CN101407301A - 无能耗升降装置 - Google Patents

Abstract

本发明无能耗升降装置是一种以节能减排为主要目的的运输机械类升降装置。它根据能量守恒原理，利用斜坡轨道、滑轮、缆绳、砝码四者与不同的升降平台及其它设施有机地结合起来，将处于高处的人、货物及车辆等与处于低处的人、货物及车辆等进行同时或不同时的势能交换，从而达到无能耗升降的目的。此装置可以广泛用于公路运输、铁路运输、高楼人货升降、商场人流，以及山地人货运输和自来水取水、农业灌溉等。

Description

无能耗升降装置

技术领域

本发明是以节能减排为主要目的升降运输机械

背景技术

本装置利用杠杆原理将升和降的矛盾同时利用起来，完成几乎没有能源消耗的升降功能.而目前世界普遍采用的是升降机、电梯等来完成升降任务，公路运输、铁路运输以及山地运输等的升降几乎还停留在纯粹依靠车辆自身去完成，其上和下、升和降同时都要消耗大量能量.本装置则可将降的势能贮存起来以备升之所用.它是一个很好的节能装置.它的广泛应用可以为全球节能降耗、减少温室气体排放发挥巨大作用.

发明内容

当今世界人口巨增，经济发展迅猛，工业化不断加速.与此同时，旅游业、商业日倾发达，国与国之间、地区与地区之间交往越来越密切，人员往来为数大增.大量的流动人口、货物贸易带来交通运输飞速发展.城市化致使高楼建筑林立.大量的车辆运输和高楼电梯的使用使能源消耗猛增.不可再生能源如煤、石油、天燃气等供给日倾紧张，价格也在不断攀升.石油从短短几年前的三十美元左右一桶陡升至一百多美元一桶，煤价也翻了一倍多.另一方面，大量煤、石油的消耗产生了大量温室气体，为整个地球气候和生态环境带来了空前压力.不堪重负的地球环境随时都有可能给人类报以灾难.在此前提下，人们在开发新能源的同时，如何降低能耗成了各国乃至全人类的战略要务.

我们知道，汽车运输爬坡下坡、火车翻山越岭，高楼人员上楼下楼都要消耗大量能量.尤其是我国山地、丘陵多平原少，运输上的上下坡非常多，能耗更是巨大.火车上山要耗能、下山也要耗能.汽车爬坡要耗能、下坡返回也要耗能.居住高楼的人们乘坐电梯上楼要耗能、下楼也要耗能.人们的这些行为更加加剧了能源的消耗.

如果火车不爬山下山，就只有挖隧道.但是像上西藏这样的铁路是必须上山的.如果我们计划修一条铁路连接中国和印度，就必须穿越喜马拉雅山脉，要打隧道并非易事，且耗资巨大.还有没有什么更好的办法可以避免打那么长的隧道呢？这就是我所发明的升降装置可以完成的任务.此装置不仅可以解决火车上山下山的难题，而且还可以节省绝大部分能耗.它的广泛应用，每年可以为全世界节省成百上千亿美元的能源开支.

