行3道式(附图7a)
大气压滑行8道式(附图7b)
7、火车式(又名隔间式)
液压滑行：难度较大(略)
大气压滑行：在车头前加上一个装置(附图8)
本发明可适用于各种运载场合，不只限于上述列举的实施例。
附图说明
图1a来回式水力发动机侧面图；
图1b来回式水力发动机剖面图；
图2a轮式水力发动机平面图；
图2b是轮式水力发动机剖面图；
图3a液压滑行原理图；
图3b液压滑行垂直方向受力分析图
图3c液压滑行百叶式结构示意图；
图3d液压滑行高度差示意图；
图4a大气压滑行原理图；
图4b大气压滑行垂直方向受力分析图；
图4c大气压滑行高度差示意图；
图5动力部分分级分压法示意图；
图6a传送带方式分段循环示意图；
图6b传送带方式并行循环示意图；
图7a液压滑行3道式示意图；
图7b大气压滑行8道式示意图；
图8火车式大气压滑行示意图。
其中：外壳1、齿条2、活塞3、齿轮4、阀门5、支承物6、受力体7、管道8、受压液体9、地基10、液柱11、受力体A为12、液体13、受力体B为14、连杆15、支座16、水库17、水管18、水力发动机19、人工储水设施20、传送带21、轨道22、滑轮23。