CN101825074A - 一种利用物体运动过程中的重力提供能源的方法和技术 - Google Patents

Abstract

一种利用运动中物体的重力能源用于发电的方法和技术。物体在运动过程中的重力仍然存在，稍有高低落差它就会做出功了来，特别在下坡时，是我们利用和回收这些能源的最佳时机，同时还科学地设计了一些高低差，让运动过程的物体重力为我们提供大量可再生绿色能源，这种能源的利用技术研究任重而道远。当前我们运用方法是利用活动地板、活动轻型钢模块路面等手段，科学地设置在人流、汽车流、火车流等这些频繁运动的物体通过的的地方，获取他们重力能量，并通过液压传递或机械传递的方法传送到能源利用中心，用以发电。这是当前大力提倡节能减排的世界上最有开发价值的绿色能源利用方法和技术，它比太阳能、风力能等这些绿色能源更加发展优势，完全不受气候限制，全天候发电。

Description

一种利用物体运动过程中的重力提供能源的方法和技术

技术领域：一种利用物体运动过程中的重力提供能源的方法和技术。

技术背景：当前利用绿色能源的需求越来越迫切，太阳能、风力能等绿色能源的利用得到全世界科学家的普遍重视，但都因这些能源受到自然环境变化的约束，而且造价高、投入大，发展都不是很快。然而汽车、火车日夜都在奔跑，运输量大，运动量也大，它们运动过程中的重力能源大家都忽视了，特别是这些车辆处在下坡时的重力能源是完全值得我们去开发和利用的。最近日本人发明了广场“发电地板”技术，他们研究的方向是人走在广场上踏踩地板震动发电的原理，倾全国科技之力自06年至今已三年多了还在试验中，据报道前些时候还在某广场试验是否能提高发电量，试验结果不得而知。他们所采用的是震动磁场的方法使它发电，应该说它的动力能源来自于人们在走动时人体重力所产生的作用，震动之所以能发生，那是人体走动时的重力和运动加速度冲击的共同结果，而震动只是一种现象。他们研究震动“发电地板”，不是研究能源如何获取，而是研究重力能源如何合理运用当中的一种方法，它把运动重力能量利用来震动磁场而发电，并直接供给灯泡用于发光照明。减少中间传送环节，从而达到减少损耗目的，提高使用效率，这是日本人在这方面一种比较合理的运用手段。但是他们并没有总结出、这是人体走动时所产生的能量加以利用的这个科学道理，而全身投入振动磁场发电的研究。本人提出的运动过程中的物体重力如何合理利用这个科学理论的研究任重而道远，如纳米技术、强磁场技术等，现在本人在这里仅提供一种目前比较成熟而科学的利用物体运动过程中的重力能源发电的方法和技术。

发明内容：人们平时看到的运动物体多种多样，它们的重力能源可以高效利用的大概有好几种，如人流，汽车、火车等流量大，码头、矿山等运输量大，频率也高，物体重量大的自然是优先选择的对象。能量转化成功率的公式是：1kgf.m/s＝9.80665w，所以物体重量和运动频率是获取高功率的关键所在。

