1.本发明涉及水路运输设备领域，特别是涉及一种水力驱动逆水行进装置，以及一种水力驱动逆水运载系统。


背景技术：

2.船舶不仅是水上交通运输的重要组成部分，而且因船舶单次运载量远超陆运和空运，水上运输在运输量中占有绝对的比重，具有其他任何运输方式所不可替代的重要位置。
3.目前的商用船舶，如货轮或邮轮等，其动力绝大部分是采用煤炭石油，特别是柴油为主，基本都是不可再生能源，船上采用太阳能、风能只是用于少量的生活用电，而远不足以作为船只航行的动力来源。
4.采用传统化石燃料，虽然具有稳定的动力保障，但是随着目前节能减排、绿色环保的需求，其巨大的碳排放量已成为了目前环保和航运领域的重点问题，因此实现水上运输的节能减排对环保与航运具有重大意义，本发明旨在提供一种全新的水上驱动形式，避免或减少化石燃料的使用。


技术实现要素：

5.为使江河运输更加环保，减少能源消耗，本发明提供一种采用水流为动力，能够以此动力逆流而上的水力驱动逆水行进装置。
6.为解决以上问题，本发明采用的技术方案为，一种水力驱动逆水行进装置，包括装置主体和轨道，装置主体中设有驱动叶轮，驱动叶轮包括轮架，轮架中安装有一定数量的叶板机构，叶板机构沿轮架的周向设置，叶板机构包括叶板轴、铰接于叶板轴上的叶板和阻挡体，阻挡体到轮架轴心的距离小于叶板轴到轮架轴心的距离，当叶板转动到设定位置时，阻挡体能够阻挡叶板转动；驱动叶轮的转轴上设置有行进轮，行进轮与轨道配合，驱动叶轮转动时，行进轮能够沿轨道运动。驱动叶轮在水中转动时，位于前侧和下侧的叶板受到阻挡体的阻挡而保持迎水状态，位于后侧和上侧的叶板不受阻挡，受重力或水流作用为顺水状态，由于迎水状态的叶板受到阻力更大，水流向驱动叶轮输入动力，驱动叶轮带动行进轮转动，装置整体即可沿轨道逆水运动；本装置无需自身提供动力，仅通过水流冲击即可实现逆流而上，应用于运输设备能够大幅减少能源消耗，更加绿色环保。
7.优选的，叶板机构包括一个叶板，叶板的正投影为矩形，叶板上沿一条长边设有转轴孔，叶板轴穿接在转轴孔中，阻挡体为阻挡轴，阻挡轴与叶板轴之间的距离小于叶板的转动半径。
8.优选的，叶板机构包括至少两个叶板和与叶板数量相等的叶板轴，各叶板轴位于同一平面内且相互平行设置，叶板的正投影为矩形，叶板上沿一条长边设有转轴孔，叶板轴穿接在转轴孔中，各叶板轴上分别安装有一个叶板，对应每个叶板的阻挡体为向轮架的转轴方向相邻的一个叶板轴。
9.优选的，驱动叶轮与行进轮之间设有控制装置，控制装置包括离合器和/或刹车机
构和/或变速器。能够实现装置整体的驻停、减速和变速，灵活控制行进状态。
10.优选的，当叶板受到阻挡体的阻挡时，叶板沿轮架的径向。使叶片在迎水状态时保持最大的迎水面，驱动效果好。
11.优选的，装置主体还设有水平调索辊和竖直调索辊，水平调索辊为侧面以一定弧度内凹的圆柱体，水平调索辊在下方承托轨道；竖直调索辊设置在轨道的两侧，竖直调索辊的侧面与轨道相接触或存在一定距离。保持装置主体与轨道的相对位置，保证行进方向精确稳定。
12.优选的，行进轮上还设有导索轮，导索轮的转轴两端分别设有连接板，两连接板还分别与行进轮的转轴两端连接，连接板的一端与导索轮的转轴转动连接，连接板的另一端与行进轮的转轴转动连接，轨道位于两连接板之间，且位于行进轮与导索轮将轨道之间。确保行进轮与轨道二者稳定配合不会脱离，保证装置运行稳定。