凡是懂得物理学能量守恒定律和功能转化原理知识的人都知道，将重物提高需要消耗能量.但重物在被提高的同时，它的势能也随之增大.汽车从山下上到山上是要消耗能量的，而山上的汽车则具备着相应的势能.我们可不可以将这山上的汽车的势能利用起来同时化作汽车上山的能源呢？同理，要下楼的楼上的人们是否可以与需要上楼的楼下的人们交换势能呢？这是完全可以的.当然这种交换必须要同时才能进行.即上楼的人与下楼的人必须同时上下.对此，我们只要用一个简单的定滑轮就可以办到了.即利用一个定滑轮把楼上的人的重力势能将楼下的人不断提升，当楼上的人下到楼下时，相当重量的楼下的人同时也被提升到了楼上.这个前提条件是，楼上下楼的人的质量大于或等于上楼的人的质量.如果下楼的人质量小于上楼的人的质量，则需辅以外在动力才能完成势能交换.如果上、下楼的人们不在同时怎么办呢？一是可以等待到同时.但如果需要等待的时间过长也是不行的.怎么办？那就是另一个办法——借助法码.当有人要上楼时，若没有其他人需要下楼，我们就可以将预先准备在楼上的法码将楼下的人吊上去.反之，下楼的人也可以把楼下的法码吊上楼以备返回楼上时使用.这就是势能的贮备.有了贮备势能的机理，我们就再也不用上楼耗能、下楼也耗能了.汽车也不用上山耗能、下山也耗能了.如此以至，我们可以推而广之，到火车、到一切可以上下的人或物.这就是本无能耗升降装置的原理和作用之所在.而其具体应用到公路运输、铁路运输以及高楼人货升降、商场人流等又有所不同.

附图说明

图1为公路运输垂直升降的示意图。

图2为公路运输从斜坡升降的示意图.

图3为铁路运输升降示意图。

图4为高楼升降示意图。

图5为农业灌溉和自来水取水示意图。

图6(摘要附图)为山地运输升降示意图。

图1中：1、地磅  2、滑轮  3、砝码  4、汽车  5、预备砝码  6、贮水池7、缆绳  8、公路断面  9、低端公路  10、高端公路

图2中：1、地磅  2、滑轮  3、砝码车  4、汽车  5、预备砝码  6、贮水池  7、缆绳  8、山地斜坡  9、低端公路  10、高端公路

图3中：1、低端铁路  2、高端铁路  3、活动铁轨  4、跳板式导轨  5、火车  6、砝码车  7、预备砝码  8、滑轮  9、支架挂钩  10、缆绳  11、斜坡轨道  12、砝码车轨道  13、贮水池

图4中：1、笼子2、定滑轮  3、缆绳  4、预备砝码  5、高楼

图5中：1、水库  2、下游河道  3、贮水池  4、梯田  5、升水箱  6、降水箱  7、定滑轮  8、缆绳  9、下滑轨道  h、升水高度  s、降水距离  a、下滑轨道仰角

图6中：1、滑轮车  2、笼子  3、定滑轮  4、缆绳  5、斜坡轨道  6、贮水池  7、山下公路  8、山上公路  9、山间公路

具体实施方式

一、公路运输

汽车翻山越岭是常见之事，比走平原大坝总是要多耗大量燃油。尤其在我国山地多平原少，盘山公路非常多见。本升降装置应用在公路运输上是直接将汽车通过升降平台垂直升降(如图1)，或通过升降平台从斜坡轨道上滚动升降(如图2)，以达到翻山越岭的目的。

当汽车需要从低端上到高端时，它首先经过地磅称量，然后开进笼子，这时操作人员则根据低端笼子的重量往高端笼子加入相当重量的砝码，待一切就绪，放开刹车，让高端笼子下降，同时将低度端笼子提升。待其到达顶点，先让汽车开出笼子，然后再将降下的笼子里的砝码取出。这样就完成了一次升的操作。

汽车下山时，则要在汽车进行称量后，先往低端笼子加入相当重量的砝码后，再让汽车开进高端笼子然后再进行操作。而两笼子分别到达顶端和底端后首先也是要将处于顶端的砝码推出后才能开出底端的汽车。

如果同时有无数汽车需要上下，则要将进行称量后的处于低端的汽车先开进笼子后，再计算重量差，看是否还需要加入砝码，如果低端较轻，则待加入相当重量的砝码后再让高端汽车开进笼子。然后再进行操作。

这就是对公路运输的汽车进行升降的操作。它不仅可以节约燃油，还可以完全消除盘山公路。对运输线路的堪探选择上可以走更多捷径。能够减少工程造价，减少土地占用。其在节能减排和节约增效方面功效显著。