1，现在稍微繁华的城市或市郊的公路上行驶的汽车可以说是车水马龙，每分钟可通行二、三十辆车，多的甚至每秒一辆，把这些跑动车辆的重力能量利用起来可提供非常可观的能源，特别是在车辆下坡的地方，是获取能源最佳的地方。在下坡的公路上设立一条活动轻型钢模块(图1、图2)路面带，这种活动轻型钢模块分内外框，型钢外框固定，轻型钢内框可以上下滑动，外框1.2米长、1米宽，安装与公路地面持平，轻型活动框下面安装一个液压传动活塞，通过活塞支撑杆与轻型活动框弧形连接，轻型活动框弧形最高处安装比公路路面高出10公分，各车道左右两旁都安装一条这种活动轻型钢模块路面带，并把各车道之间用栏杆隔离开来，大小车道的液压活塞直颈和最大负载量各不同，车辆按车道行驶，它们经过时就压缩活塞行程10公分，过去后自动恢复，根据汽车通行频率，一般一辆小车经过时，每个活塞传递过来的能量最少为30～100kg.m，大车经过后传递过来的最少能量为100～500kg.m，下坡时车辆正常行使速度下压缩活塞杆时间为0.1～0.03秒，它的能量是300～1000Kg.m和1000～5000kg.m，下坡的车辆速度冲击力和车辆重力的合力是非常大的，除冲击力用以抵消液压传递等机械损失的能量不算外，单单计算自身的能量用于发电，每个活塞提供的功率是30～500瓦，合理地安排这种活动轻型钢模块的间距和数量，办个电厂可储蓄发电量是个非常可观数字。

2，在铁路上奔跑的火车，车身和载重量都较大，在铁路上把它的能量利用起来是非常必要的。火车车辆的车轮构造内侧有突出部分叫车缘，车缘突出与行走部分相差5、6公分，原来是用来限制列车沿着轨道上稳定运行的结构，它的质量与车轮的设计质量是一样的，能承受16～30吨的压力，虽然这部分的截面较小，把它用来为我们提供重力能源的工具是完全可以的，在轨道底下安装液压传动系统：一种方法是把活塞杆(图3、图4)放在轨道内侧与车轮凸出部分的轮缘相对应的方位，活塞杆上方接触部分弧形的最高点与轨道面低1公分；另一种方法是把这种装置安装在轨道外侧与车轮行走部分靠外缘处相对应的位置，安装高度比轨道高出4公分；火车行驶过来时，活塞杆就受到列车车轮上方自身重量的压缩，每压缩一次活塞，它的压缩的行程约是4～6公分，车轮上方的重量在8吨以上，提供的能量最少是320～480kg.m，每节车厢下一旁各有两个车轮，设置的距离约20米左右，火车正常行驶速度15～30m/s，每次压缩活塞杆仅用0.1～0.03秒，它所提供的能量为3200～9600kg.m，，把速度的冲击力能源用以抵消液压传递等机械损失的能量、还有一定余量，单单计算列车重力自身传递过来的能量用于发电，所提供的功率就是330～990瓦，一个压缩杆在一列约十几节长火车行驶过去后，最起码可以提供半分6.6～19.8千瓦的能源，根据火车安排通行的密度，也根据所需的发电规模，合理地安装这种液压活塞杆的间距和数量，建立一个上规模的发电站完全是可行。为了减少活塞杆与轮缘的摩擦强度和所产生的噪音，把活塞支撑杆上方的型钢与轮缘、车轮的接触面做成弧型，与车缘接触的弧度与标准车辆车缘园弧度相同，与车轮接触的弧度与标准车辆车轮园弧度相同，这样在与车缘车轮刚接触时活塞并没有形成压缩，接触后逐渐加大，到弧型顶点才形成完全压缩，弧形部分应安装有混合材料做成的撞击蹄块，这样可降低列车行驶过程所产生的噪音。在安装较多这种液压传动系统时，列车所受到的阻力有所增加，这样的液压传动系统最好设立在列车下坡的地方。在双轨道单向行驶的车道上所安装的液压装置可向来车方向倾斜，充分综合利用列车的速度冲击力和重力能源。特别强调的是液压控制中心输往各个活塞恢复活塞杆原状的阀门一定要自动灵活，一旦活塞杆失灵或其他特殊情况能够及时关闭阀门，活塞杆就不会升起。