13.优选的，驱动叶轮设有偶数个，驱动叶轮分列装置主体的两侧且位置一一对应，两侧对应位置的驱动叶轮之间设置有行进轮；或，行进轮设有偶数个，行进轮分两列设置且位置一一对应，两侧对应位置的行进轮之间设有驱动叶轮。
14.进一步的，本发明还提供一种水力驱动逆水运载系统，本系统采用上述的水力驱动逆水行进装置，还包括至少两个轨道支架，轨道支架共同用于架设轨道，轨道位于水面以下，装置主体与运载装置连接。运载系统采用水力驱动逆水行进装置进行驱动或辅助驱动，能够大大节约能耗，更加绿色环保，具有极大的应用前景。
15.优选的，运载装置为船体，装置主体设置在船体内部或底部，驱动叶轮位于船体的两侧。船体结构能够提供大承载力，适用于江河运输。
16.优选的，运载装置为缆车，各横向挑杆上架设有缆车索道，缆车设置在缆车索道上，且能够沿缆车索道运动，缆车与装置主体通过牵引机构连接。缆车结构适用于旅游观光等游乐设施。
17.通过以上技术方案可以看出，本发明提供了一种全新的水力驱动结构，本身不提供动力的情况下能够利用自然水流作为驱动逆流前进，结构巧妙，充分利用水流冲击力，同时具备驻停、调速的功能，本装置绿色环保无需能耗，具有广泛的应用前景；同时应用本装置的运输系统能够大幅减少能耗，应用领域多种多样。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例一的结构示意图。
20.图2为本发明实施例一中驱动叶轮的结构示意图。
21.图3为本发明实施例一中驱动叶轮的剖视示意图一。
22.图4为本发明实施例一中驱动叶轮的剖视示意图二。
23.图5为本发明实施例二中驱动叶轮的剖视示意图。
24.图6为本发明实施例中导索轮的侧视示意图。
25.图7为本发明实施例中导索轮的主视示意图。
26.图8为本发明实施例三的结构示意图。
27.图9为本发明实施例四的结构示意图一。
28.图10为本发明实施例四的结构示意图二。
29.图11为本发明所提供水力驱动逆水运载系统的结构示意图一。
30.图12为本发明所提供水力驱动逆水运载系统的结构示意图二。
31.图13为本发明所提供水力驱动逆水运载系统中轨道支架的结构示意图一。
32.图14为本发明所提供水力驱动逆水运载系统中轨道支架的结构示意图二。
33.图中：1.装置主体，2.轨道，3.轮架，4、行进轮，5.叶板轴，6.叶板，7.阻挡轴，8.水平调索辊，9.竖直调索辊，10.导索轮，11.连接板，12.主杆，13.横向挑杆，14.竖直探杆，15.船体，16.缆车，17.缆车索道，18.水底横杆，19，水底竖杆，20.控制装置，21.水面，22.河岸，a为水流方向，b为装置前进方向，c为驱动叶轮的转动方向。
具体实施方式
34.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
35.实施例一
36.一种水力驱动逆水行进装置，包括装置主体1和轨道2，装置主体1中设有驱动叶轮和行进轮4，驱动叶轮包括轮架3，轮架3中安装有一定数量的叶板机构，叶板机构包括叶板轴5、叶板6和阻挡轴7，阻挡轴7设置在叶板轴5靠近轮架3轴线的方向，阻挡轴7和叶板轴5位于轮架3的一条半径线上，叶板轴5上铰接安装有叶板6，叶板6的横截面为圆弧形，且其正投影为矩形，在叶板6的一条长边处设有沿该边的转轴孔，转轴孔与叶板轴5配合铰接，叶板6能够绕叶板轴5转动，阻挡轴7与叶板轴5之间的距离小于叶板6两条长边之间的距离，即使得叶板6转动到沿轮架3的径向时，叶板6碰到阻挡轴7而无法继续转动，各叶板机构的叶板轴5绕轮架3的轴线周向均匀设置；
