CN103868004B - 利用卷簧和抽吸效应进行发电的自发电式铁路路灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用卷簧和抽吸效应进行发电的自发电式铁路路灯，其特点在于铁路沿线的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动装置和卷簧势能发电装置，当高速列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使一个卷簧储能装置积蓄弹性势能，弹性势能在夜间得到机械式时间设定装置的调控，释放能量驱动发电机发电，供路灯照明。有益效果是：利用高速列车行驶时所产生的抽吸力发电，提供铁路路灯照明的稳定和环保的电力。避免了现有的风能和太阳能路灯电力不稳定的缺点。也节约了公共电网的电力资源。利用积累卷簧的弹性势能储存发电的能量，代替蓄电池储存电力，避免了化学电池的环境污染，也避免了化学电池寿命短，须经常维护的缺点。

Description

利用卷簧和抽吸效应进行发电的自发电式铁路路灯
技术领域
本发明属于照明设备，尤其是涉及一种利用自然能源发电的路灯。
背景技术
为了节约能源，保护环境，目前已经出现了利用太阳能和风能提供电力的路灯。这两种自然能源的路灯，特别适用于铁路沿线的照明。因为长距离的铁道线的照明要消耗相当大的电力资源。然而，这两种能源都是不稳定的。比如，连续的阴雨天，太阳能路灯的供电就成了问题。连续的无风或微风天气，风能路灯就会停止工作。研究一种利用稳定的自然能源供电的铁路沿线的路灯，成为一个重要课题。
现有的太阳能和风能路灯的另一个缺点是需配置化学电池，而化学电池要定期维护，且使用寿命有限，废弃电池也会对环境造成污染，这种状态也有待改进。
另一值得注意的现象是：高速铁路的两旁，通常建有护栏，用来防止路人盲目接近轨道而被瞬间即至的高速列车所伤害。因为高速列车快速通过时所产生的高速气流，会对铁路两旁的人或物产生抽吸效应，如果人或物过分接近高速行驶的列车，就会被这种抽吸力吸向列车。这个现象可以根据伯努利原理解释，流速越快，压强越低，因此靠近列车的人或物会被从高压区推向（吸向）低压区。
发明内容
本发明的目的是针对上述自然能源发电的路灯的不足之处，提出一种具有稳定的自然能源供电装置的路灯，该路灯无须使用化学电池。所述的自然能源是列车运动时的高速气流形成的抽吸力所产生的；这种自然能源且是稳定的，因为每日运行的列车班次数量是相当稳定的。
本发明主要思路是：铁路沿线的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动装置和卷簧势能发电装置，当高速列车通过时，摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使一个卷簧储能装置积蓄弹性势能，弹性势能在夜间得到机械式时间设定装置的调控，释放能量驱动发电机发电，供路灯照明。
本发明具体技术方案是这样实现的：该路灯包括：
抽吸力摆动装置，其包括设在路灯立柱前部的抽吸板，和设在路灯立柱下部壳体上的支架、平衡重块、摆动棘爪、定位棘爪、棘轮、第一变速器和连接板；支架中部与所述壳体铰接，其一端与抽吸板固连，另一端与平衡重块固连；第一变速器通过连接板固定于所述壳体外部，其输入端设置棘轮，其输出轴位于所述壳体内；所述棘轮与铰接在支架上的摆动棘爪啮合，并与铰接在所述壳体上的定位棘爪啮合；该摆动装置为弹性势能发电装置的卷簧扭紧提供动力；