3，中国人口众多、移动量大是移动重力提供能量的有利条件，特别在车站、广场、码头、机场、大型商场出口处，人流如潮。在钢架上铺设40公分四方形的地板块(图5)，用薄橡胶板连接起来，底下采用小液压传递杆支撑起来，能上下移动2、3公分左右，人流通过时，逐块踏压地板，过去后自动恢复，每人行走40米，累计踏压地板100次左右、就能提供10～20kg.m能量，如果速度冲击力与传递机械损失的能量相抵消，用于发电就可提供一、两瓦的电量。日本的“地板发电”初试时一个人要踩踏90平方的发电地板，才能提供1瓦的电量，我们的这种方法所提供的功能是他们的好几倍。他们研究的虽然是利用振动磁场发电，但震动力的起源仍来自于人体走动重力所产生的能量。这次中试想提高发电量，无非采用两种办法，一是提高震动幅度和频率，二是加强磁场磁性和增加线圈数量，想提高一百倍的功率难度确有点大。而我们再提高利用率就比较简单容易，这些场地的出口处大都可以设置在下坡的地方，把活动地板做成长50公分、宽30公分梯形踏板，同时把它们的活动高度提高到4～6公分，具体视坡度大小来做决定，这样不就又增加了好几倍功率。本人试过踏板发电和摇摆躺椅发电，人体重力作用的力距约在6～12公分左右，提供的功率一般在10～20瓦以上，虽然人体重量变化不大，但这种运动的频率要高得多，那是人流走动时达不到的频率。

4，上面所介绍都是利用我们巧妙设计的运动落差为我们提高能源，也可以利用汽车、火车行驶过程中的跳跃落差为我们提高能源，把汽车、火车的减振器都用上液压减震器。把双向作用筒式减震器(图6)工作缸筒直径加大，缸筒壁根据型号适当加厚，压缩行程的压缩阀门被推开时，液压通过液压管送给液压自动控制系统，自动控制系统把这些收集起来的高液压用于推动液压马达发电，经利用后的油液在拉伸时通过补偿阀补充给储油缸。如此反复，积少剩多，震动越厉害，发电量也就越大，补充电瓶减少车辆动力消耗。特别是在载重货运汽车和货运火车安装这种减震器，所提供的能量不可忽视。

总之不管什么的物体都有它自身的重量，在平面运动时必须用一定的能量才能把它推动，在高位往下运动时它可以依靠自身的重力往下运动，处得越高、自身的重量越重，往下运动的能量就越大，这是大家都知道的原理。但在运动后它们重力的能量仍然存在，我们要研究的就是怎样把这些下落的物体重力能源充分利用起来。在平面运动时我们想利用它们的能源，必然造成拉动物体运动能源损耗，如日本人“地板发电”一样，安装在广场上多多少少都会消耗人们的体力，你要震动、地板就要有弹性，你要越大的发电量，它的弹性就要越强，消耗的体力就越大。然而处在下坡时就完全不一样了，他们已经在往下运动了，你应用了弹性地板反而减轻了他们的体力消耗，又得到了能量，是比较科学合理的。我们上面所提到的活动地板也是一样的道理，下坡时活动地板的活动高度越高，人们消耗的体能就越小，然而为我们提供的能源就越大。现在的关键是如何合理利用的问题，日本人“地板发电”是人们走动时，重力造成地板震动直接应用在磁场中产生电能，并直接用于发光照明，没有中间环节，重力和速度的冲击力的所有的能量都得到充分利用，但是他们所能利用的重力和冲击力等作用力的力距太小，而且受到震幅等因素的限制。我们的活动地板就不受此种限制，而且作用力的力距越大越好，但也要考虑人们行走的方便，不是无限大，在平地的地板活动范围2～3公分，下坡时可加大到5～6公分，这样一人走过活动地板20米长、仅3平方的路，就可以为我们带来七八千瓦电能，是完全可取的，所以我们对在下坡处建立活动地板获取能量作为研究对象。但应该把在公路上、铁路上设立利用重力能源收集中心作为重点研究对象，它们所储藏的能量大，并且不受自然环节影响，只要有科学的手段，这种绿色能源的大量投入使用就大有希望。

