一种电缸驱动的动力主机的制作方法

本发明涉及大功率动力机械，具体涉及一种电缸驱动的动力主机，特别是一种基于柴油机机体改造、保留原曲柄连杆传动结构、以多个电动驱动缸分时交替驱动活塞往复运动并输出旋转动力的通用动力主机。

背景技术：

1、现有大功率动力设备主要分为内燃机与电动机两大类。

2、内燃机依靠燃油在气缸内燃烧产生高温高压气体，推动活塞往复运动，再经连杆带动曲轴旋转输出动力。以内燃机为核心的动力设备虽然技术成熟、结构经过大量工业验证，但其存在先天性的不足：燃油消耗量大、运行成本高；燃烧过程产生大量废气排放，环保性能差；配气机构、喷油系统、涡轮增压器等燃烧相关零部件结构复杂，维护保养工作量大，故障率高。此外，内燃机在低速工况下扭矩输出有限，往往需要配合变速箱才能满足重载低速的动力需求。

3、大功率电动机依靠电磁力驱动转子旋转输出扭矩，具有效率高、零排放、噪音低等优点。但大功率电动机在低速工况下扭矩输出能力有限，难以直接满足重载启动和低速大扭矩输出的需求。要获得低速大扭矩输出，通常需要配置大速比减速机构，增加了系统的复杂性和成本。同时，大功率定制电机的机体结构通常为全新设计铸造，缺乏长期大批量工业验证，在重载工况下结构刚性和抗疲劳能力相对不足。大功率定制电机的制造成本高昂，研发周期长。

4、在现有市场及公开技术中，均未有保留成熟直列六缸柴油机完整机体传动结构、去除内燃机配气及燃油喷射系统，利用多台独立电动缸按原有发火相位依次驱动活塞、依托成熟曲轴连杆总成输出大功率旋转动力的通用动力主机方案。成熟重型柴油机机体经过大批量工业验证，结构强度高、承载力大、配件通用性强，但仅局限于燃油燃烧驱动，未能被改造为通用电动大功率动力源，存在较大技术空白。

5、因此，亟需一种充分利用现有成熟柴油机高强度机体、活塞连杆与锻钢曲轴总成，摒弃内燃机燃油做功模式，以电动缸替代气缸内燃烧压力推动活塞运转，获得低速大扭矩、运行平稳、结构可靠、改造成本低廉的通用大功率动力主机。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电缸驱动的动力主机，以解决现有技术中大功率内燃机油耗高、污染重、维护复杂，以及大功率电动机低速扭矩不足、定制机体成本高昂的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种电缸驱动的动力主机，包括动力机体总成，具有多个气缸孔，每个气缸孔内设有活塞，动力机体总成内设有曲轴，活塞通过连杆与曲轴连接，曲轴的一端连接有飞轮；多个安装座，固定安装于动力机体总成位于气缸孔上方的安装端面上，安装座上开设有穿孔；多个电动驱动缸，分别竖直安装于对应安装座上方，每个电动驱动缸对应一个气缸孔，电动驱动缸的输出端连接有驱动推杆，驱动推杆向下穿过安装座的穿孔并与对应气缸孔内的活塞固定连接。

4、通过采用上述技术方案，动力主机以成熟柴油机机体总成为基础，完整保留了原柴油机的气缸孔、活塞、连杆、曲轴和飞轮等核心传动结构。在动力机体总成的安装端面上固定安装多个安装座，每个安装座上方竖直安装一个电动驱动缸，电动驱动缸的输出端连接有驱动推杆，驱动推杆向下穿过安装座的穿孔并与对应气缸孔内的活塞固定连接。电动驱动缸工作时，驱动推杆沿直线伸缩，推动活塞在气缸孔内往复运动，活塞经连杆带动曲轴旋转，曲轴将活塞的往复直线运动转化为旋转运动，由飞轮向外输出旋转动力。该方案以电动驱动缸替代了原柴油机的气缸内燃烧压力推动活塞做功，摒弃了内燃机燃油做功模式，既保留了原机体高强度、高承载力的结构优势，又实现了零排放、低噪音的电动驱动。原柴油机机体、曲轴、连杆经过重型机械大批量工业验证，抗疲劳、抗重载能力强，长期满载运行不易变形损坏，使用寿命远超同等规格全新定制动力主机。主机输出端可对接任意负载设备，不受燃油、环保排放限制。其中，在多缸同时推行比使柴油机械扭力更强，如需更大扭力只要更换电动缸即可。

5、优选的，动力机体总成位于气缸孔上方的安装端面上对应每个气缸孔的周向外侧位置设有若干定位杆，安装座上设有与定位杆对应设置的定位孔，定位杆与定位孔配合实现安装座在安装端面上的定位安装。

6、通过采用上述技术方案，安装座通过定位孔与动力机体总成安装端面上的定位杆配合，实现安装座在安装端面上的精确对位。定位杆和定位孔的配合不仅保证了安装座与气缸孔之间的同心度，确保驱动推杆的轴线与气缸孔的轴线重合，还便于安装座在装配过程中的快速定位，提高了装配效率和装配精度。

7、优选的，驱动推杆为丝杆，驱动推杆能够在电动驱动缸中沿直线伸缩移动设置，驱动推杆穿过安装座的穿孔与活塞的顶面固定连接。

8、通过采用上述技术方案，驱动推杆采用丝杆结构，丝杆由电动驱动缸内部的驱动机构驱动，沿直线方向伸缩移动。驱动推杆向下穿过安装座的穿孔后与活塞顶面固定连接，将电动驱动缸的直线伸缩运动直接传递至活塞，带动活塞在气缸孔内往复运动，实现活塞行程的精确控制。