37.驱动叶轮设置有两个，两驱动叶轮的轴线为共线设置，行进轮4位于两个驱动叶轮之间，两个驱动叶轮能够带动行进轮4转动，驱动叶轮与行进轮4之间还设有控制装置20，控制装置20中设有离合器、刹车机构和变速器，用于控制装置整体的驻停与变速，行进轮4与轨道2配合，行进轮4能够沿轨道2行进，在本实施例中，行进轮4为链轮，轨道2优选为球链式轨道，该球链式轨道为用链条串连的多个球体或椭球体或其他回转体结构，链轮的轮齿卡入相邻回转体之间的间隔内，实现啮合，采用球链式轨道，即使轨道在水中转动也能保证链轮与轨道啮合；同时，轨道2与行进轮4还可以采用齿条齿轮配合、链条链轮配合等形式。
38.装置主体1中还设有两组调索辊组，在轨道方向上，两组调索辊组分别位于行进轮4的前后两侧，调索辊组包括水平调索辊8和竖直调索辊9，水平调索辊8的轴线在水平面内与轨道2垂直，水平调索辊8为类圆柱体，其侧面以一定曲率向轴线方向弯曲内凹，前后两个水平调索辊8在下方承托轨道2，由于侧面弧度，轨道2能够保持在水平调索辊8的中间位置，当发生偏离时，也能够通过滚动摩擦和重力作用回到中心位置；在每个调索辊9中，竖直调索辊9设有两个，分别位于轨道2的两侧，竖直调索辊9从两侧将轨道2夹住固定位置或调整
两个竖直调索辊9的间距，使轨道2能在该间距内小幅度移动，竖直调索辊9的位置与水平调索辊8的位置相适配。设置前后调索辊组，使轨道不脱离装置本体，另一方面保证装置的前进方向；
39.行进轮4上还设有导索轮10，如图6、7所示，导索轮10的转轴两端分别设有连接板11，两连接板11还分别与行进轮4的转轴两端连接，行进轮4和导索轮10分别安装在连接板11的两端，轨道2位于两连接板11之间，且位于行进轮4与导索轮10将轨道2之间，导索轮10的圆周侧面设有周向凹槽，轨道2位于该凹槽内，导索轮10使轨道2与行进轮4始终保持啮合距离。
40.实施例二
41.本实施例中的装置主体与实施例一基本相同，区别在于，本实施例中叶板机构包括多个叶板6和与叶板数量相等的叶板轴5，各叶板轴5位于同一平面内且相互平行，该平面为轮架3的径向截面，各叶板轴5上分别安装有一个叶板6，对应每个叶板6的阻挡体为向轮架3的中心方向相邻的一个叶板轴5，在靠近轮架3中心最内侧设有阻挡轴7，最内侧的叶板6受到该阻挡轴7的转动限位作用。
42.实施例三
43.如图8所示，本实施例中，驱动叶轮设有一个，设置在装置主体1的中部，其结构可以采用实施例一或实施例二中的叶轮结构，行进轮4设有两个，分别设置在驱动叶轮的两侧，相应的，轨道设置两条，调索辊组也分别针对两条轨道设置。
44.实施例四
45.在实施例一至三的基础上，可设置多组驱动叶轮与行进轮的组合，即如图9所示，驱动叶轮设置有偶数个，分别位于装置主体1的两侧且一一对应，相对应的两个驱动叶轮之间设置有行进轮4，多个行进轮4共同带动装置主体1沿轨道运行；或者如图10所示，驱动叶轮设有多个，每个驱动叶轮的两侧分别设有行进轮4，两侧的行进轮4分别与各自轨道配合。