附图说明

图1为活动轻型钢模块平面图。

图2为活动轻型钢模块剖视图。

图3为火车轨道下安装的液压装置正面剖视图。

图4为火车轨道下安装的液压装置侧面剖视图。

图5活动地板侧面剖视图。

图6液压减振器侧面剖视图。

具体实施步骤；目前比较成熟的物体运动过程中的重力利用方法是在公路、铁路和人流等物体运动比较集中的地方，设立物体运动过程时的重力的能量收集液压传递系统，也可以在码头、矿山货物运输量比较大的地方，设立这些运动物体的重力能源利用系统。下面本人就着重介绍目前比较实用的利用方法液压传动系统具体实施步骤：

1，在公路斜坡处安装活动轻型钢模块(图1、图2)路面带，活动轻型钢模块分内外框，型钢外框(2)固定，轻型钢内框(1)可以上下滑动，活动轻型钢弧形(21)通过支撑杆(23)连接活塞杆(24)，固定外框(2)安装与路面高度持平，活动轻型钢弧形(21)顶点安装比公路路面高出10公分。当汽车行驶进活动轻型钢模块路面带时，通过支撑杆(23)逐个压缩活塞(26)，每个液压活塞缸体都通过高压输液管道(210)，把压力传递给公路旁的液压自动控制系统，由自动液压控制系统通过回液管道(29)，输回一定液压，使活动轻型钢内框受压后立即恢复原状，自动控制系统把大部分传递过来的能量用于发电。为了活动轻型钢内框在汽车行驶时不发生晃动，在每个固定外框四周设置限位槽(22)，槽内装有滑动轴承，确保活动轻型钢内框上下活动自如。这种活动轻型钢模块路面铺设60米，按间隔1米计算，就需设置60个液压杆，按每分钟通行20辆汽车计算，每小时可提供3.6～20千瓦电力，如果把这种模块连接安装，就提高了一倍，而且是在用电高峰时供给的，下半夜不需要用电时车辆的通行量也少了。这种能源它不受自然环境影响全天候供给，是一种完全可再生的绿色能源。附图1、图2所示，(21)活动轻型弧型钢，(2)固定型钢外框，(3)固定框与活动框缝隙、(23)支撑杆，(24)活塞杆，(25)活动轻型钢内框滑动杆，(26)活塞，(27)液压缸体，(28)活动轻型钢内框连接杆，(29)回油管阀门，(210)压力管阀门。

2，在铁路复线轨道的下坡处选择直道段内侧或外侧安装上液压传动系统图3、图4，每个所安装的活塞缸体均向列车开来的方向倾斜，充分利用重力与速度冲力的合力能源。同时在考虑行车安全的前提下适当加宽两轨道之间的间距，使列车车轮大都沿着中外侧圆周小的部分行驶在轨道上，就加大车轮、车缘与活塞杆之间的间距。在活塞支撑杆上方与车轮(311)的轮缘(32)接触部分、设置弧形撞击混合蹄块，该混合蹄块所用的材料同汽车刹车片的相似的混合材料做成，使之达到耐磨的目的，并可降低撞击震动和所产生的噪音。所安装活塞杆上方的弧形顶点(312)与轨道(33)低1公分，弧形最低处比轮缘外围低点更低。列车行驶过来时，撞压弧形混合蹄块后，把压力传递给活塞杆(35)、压缩活塞(37)形成液体高压，液压缸(36)的高压阀门(39)被推开，液压通过高液压管道传递给液压自动控制系统，液压自动控制系统通过回液管(38)把设定少量的液压液油送回缸体，使液压杆到恢复原状。液压自动控制系统把大部分高液压输送给发电装置，用于发电。这样活塞杆的安装密度应根据列车安全行驶的需要外，可适当加密，直至连接安装，形成巨大的液压群体，用于储能发电，办个上规模的发电厂。上面已经提到一列列车过去，安装一个活塞缸、就可提供半分钟6.6～19.8千瓦的电力，安装100个活塞液压缸，可提供半分钟660～1980千瓦发电量，货运列车不算、光客运福州站每天就有36趟旅客列车发出，它所能提供的发电量是每小时200～600千瓦，是个非常可观的数字，完全可以设立并投入使用。现在关键的是撞击混合蹄块所使用的材料问题，采用更加耐撞而又静音的混合材料，保持旅客列车行车稳定和车厢安静，是非常必要的。也许在试验成功后，在列车车轮突出部分轮缘外围同时包上同样的材料更合适，不仅可以大大降低噪音，还可以加大活塞行程、增加发电量。这样的举措是公共行为，必须得到政府部门的大力支持。图3图4所示：(311)车轮，(32)车轮车缘，(33)轨道，(34)撞击蹄块，(35)液压杆，(36)液压缸体，(37)活塞，(38)回液管道，(39)液压阀门，(412)弧形钢板，(413)支撑杆，(416)活动型钢滑动杆，(417)限位槽型钢，(418)液压缸体紧固件。