卷簧弹性势能发电装置，其设在路灯立柱下部壳体内，其包括第一安全离合器、卷簧、大内齿轮、小齿轮、支撑板、第二变速器、调速器、直流发电机及其制止盘；第二变速器通过支撑板固定于壳体内部，其输出端与调速器连接，调速器与直流发电机连接，直流发电机的输出端设置止动盘；第二变速器的输入端设置小齿轮，小齿轮与大内齿轮啮合，大内齿轮与卷簧的外圈连接，卷簧的内圈与第一安全离合器连接，第一安全离合器与第一变速器的输出轴连接；大内齿轮和第一离合器与第一变速器的输出轴同轴心；该发电装置为路灯的发光件提供电力；
时间设定装置，其主要由时钟机构和控制杆机构构成，时钟机构包括第二安全离合器、时钟支架、时针轴转一圈为24小时的时钟和凸轮；第一变速器的输出轴与第二安全离合器连接，第二安全离合器与时钟的发条扭紧轴连接；时钟通过时钟支架固定于所述壳体内部，其中所述时针轴同轴连接所述凸轮；控制杆机构包括控制杆支架、弹性控制杆、两个支架弹簧；控制杆支架固定在壳体内部，弹性控制杆设在控制杆支架的方孔内；两个支架弹簧分别设在控制杆支架的弹簧孔内，其一端顶在弹簧孔中，另一端顶在弹性控制杆上；弹性控制杆尾部与凸轮接触，弹性控制杆头部与所述直流发电机上的止动盘间断接触；该时间设定装置通过时钟机构，定时控制启动弹性势能发电装置发电；
路灯发光件，其装在路灯立柱上部，并与直流发电机电连接，该路灯发光件在夜间由所述卷簧弹性势能发电装置产生的电能发光照明；
使用上述装置的方法：白天，一直转动着的凸轮的凸边始终将弹性控制杆顶向止动盘，止动盘被卡住，直流发电机不能转动发电，路灯发光件不发光；当列车经过路灯时，列车与抽吸板之间的气流加快，压强降低，从而对抽吸板产生抽吸力，使抽吸板、支架和平衡重块绕棘轮的轴线向列车摆动；支架上的摆动棘爪推动棘轮转动一定角度，设在壳体上的定位棘爪阻止棘轮返回转动；棘轮通过第一变速器和第一安全离合器扭动卷簧的内圈，储存卷簧的弹性势能；同时，棘轮通过第一变速器和第二安全离合器，扭动时钟的发条，给时钟的时针轴和凸轮的转动以动力；当列车通过后，抽吸力消失，平衡重块的重力使抽吸板回复到原来的状态；多次列车通过，使棘轮多次转动，卷簧不断积累弹性势能，同时，时钟的发条不断被扭紧；当扭紧卷簧的扭矩超过第一安全离合器的制动力矩，第一安全离合器打滑，从而避免卷簧弹性势能发电装置过载而损坏；另一方面，当扭紧发条的扭矩超过第二安全离合器的制动力矩，第二安全离合器打滑，从而避免时钟机构过载而损坏；
到了夜间，弹性控制杆尾部落在转动中的凸轮的凹边上，直流发电机上的止动盘被松开，直流发电机转动，卷簧缓慢释放弹性势能，卷簧的弹性力通过大内齿轮和小齿轮的啮合传动，经第二变速器提高转速，经调速器自动稳定转速，驱动直流发电机转动发电，供路灯发光件发光照明；
到了白天，弹性控制杆又被转动着的凸轮的凸边顶向止动盘，止动盘被卡住，直流发电机停止转动，不再发电，路灯发光件熄灭；
如此周而复始，路灯发光件依靠列车产生的抽吸力，在夜间发光，在白天熄灭。
本发明的特点和有益效果是：
一、利用高速列车行驶时所产生的抽吸力发电，提供铁路路灯照明的稳定和环保的电力。避免了现有的风能和太阳能路灯电力不稳定的缺点。也节约了公共电网的电力资源。
二、利用积累卷簧的弹性势能储存发电的能量，代替蓄电池储存电力，避免了化学电池的环境污染，也避免了化学电池寿命短，须经常维护的缺点。
三、利用机械时钟机构控制路灯的开关，避免了电子控制电路须用电池维持电力的缺陷。
附图说明
图1是本发明的使用状态示意图。
图2是图1的运动状态示意图。