46.本发明的工作原理为，以实施例一为例，本装置在水面或水下均可使用，在水面使用时，轨道2固定设置在水面以下靠近水面的位置，驱动叶轮的状态如图3所示，图中的虚线21代表水面，a为水流方向，c为驱动叶轮的转动方向，b为当驱动叶轮转动时装置的行进方向，如图所示，位于水面以下的叶板6受到水流的冲击与阻挡轴7抵靠形成迎水状态，受到很大的水流推力，从而驱动驱动叶轮向b方向转动，位于b方向后侧的叶轮失去阻挡轴的限位作用，顺着水流向后翻转为顺水状态，受到水流推力极小，不会对运动造成阻碍，同时，随着转动，位于上方的叶板受重力影响又落回到阻挡轴上，进入水中后仍然保持为迎水状态，如此多个叶轮机构循环迎水，始终使驱动叶轮转动，驱动叶轮带动行进轮4转动，行进轮4与轨道2啮合，装置整体即可在b方向沿轨道2行进，由以上原理可知，b与a为反方向，即实现了通过水力驱动的逆水行进。
47.图4为装置在水面以下时驱动叶轮的状态示意图，在水面下时，驱动原理与图3相似，位于下侧和前侧的叶板6收到阻挡轴7的限位而保持迎水状态，位于上侧和后侧的叶板不受转动限位，随水流摆动到受阻力最小的顺水状态，此时驱动叶轮以c方向转动，装置向b方向逆水行进。
48.实施例二中的驱动叶轮在水面时的动作状态如5所示，其原理与图3相同；同时，实施例二也能够在水面以下使用，其原理与图4相同。
49.另一方面，根据以上结构和原理，本发明还提供一种水力驱动逆水运载系统，采用上述的水力驱动逆水行进装置，还包括至少两个架设于河岸22之上的轨道支架，轨道支架包括竖直架设的主杆12，主杆12的顶端与横向挑杆13的一端连接，横向挑杆13的另一端或中部设有竖直探杆14，各竖直探杆14的下端共同架设有轨道2，轨道2设置在水面21以下，装置主体1与运载装置连接。
50.实施例五
51.如图10所示，运载装置为船体15，装置主体1设置在船体15内部或底部，驱动叶轮3位于船体15的两侧。
52.实施例六
53.如图11所示，运载装置为缆车16，各横向挑杆13上架设有缆车索道17，缆车16设置在缆车索道17上，且能够沿缆车索道17运动，缆车16与装置主体1通过牵引缆绳或其他牵引机构连接。
54.在实施例四和实施例五中，为了使轨道2在前进方向上无阻挡，轨道支架采用图13或图14所示结构，在竖直探杆14的底端架设有水底横杆18，水底横杆18的一端设有水底竖杆19，水底横杆18和水底竖杆19位于水面21以下，轨道2设置在水底竖杆19的顶端；
55.采用缆车式运载装置时，缆车索道设置在横向挑杆的中部或远离主杆12的一端，具体的，当竖直探杆位于横向挑杆端部时，缆车索道设置在横向挑杆的中部，当竖直探杆设置在横向挑杆的中部时，缆车索道设置在横向挑杆的端部。
56.同时，轨道支架的各杆体为可伸缩杆，主杆12能够轴向转动，将轨道支架整体转至岸上并将轨道收起避免对其他船只的影响，主杆底部12底部设有三角支架提高稳定性。
57.通过以上实施方式可以看出，本发明的有益效果为：本装置能够在本身不提供动力的情况下能够利用自然水流作为驱动逆流前进，结构巧妙，充分利用水流冲击力，同时具备驻停、调速的功能，本装置绿色环保无需能耗，具有广泛的应用前景；同时应用本装置的运输系统采用前述装置进行驱动，能够大幅减少化石燃料的用量，减少能耗，且应用领域多种多样；另外，本发明的原理新颖独特且具有趣味性，同时适用于游乐设施，启发孩子们对于科技的兴趣。
58.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。