3，在车站、码头、机场等地方下坡处设立活动地板，在原地板平面与活动地板连接处架立钢架(55)，采用型钢焊接成梯形斜坡固定骨架，活动骨架宽29.5公分，长49.5公分，上面铺设角型地板(51)正面宽30公分，长50公分，侧面高8公分，长50公分，活动骨架下面通过支撑杆(52)连接小型活塞杆(53)。活动地板的活动高度在4～6公分，这种地面坡度不宜太大。在人流通过时，人们逐块踩踏活动地板，地板通过活塞杆把重力作用于液压活塞缸，活塞缸体通过高压液压管(58)，把压力传递给液压自动控制系统，自动控制系统把部分压力通过回液管道(57)传送回活塞缸，能使活动地板恢复原状即可。如此往复，积少剩多，液压自动控制系统把大量收集的能量用于发电，总比日本“发电地板”收集的能量要高得多。应该说我们使用的办法，能大大提高人体重力的作用力的行距，才能有效地提高功率。

4，上面所使用的办法是集中收集的方法，也可以利用汽车、火车的减震器来我们分散提供重力能源的工具，特别是载重汽车和货运列车，在运行过程中的跳跃重力不可忽视。把它们所用减震器都由液压减震器取代。把双向作用筒式减振器图6的工作缸体(68)直径加大，缸壁(67)根据型号适当加厚，在减震器压缩行程时压力阀门(69)被推开后，它的液压能量就传递给液压自动控制系统，经收集用于推动液压马达等、高液压利用后的低油液在减震器拉伸行程时通过补偿阀(610)补充给储液缸(66)，这样积少剩多，特别是载重货车和货运列车，在行进过程中本身可收集的能源就非常可观，即使用于发电、补充电瓶，不也可以大大节省汽车和火车的动力消耗。图6所示，(61)连接环，(62)防尘罩，(63)储油缸筒，(64)活塞杆，(65)活塞，(66)储油缸，(67)工作缸筒，(68)工作缸，(69)压力阀门，(610)补偿阀，(611)(612)流通阀。

 

Claims (5)

1.一种利用物体在运动过程中的重力为我们提供能源的方法和技术，物体在运动过程中的重力仍然存在，它下降高度时是获取能源最佳的时候，而获取能量的关键是：运动物体的重量、作用力的行程和运动频率，它们获取的方法不同，所需的要素也各不相同，纳米发电、地板发电在三要素中侧重要求频率高，强磁场发电在三要素中侧重要求运动物体重量大，多样的运动物体和各不相同的利用技术研究任重而道远，现有比较科学的方法是、在密集的人流、汽车流、火车流、还有矿山、码头等这些运输量大的地方，尤其在下坡处，把它们作用于活动地板、活动轻型钢模块等的能量，通过机械传动或液压传递的方法，传递给能源回收中心转化为功能加以利用，而目前采用液压传递的方法相对比较科学，因为液压装置体积小，功率大、运动速度快，经久耐用、智能化、而且噪音小，只要有移动的物体经过时，它就能依靠自身的重力压缩活塞、过后迅速复原、如此反复，人流越多、车流越大，它的压缩频率也就越高，所提供的能量也就越大，综上所述它们的主要特征是不仅科学地利用了物体运动时的重力能源，还巧妙地设计了一些高低差，让这些运动物体为我们提供更加大量可再生绿色能源。