图3是本发明的立体示意图。
图4是图3中的B部放大图。
图5是本发明的局部剖视图。
图6是图5中的D部放大图。
图7是图1中的A-A剖视图。
图8是图7中的C部放大图。
图9是图8中的E-E局部剖视图。
图10是图6中的G向视图。
图11是牙嵌式安全离合器的内部结构图。
图12是本发明零部件连接关系框架图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
参阅图1和图7，本发明主要包括抽吸力摆动装置1、卷簧弹性势能发电装置2、时间设定装置3和路灯发光件4。
抽吸力摆动装置1的主要部件抽吸板11设在靠近列车和铁路的位置，每列列车经过时产生的抽吸力，使抽吸板11朝列车方向摆动，其动力为卷簧弹性势能发电装置2积累弹性势能，并通过时间设定装置3的调控，使卷簧缓慢释放弹性势能，驱动直流发电机发电。
参见图3、图4和图7，抽吸力摆动装置1包括设在路灯立柱41前部的抽吸板11，和设在路灯立柱41下部壳体42上的支架12、平衡重块13、摆动棘爪14、定位棘爪15、棘轮16、第一变速器17和连接板18；支架12中部与壳体42铰接，其一端与抽吸板11固连，另一端与平衡重块13固连；当抽吸板11得到抽吸力，这三个固连在一起的零部件可以绕外壳42的轴线朝列车方向摆动。摆动的幅度，由设在外壳42上的上限位块91和下限位块92控制。铰接在支架12上的摆动棘爪14与棘轮16啮合，推动棘轮16转动一定角度。第一变速器17通过连接板18固定于壳体42外部，其输入端设置棘轮16，接受抽吸力摆动装置的动力；其输出轴19位于壳体42内，为卷簧弹性势能发电装置2和时间设定装置3提供动力；第一变速器17可采用公知的变速器，其主要作用在于将棘轮16获得的摆动幅度放大，以便尽可能地将卷簧和发条扭紧。比如，棘轮16转动10度，而输出轴19将转动270度。抽吸力的大小与抽吸板11的面积成正比，也就是说，抽吸板11越大，获得的抽吸力也越大。当列车通过后，抽吸力消失，比抽吸板11重的平衡重块13将抽吸板11恢复到初始位置，以备下一次的摆动。由于棘轮16与铰接在壳体42上的定位棘爪15啮合；定位棘爪15阻止棘轮16返回转动。所述的摆动棘爪14和定位棘爪15都配置了扭簧9，以保证这两个棘爪可以始终与棘轮16啮合。该摆动装置为弹性势能发电装置的卷簧扭紧和时间设定装置的发条扭紧提供动力。
参见图5、图6和图7，卷簧弹性势能发电装置2，设在路灯立柱41下部壳体42内，其包括第一安全离合器21、卷簧22、大内齿轮23、小齿轮24、支撑板25、第二变速器26、调速器27、直流发电机28及其制止盘29；第二变速器26通过支撑板25固定于壳体42内部，其输出端与调速器27连接，调速器27与直流发电机28连接，直流发电机28的输出端设置止动盘29；第二变速器的输入端设置小齿轮24，小齿轮24与大内齿轮23啮合，大内齿轮23与卷簧22的外圈221连接（参见图10），卷簧22的内圈222与第一安全离合器21连接（参见图6），第一安全离合器21与第一变速器的输出轴19连接；大内齿轮23和第一安全离合器21与第一变速器的输出轴19同轴心。当止动盘29被卡住的情况下，直流发电机28，调速器27、第二变速器26、小齿轮24、大内齿轮23和卷簧22的外圈221都被止动，而卷簧22的内圈222和第一安全离合器21随着第一变速器的输出轴19转动，卷簧22不断被扭紧，积累弹性势能。但当卷簧22被扭得过紧，可能导致相关零部件的损坏，所以采用了安全离合器的过载保护功能。