二、铁路运输

铁路运输与公路运输的不同在于，火车比汽车长，比汽车重。我们不能用升降平台而只能用一条比火车更长的活动轨道来从无数条斜坡轨道上纵向滚动去完成升降任务。活动铁轨与高低两端铁路连接处用带挂钩的跳板式导轨连接。火车从高端驶向低端时将砝码吊上，以备返车使用或反向车使用。火车从低端驶向高端时降落的砝码可备返程或反向车使用。活动铁轨下部及砝码车下部均可设计为可注水容器以备调节火车与砝码的重量，使其尽量平衡。水来自高山流水，可在高低两端分别建一贮水池。(如图3)

图中的两条砝码车轨道与火车斜坡轨道不是在同一平面而是凹下去的，这样火车与砝码车在升降过程中才不会相互冲撞。而具体应用时砝码车的滑向与坡度、高度均可以根据具体地形选定。但要保证滑向距离与火车活动铁轨的滑向距离相等，提升力与火车缆绳张力相等。

我们设火车及活动铁轨重量G1，斜坡轨道仰角a，砝码车重量G2，滑向轨道仰角B，则有：

G1*sin a＝G2*sin B

其具体操作与汽车升降的操作类似。所不同的是，活动铁轨只能承载火车，而砝码车只能承载砝码，我们设计活动铁轨与砝码车对缆绳的张力相等，如果火车要下山时活动铁轨处于低端，则只要我们将活动铁轨放下，同时将砝码车吊上就可以进行操作了。

三、高楼升降

住在高层楼房的人们总是离不开电梯的，他们几乎每天都上下楼一两次甚至多次，他们消耗着大量的电能。而楼房的高度少则七、八层，多则十几层甚至几十层。还有很多高层商场、医院等，其人流量非常大，他们也普遍使用电梯上下楼。可见用本升降装置取代电梯完成升降任务其节能潜力十分可观。

在具体应用上，对于商场、医院等人流量较大的场合可以采用固定楼层固定高度，把同时上下楼的人员同时升降，再辅以砝码调节。而对于高层住宅由于其人员上下楼时间不统一，所到楼层又多有不同，我们只能使用一台升降机而不能使用多台升降机。这种情况下，要求我们在每层放置足够的砝码。砝码的增减与人员的上下必须同时进行。对砝码的增减最好是辅以微电脑操作。在升降台的笼子外围设置标准砝码摆放区，用电脑操纵推杆对砝码进行增减。

在此我们假设一栋八层的楼房(如图4所示)，从一楼至八楼都预备了足够的砝码以备本层人员上下楼时使用。由于全楼的人都要从楼底上到所在楼层，我们必须在八楼即顶楼预置全楼总人数的砝码。上八楼的人将砝码降至一楼，上七楼的人要将砝码从顶楼降到二楼，依此类推，上六楼则砝码从顶楼降到三楼，上五楼砝码降到四楼，上四楼砝码降到五楼，上三楼砝码降到六楼，上二楼砝码降到七楼。反之，八楼的人下一楼，将一楼相应的砝码升至八楼，七楼的人下一楼则将二楼砝码升至顶楼。依此类推六楼下一楼升三楼砝码，五楼下一楼升四楼砝码，四楼下一楼升五楼砝码，三楼人下一楼升六楼砝码，二楼人下一楼升七楼砝码。如此所有砝码都升回顶楼。如果有人从三楼升四楼，则反之将六楼砝码降至五楼。当他又从四楼返回三楼时，则再将相应的砝码从五楼升至六楼。这样就保证了每层居民都能及时如愿愿获得升降用的砝码。如果某楼砝码用完(例如八楼砝码用完)时，有人要上该(八)楼怎么办？可以首先看二楼和七楼的砝码情况，如果二楼和七楼都有相当多的砝码，则先将二楼的砝码降至一楼，同时七楼的砝码升至八楼。然后再从八楼放下砝码把一楼上八楼的人升上。待更多八楼的人下到一楼时，再将砝码归至七楼和二楼。这样就完成了砝码的调节操作。