2.根据特征1的要求在公路的下坡处设立活动轻型钢板模块路面带(图1、图2)，在轻型钢模块路面带下安装液压传动系统，轻型钢板模块由活动内框和固定外框组成，活动内框由支撑杆(23)连接活塞杆(24)，活动轻型钢弧形最高点安装离路面高出10公分，轻型钢模块外框(2)安装与地面持平，每辆汽车经过时都通过活动轻型钢内框压缩活塞，然后把所产生的液压能量通过高压输液管(210)传递给公路旁边的液压自动控制中心，除小部分用于恢复活动轻型钢内框原状外，大部分都用于发电。为了保持活动轻型钢内框的稳定，在模块外框四周设立限位槽(22)，槽内安装滑动轴承，这种活动轻型可以根据车辆密度和发电规模可以单独设置，也可以连接设置，连接设置时相邻的活塞液压应由不同的液压控制系统控制，以免车辆过多时失落灵，相邻的外框立杆只用一根，在液压活塞失灵时，或者特别需要安静的车辆通过时，控制系统关闭回油开关，不让活动内框升起。

3.根据特征1的要求在复线铁路轨道下坡直线段下安装液压传动活塞群，每个所安装的活塞缸体均向来车方向倾斜：一种方法是活塞杆(35)上方与列车车轮轮缘(32)相对应，活塞杆与轮缘接触部分做成弧形状(412)，弧度与标准车辆车缘的园弧度相等，弧形顶点安装比轨道低1公分左右，最低处比轮缘外围更低，即轮缘与活塞杆上方弧形接触时才形成压缩、以后逐步加大，到弧形顶点才形成全部压缩；另一种方法是活塞杆(35)上方与列车车轮靠外缘处相对应，活塞杆与车轮接触部分做成弧形(412)，弧度与标准车辆车轮园弧度相等，弧形顶点安装比轨道高4公分；为了保持活塞的稳定，在弧形钢板两端设立限位槽(417)，槽内设置滑动轴承，让弧形活动型钢稳定杆(416)上下滑动自如。如2所述这种传动装置可单独或连接安装，连接安装时相邻的装置液压由各自不同的液压控制系统控制，相邻的立杆只用一根。液压控制中心在活塞失灵时关闭回油开关，保证行车安全。

4.根据特征1的要求在车站、码头、机场出口的下坡处设立活动地板，先架立好型钢框架(59)，每步框架宽29.5公分，长49.5公分，高6公分，上面铺设活动地板(51)，正面宽30公分，长50公分，侧面8公分，活动地板通过支撑杆(52)与活塞杆(53)连接。为了保持活动地板的稳定，在型钢框架四周设立稳定槽(55)，槽内设置滑动轮，使活动地板上下滑动自如。

5.根据特征1的要求把大型货车、火车上安装的减震器都装上液压减震器，如图6把双向作用筒式液压减震器的工作缸体(68)直径稍加大，根据车辆载重情况适当增加液压能力，在减震器压缩行程时阀门(69)被推开后，把它的液压能量通过高压管道传递给液压自动控制装置，经收集用于推动液压马达等，液压利用后在拉伸行程时油液通过补偿阀(610)补充给储油缸筒(66)。这些液压能量发电后用于补充电瓶等，减少火车、大型货车的动力消耗。

Images