也就是第一安全离合器21超过了其制动力矩时，第一安全离合器21打滑转动，从而不再扭紧卷簧22。该安全离合器可采用公知的安全离合器，例如，如图11所示的牙嵌式安全离合器。当止动盘29被松开后，卷簧22开始缓慢释放积累的弹性势能，卷簧22的外圈221带动大内齿轮23、小齿轮23、第二变速器26、调速器27和直流发电机28转动发电。第二变速器26的作用在于将小齿轮24获得的转速进一步提高到直流发电机28发电的额定转速。该变速器可采用公知的变速器。调速器27的作用是稳定第二变速器26输出的转速，因为卷簧释放的弹性势能通常是先强后弱的，会导致第二变速器26输出先快后慢的转速，不利于直流发电机的正常工作。该调速器可采用公知的机械离心式调速器。所述止动盘29的卡住和松开均由时间设定装置3调控。上述发电装置为路灯的发光件提供电力。
参见图6至图10，时间设定装置3，设在路灯立柱41下部壳体42内，其主要由时钟机构7和控制杆机构8构成（参见图7）。控制杆机构8主要是用于卡住直流发电机上的止动盘29的转动，而时钟机构7负责确定控制杆机构8何时卡住止动盘29。控制杆机构8主要包括控制杆支架81、弹性控制杆82、两个支架弹簧83；控制杆支架81固定在壳体42内部。弹性控制杆82设在控制杆支架的方孔811内，可以在孔811中滑动；两个支架弹簧83分别设在控制杆支架的弹簧孔812内，其一端顶在弹簧孔中，另一端顶在弹性控制杆82上，其作用是迫使弹性控制杆尾部821与凸轮74接触，弹性控制杆头部822与所述直流发电机上的止动盘29间断接触；也就是，当凸轮74的凸边顶住弹性控制杆尾部821，通过控制杆弹簧823，迫使弹性控制杆头部822卡入止动盘29，止动盘29被堵转，直流发电机28就停止发电；反之，凸轮74的凹边与弹性控制杆尾部821接触，弹性控制杆头部822就离开止动盘29，直流发电机28就开始发电。控制杆弹簧823的弹力应大于两个支架弹簧83之和，并应有效地卡住止动盘29。控制杆弹簧823的作用是随时补偿弹性控制杆头部822与止动盘29的磨损量，使其使用寿命延长。时钟机构7主要包括第二安全离合器71、时钟支架72、时针轴转一圈为24小时的时钟73和凸轮74；第一变速器的输出轴19与第二安全离合器71连接，第二安全离合器71与时钟73的发条扭紧轴（未画出）连接；时钟73通过时钟支架72固定于所述壳体42内部，其中所述的时针轴75同轴连接所述凸轮74；时钟73可采用公知的时针轴转一圈为24小时的时钟结构。这样，凸轮74转一圈也是24小时。凸轮74的凸边的弧长为白天路灯熄灭的时间，凸轮74的凹边的弧长为夜间路灯点亮的时间。第二安全离合器71的作用，是防止时钟发条和相关机构被过载损坏而设置的，其内部结构也与第一安全离合器相同，也可以采用公知的安全离合器。该时间设定装置定时控制启动弹性势能发电装置启动发电。
路灯发光件4，其装在路灯立柱41上部，并与直流发电机28电连接，该路灯发光件在夜间由所述卷簧弹性势能发电装置2产生的电能发光照明；