重量方面，对需上下楼的人先进行地磅称量，再调节砝码，使上下笼子保持重力平衡。我们可以在每层设一小贮水池，随时可向笼子注入一定重量的水以对上下笼子进行微调。将水作为砝码调节不仅可以使操作更加简单，而且能使重力平衡更加精确。它是将液体作为砝码以拉动任何形态的固体或其他物质。举个例子来说：七楼一人地磅称量为65公斤，他按了下到一楼，这时电脑操作就将正在二楼的50公斤的标准砝码推上上升的笼子，另外再注入15公斤水，同时一并升到八楼。这样就将七楼该65公斤的人送到了一楼，完成了这一次操作。

高楼升降除了人，有时还有货物。货物的升降在重量上总是不能平衡的。如果升的货物多降的货物少，势必减少楼上砝码的贮备数量。这时为了尽量节能，我们可以充分利用生活污水排放的势能。也就是说，我们在每层的贮水池贮备的尽可能是生活污水。

安全方面，可以在两支点处各加装一条带小重物的缆绳，它能随同笼子一道升降。一旦工作缆绳出现紧急情况，用加大摩擦力或其它手段同时扼住两条安全缆绳，阻止笼子下滑，然后减去笼子负荷，更换工作缆绳，放开刹车，继续操作。

四、山地运输

山地人货运输目前在国内国外除了使用缆绳外，几乎还是空白。在旅游地区人们坐着缆车爬山，但这是要消耗电能的。再说，其成本也很高，不是一般人都能享有的。山上的煤窑主也常将挖出的煤用缆绳放到山下，但很难将更多的人或货物从山下升到山上。可见，单纯使用缆绳是难以解决山地运输难题的。

我们的升降装置则可以同时解决上和下的运输问题，且能为广大民众普遍使用。它将轨道和缆绳结合起来，同时充分利用山地的水资源，完成山地民众上山下山的难题。是一个一劳永逸的节能运输装置。(如图6所示)图中的滑轮车下部是可以注入水的容器。山上、山下和山间均建有一贮水池，我们可以根据需要随时将贮水池的水注入滑轮车，或将滑轮车中的水放回贮水池。

山间公路应在山下公路和山上公路的二分之一处。另外，在四分之一和四分之三处也可分设站点。我们在每个站点均安装电动控制装置，就像控制电梯一样，一旦有人或货物上山下山，只要按下按钮，升降笼子就会升降到该站点执行任务。

在运输过程中，由于缆绳自身的重量在较远的运输距离和不是很大的运载负荷前提下不能忽略不计，它的升降变化会明显地改变上下笼子的重力平衡，对此我们可以采用对下降的笼子进行不断放水的办法以抵消由于下降时缆绳增长而增加的重量。这样可以使上下笼子始终保持重力平衡。具体可以安装一个类似罗茨泵的排水装置，滑轮车每转一圈，罗茨泵则向外泵出一定量的水以使由于缆绳重量偏移引起滑轮车重量消长后始终能够保持平衡。

在速度控制方面，我们在上下笼子的轮子上均安装一个刹车，当车速过快时就能通过刹车以减缓车速。同时也起到平衡重力的作用。

五、农业灌溉、自来水取水

俗话说，人往高处走，水往低处流。所以，我们需要灌溉和取水时总是要在处于较低的溏、河及水库等处利用柴油机或电动机进行抽取。这不仅消耗大量能源，而且极为不便。我们可不可以直接利用水自身的势能对水进行抽取呢？根据本装置的原理我们是完全能够办到的。因为即使处于较低处的溏、河或水库的水也往往还具有流向更低处的势能的。

本升降装置应用在农业灌溉和自来水取水方面有着非常广阔的前景。它就是直接利用水能的重力势能将具有一定落差的水把另一部分水提高到一定高度，以供农业灌溉或自来水取水之用。它比起古人发明的水车来，其优点是升水高度不受地势、落差和水车转轮半径限制。只要有哪怕一米的落差，也能将水提升数米的高度。且其对水能的利用率能达到90％以上。