9、优选的，安装座上对应穿孔的下方设有导向柱，导向柱内设有导向孔，驱动推杆穿过穿孔并与导向孔配合导向。

10、通过采用上述技术方案，导向柱设于安装座穿孔的下方，导向柱内开设导向孔。驱动推杆在伸缩运动过程中，导向孔对驱动推杆进行导向约束，防止驱动推杆因活塞侧向受力而产生偏移或摆动，保证驱动推杆始终沿气缸孔的轴线方向运动，确保活塞在气缸孔内运动的直线度，减小活塞与气缸孔内壁之间的偏磨。

11、优选的，还包括连接适配件，驱动推杆远离电动驱动缸的端部为连接端，连接适配件一端与连接端固定连接，另一端与活塞的顶面固定连接；连接适配件与活塞之间设置有缓冲件。

12、通过采用上述技术方案，连接适配件设于驱动推杆与活塞之间，将驱动推杆的直线运动传递至活塞。连接适配件的一端与驱动推杆远离电动驱动缸的连接端固定连接，另一端与活塞顶面固定连接，实现驱动推杆与活塞之间的可靠传动连接。连接适配件的设置使驱动推杆与活塞之间的连接结构更加灵活，可适应不同规格活塞的连接需求。缓冲件的设置可以起到缓冲的作用。

13、优选的，连接适配件包括连接套体和连接导盘，连接套体具有内孔，驱动推杆的连接端插入连接套体的内孔中，并通过销轴穿过连接套体和连接端实现两者的固定连接，连接导盘与连接套体一体成型。

14、通过采用上述技术方案，连接套体通过内孔套设在驱动推杆的连接端上，销轴穿过连接套体和连接端，将两者固定连接。销轴连接方式结构简单，连接可靠，同时便于拆装维护。连接导盘与连接套体一体成型，结构强度好，避免了分体连接可能产生的松动问题。

15、优选的，连接导盘与气缸孔的内径相适配并能在气缸孔内滑动设置，连接导盘的上端面位于连接套体的周向外侧位置设有若干紧固件，通过紧固件穿过连接导盘和活塞实现连接导盘与活塞顶面的固定连接。

16、通过采用上述技术方案，连接导盘的外径与气缸孔的内径相适配，在活塞往复运动过程中，连接导盘在气缸孔内随之滑动，对活塞的运动起到辅助导向作用，进一步保证活塞运动的直线度。连接导盘通过紧固件与活塞顶面固定连接，紧固件均匀分布于连接套体的周向外侧，连接力分布均匀，连接牢固可靠。

17、优选的，各电动驱动缸能够分时交替推动对应活塞在气缸孔内做功，活塞经连杆带动曲轴旋转，并由飞轮向外输出旋转动力。

18、通过采用上述技术方案，各电动驱动缸按照预设的时序分时交替推动对应活塞向下做功，同一时刻仅部分电动驱动缸处于做功行程，其余电动驱动缸处于回程状态。这种分时交替的驱动方式模拟了原柴油机的发火顺序，使曲轴运转振动小、平衡性优异，动力输出平顺，低速即可输出超大恒定扭矩。

19、优选的，多个电动驱动缸分为若干驱动组，每组包含两个电动驱动缸，各驱动组按照曲轴旋转角度等间隔交替驱动；同一驱动组内的两个电动驱动缸同时向下做功输出推力，其余电动驱动缸处于回程状态。

20、通过采用上述技术方案，将多个电动驱动缸分为若干驱动组，每组两个缸。各驱动组按照曲轴旋转角度等间隔交替驱动，同一驱动组内的两个电动驱动缸同时向下做功，推力叠加，其余缸处于回程避让状态。这种分组同时做功的方式，使任意时刻有两个缸同时输出推力，扭矩叠加后动力输出更强劲平稳，扭矩储备更大。

21、优选的，动力机体总成为直列六缸柴油机机体，气缸孔数量为六个，电动驱动缸数量为六个，六个电动驱动缸分为三组，每组两个；一组两个电动驱动缸能够同时向下做功，三组依次交替，在曲轴旋转360度内完成六个电动驱动缸的一次完整做功循环。

22、通过采用上述技术方案，动力机体总成采用直列六缸柴油机机体，六个气缸孔呈直列排布，六个电动驱动缸分为三组，每组两个缸同时做功。三组依次交替，在曲轴旋转360度内完成六个缸的一次完整做功循环。该循环方式与传统柴油机在曲轴旋转720度内各缸依次单独做功的方式不同，在曲轴每旋转120度区间内就有一组两个缸同时做功，做功频率更高，动力输出更密集，扭矩特性更优异。

23、与现有技术相比，本发明包括但不限于以下主要的有益效果；通过以成熟柴油机机体总成为基础，完整保留原缸体、活塞、连杆、曲轴和飞轮等核心传动结构，拆除原内燃机燃烧及配气零部件，在原气缸盖安装位置安装电动驱动缸，以电动驱动缸的驱动推杆替代气缸内燃烧压力推动活塞做功。该改造方式不破坏柴油机原有核心传动机械结构，无需重新设计、铸造大功率动力箱体，大幅降低大功率动力设备的研发与制造成本，且原机体结构强度高、承载力大、配件通用性强、无需频繁更换配件、维护费用极低。