使用上述装置的方法：白天，一直转动着的凸轮74的凸边始终将弹性控制杆8顶向止动盘29，止动盘29被卡住，直流发电机28不能转动发电，路灯发光件4不发光；当列车经过路灯时，列车与抽吸板11之间的气流加快，压强降低，从而对抽吸板11产生抽吸力，使抽吸板11、支架12和平衡重块13绕棘轮16的轴线向列车摆动；支架12上的摆动棘爪14推动棘轮16转动一定角度，设在壳体42上的定位棘爪15阻止棘轮16返回转动；棘轮16通过第一变速器17和第一安全离合器21扭动卷簧22的内圈，储存卷簧22的弹性势能；同时，棘轮16通过第一变速器17和第二安全离合器71，扭动时钟73的发条，给时钟的时针轴75和凸轮74的转动以动力；当列车通过后，抽吸力消失，平衡重块13的重力使抽吸板11回复到原来的状态；多次列车通过，使棘轮16多次转动，卷簧22不断积累弹性势能，同时，时钟73的发条不断被扭紧；当扭紧卷簧22的扭矩超过第一安全离合器21的制动力矩，第一安全离合器21打滑，从而避免卷簧弹性势能发电装置过载而损坏；另一方面，当扭紧时钟发条的扭矩超过第二安全离合器71的制动力矩，第二安全离合器71打滑，从而避免时钟机构过载而损坏；
到了夜间，弹性控制杆尾部821落在转动中的凸轮74的凹边上，直流发电机28上的止动盘29被松开，直流发电机28转动，卷簧22缓慢释放弹性势能，卷簧22的弹性力通过大内齿轮23和小齿轮24的啮合传动，经第二变速器26提高转速，经调速器27自动稳定转速，驱动直流发电机28转动发电，供路灯发光件4发光照明。
到了白天，弹性控制杆82又被转动着的凸轮74的凸边顶向止动盘29，止动盘29被卡住，直流发电机28停止转动，不再发电，路灯发光件4熄灭；
如此周而复始，路灯发光件4依靠列车产生的抽吸力，在夜间发光，在白天熄灭。

Claims (1)

1.一种利用卷簧和抽吸效应进行发电的自发电式铁路路灯，其特征在于，该路灯包括：
抽吸力摆动装置，其包括设在路灯立柱前部的抽吸板，和设在路灯立柱下部壳体上的支架、平衡重块、摆动棘爪、定位棘爪、棘轮、第一变速器和连接板；支架中部与所述壳体铰接，其一端与抽吸板固连，另一端与平衡重块固连；第一变速器通过连接板固定于所述壳体外部，其输入端设置棘轮，其输出轴位于所述壳体内；所述棘轮与铰接在支架上的摆动棘爪啮合，并与铰接在所述壳体上的定位棘爪啮合，所述的摆动棘爪和定位棘爪分别配置了扭簧；该摆动装置为卷簧弹性势能发电装置的卷簧扭紧提供动力；
卷簧弹性势能发电装置，其设在路灯立柱下部壳体内，其包括第一安全离合器、卷簧、大内齿轮、小齿轮、支撑板、第二变速器、调速器、直流发电机及其止动盘；第二变速器通过支撑板固定于壳体内部，其输出端与调速器连接，调速器与直流发电机连接，直流发电机的输出端设置止动盘；第二变速器的输入端设置小齿轮，小齿轮与大内齿轮啮合，大内齿轮与卷簧的外圈连接，卷簧的内圈与第一安全离合器连接，第一安全离合器与第一变速器的输出轴连接；大内齿轮和第一离合器与第一变速器的输出轴同轴心；该发电装置为路灯的发光件提供电力；
时间设定装置，其由时钟机构和控制杆机构构成，时钟机构包括第二安全离合器、时钟支架、时针轴转一圈为24小时的时钟和凸轮；第一变速器的输出轴与第二安全离合器连接，第二安全离合器与时钟的发条扭紧轴连接；时钟通过时钟支架固定于所述壳体内部，其中所述时针轴同轴连接所述凸轮；控制杆机构包括控制杆支架、弹性控制杆、两个支架弹簧；控制杆支架固定在壳体内部，弹性控制杆设在控制杆支架的方孔内；两个支架弹簧分别设在控制杆支架的弹簧孔内，其一端顶在弹簧孔中，另一端顶在弹性控制杆上；弹性控制杆尾部与凸轮接触，弹性控制杆头部与所述直流发电机上的止动盘间断接触；该时间设定装置通过时钟机构，定时控制启动弹性势能发电装置发电；
路灯发光件，其装在路灯立柱上部，并与直流发电机电连接，该路灯发光件在夜间由所述卷簧弹性势能发电装置产生的电能发光照明。
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