如图5所示。这是一个自动无人取水系统。图中的升水箱的箱体质量m_升比降水箱质量m_降乘以sin a(a为下滑轨道仰角)的积稍大。当升降水箱的水均放完后，升水箱可以自动将降水箱拉回顶端。而升水高度h总是等于降水箱的降水距离s。当升降水箱同时装满水时，升水箱的质量M_升乘以h的积总是比降水箱的质量M_降乘以s再乘以sin a的积小。当升水箱装满水后其重量将不再增加，而降水箱容积较大，待降水箱内的水装到一定量时，其拉动力必将超过升水箱重力，此时升水箱上升，降水箱下降。当升水箱到达贮水池上方时我们安装的一个机械顶针自动将箱体一侧下边的球阀打开，使箱内的水及时注入贮水池。与此同时，降水箱降到最低点，预先安装的机械顶针同样自动将箱体下端的球阀打开，将箱内的水放入下游河道。待箱内水放到一定程度，其箱体对缆绳的拉力将小于升水箱的重力，在升水箱重力的拉动下，降水箱上升，升水箱下降，又开始了第二次运作。

要补充说明一点，有时受具体情形限制，升水箱也不一定是垂直升降，也可以设计为从斜坡轨道升降。但我们必须保证的一点是，升水箱上升时，其对缆绳的张力小于降水箱对缆绳的张力。而水箱内的水放完后，升水箱对缆绳的张力则略大于降水箱对缆绳的张力。只有这样才能使本装置能够自动运行。

六、其它应用

除了上述五种较为广泛的应用外，本升降装置还可以有其它一些应用。如修建山顶机场、大型多层汽车站及停车场等。还可用于横跨河流的运输以及码头货物装卸甚至江河船泊航运等等。

山顶机场可以提高飞机起飞高度，减少对城市的噪声污染，还可避免大雾天气造成的起降困难。双层及多层汽车站或停车场可以在不增加能耗的前提下增加车站的客货车转运量，增加停车场的停车数量，同时节省城市建筑占地面积。

可以看出，本升降装置具有非常广泛的应用前景，是一个非常值得推广的很有价值的项目。

Claims (9)

1、本发明涉及一种升降装置，尤其涉及一种几乎不消耗能源就能对人、货物及车辆进行升降的升降装置，其特点是将斜坡轨道、滑轮、缆绳和砝码四者与不同的升降平台及其它设施有机地结合起来，(当垂直升降时，把升降平台用缆绳连接起来绕过定滑轮并通过砝码的增减来完成升降任务，当从斜坡升降时，则用滑轮车承载的升降平台在斜坡轨道上用缆绳绕定滑轮连接起来、再通过砝码增减来完成升降任务)用降来完成升，用升来贮备降，从而完成几乎没有能源消耗的升降功能。

2、根据权利要求1所述的升降装置，其特点是采用斜坡轨道作为升降设施，以使升降运动能够平稳进行。

3、根据权利要求1所述的升降装置，其特点是以砝码作为势能贮备和重力平衡的工具，以保证升降运动不受时间限制。

4、根据权利要求1所述的升降装置，其特点是以水作为重力调节的砝码或重力调节的辅助砝码，以达到经济和精准的目的。

5、根据权利要求1所述的升降装置，其应用在火车升降上采用活动铁轨作为火车升降平台，以解决因火车较长而难以对其实施升降的难题。

6、利用权利要求1所述的升降装置对水进行升降以用于农业灌溉和自来水取水的方法。

7、利用权利要求1所述的升降装置，将其应用于山顶机场建设的设想。

8、利用权利要求1所述的升降装置，将其应用于双层或多层大型车站和停车场建设的设想。

9、利用权利要求1所述的升降装置，将其应用于其它建设的设想。

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