CN103868007B - 利用重力势能和抽吸力进行发电的自发电式铁路路灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用重力势能和抽吸力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重力势能发电装置，当高速列车通过时，该摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使重力势能发电装置积蓄重力势能，重力势能在夜间得到机械式时间设定装置的调控，释放重力势能驱动发电机发电，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。利用提高重物储存发电的重力势能，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

利用重力势能和抽吸力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重力势能发电装置，当高速列车通过时，该摆动装置得到抽吸力而摆动，摆动力使重力势能发电装置积蓄重力势能，重力势能在夜间得到机械式时间设定装置的调控，释放重力势能驱动发电机发电，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支架，路灯立柱上部的两根链条、两只链轮、平衡重块、第一变速器、止回棘轮机构、花键轴、顶板、压缩弹簧和主动锥形摩擦轮、第二变速器、两块支板；支架一端与抽吸板固连，另一端与路灯立柱下部铰接；第一变速器和第二变速器分别通过两块支板固定于路灯立柱两侧，第一变速器输入轴和第二变速器的输入轴分别连接链轮，链轮中设有棘轮；每个链轮上均啮合一根链条，每根链条的一端连接于抽吸板上部，另一端连接于平衡重块；第一变速器的输出轴连接止回棘轮机构和花键轴；花键轴通过顶板与路灯立柱铰接；花键轴的一端连接主动锥形摩擦轮，花键轴另一端进入变速器的输出轴内的花键孔中，且能在花键孔中轴向移动；主动锥形摩擦轮与顶板之间设置压缩弹簧；该抽吸力摆动装置主要为重力势能发电装置的重块提升提供动力，同时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力；

重力势能发电装置，其设在路灯立柱内，其包括设有锥形孔的主动链轮及支撑板、起重链条、上定位杆、重块、从动链轮及支座、第三变速器、调速器、直流发电机；起重链条的两端通过重块连接在一起，使起重链条形成环状；起重链条的上部与主动链轮啮合，起重链条的下部与从动链轮啮合；上定位杆固定在路灯立柱上部；主动链轮通过支撑板与路灯立柱铰接，从动链轮通过支座与路灯立柱下部铰接；第三变速器固定在支座上；从动链轮与第三变速器、调速器、直流发电机顺序连接；主动链轮中的锥形孔与花键轴上的主动锥形摩擦轮间断性摩擦传动连接；主动链轮和从动链轮中均设有棘轮；直流发电机与路灯发光件通过导线电连接；该重力势能发电装置为路灯的发光件提供电力；

时间设定装置，其设在路灯立柱上部内，其包括第一锥形摩擦轮，第二锥形摩擦轮、第一齿轮轴、第一片齿轮、第二片齿轮、发条扭紧轴、时钟支架、时钟、时针轴、凸轮和顶杆；第一锥形摩擦轮与第二变速器的输出轴连接；第一锥形摩擦轮还与第二锥形摩擦轮摩擦传动连接、第二锥形摩擦轮与第一片齿轮同轴心设置在第一齿轮轴上；第一片齿轮与第二片齿轮啮合；第二片齿轮、发条扭紧轴、时钟、时针轴和凸轮顺序连接；时钟通过时钟支架固定于路灯立柱内部，第一齿轮轴和发条扭紧轴分别与时钟支架铰接，时针轴转一圈为24小时；顶杆的一端与凸轮接触，另一端穿过主动链轮与主动锥形摩擦轮接触；该时间设定装置定时控制启动重力势能发电装置发电；

路灯组件，其包括路灯发光件和路灯立柱，路灯发光件设置在路灯立柱上部，并与直流发电机通过导线电连接，该路灯发光件在夜间由所述重力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，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，使抽吸板和支架向列车运动；抽吸板上部拉动两条链条，以此带动两只链轮、第一变速器和第二变速器一起运转；

第一变速器输出轴通过花键轴和主动锥形摩擦轮驱动主动链轮转动，使起重链条将重块向上提升，储存重力势能；

第二变速器输出轴通过第一摩擦轮和第二摩擦轮的摩擦传动，带动第一片齿轮和第二片齿轮的啮合传动，使发条扭紧轴扭动时钟的发条，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，平衡重块的重力拉动起重链条，使抽吸板回复到原来的状态；多次列车通过，使链轮多次转动，重块不断向上提升积累重力势能，同时，时钟的发条也不断被扭紧；

当重块向上被上定位杆挡住后，主动锥形摩擦轮由于过载而打滑转动，起安全保护作用；

另一方面，当扭紧发条的扭矩超过第一锥形摩擦轮和第二锥形摩擦轮的传动扭矩，第一锥形摩擦轮打滑转动，从而起安全保护作用；

到了夜间，随时间转轴转动中的凸轮的凸边推动了顶杆，顶杆则将主动锥形摩擦轮推离主动链轮的锥形孔，主动链轮空转，重块开始缓慢释放重力势能，靠重力向下运动，拖动形成环状的起重链条转动，从动链轮随之转动，经第三变速器提高转速，经调速器稳定转速，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，被压缩弹簧推动着的顶杆，落在了转动着的凸轮的凹边上，主动锥形摩擦轮与主动链轮接合传动扭矩，主动链轮通过起重链条将重块向上提升积累重力势能，从动链轮空转，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、利用积累重力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是本发明实施例1的使用状态示意图。

图2是图1的运动状态示意图。

图3是本发明实施例1的立体示意图。

图4是图3中的A部放大图。

图5是图3中的正视图。

图6是图5中的B部放大图。

图7是路灯立柱内机构的立体视图。

图8是图7中的C部放大图。

图9是图1中的F部放大图。

图10是图6中的D-D剖视图。

图11链轮内的棘轮结构示意图。

图12是实施例2的示意图。

图13是图12中的K部放大图。

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：

实施例1，参阅图1至图4，本发明主要包括抽吸力摆动装置、重力势能发电装置、时间设定装置和路灯组件。

抽吸力摆动装置，其主要部件抽吸板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朝列车方向摆动一次，其动力将重块24由下向上提升，逐步积累重力势能；同时，也为时间设定装置中的机构提供运行动力。

参见图3、图4，抽吸力摆动装置包括设在路灯立柱41前部的抽吸板11和支架12，路灯立柱上部的两根链条13、两只链轮14、平衡重块15、第一变速器16、止回棘轮机构5、花键轴18、顶板19、压缩弹簧182和主动锥形摩擦轮181、第二变速器39、两块支板17；

支架12一端与抽吸板11固连，另一端与路灯立柱41下部铰接。当列车经过时，抽吸板11得到抽吸力，这两个固连在一起的零部件可以绕所述铰接处朝列车方向摆动。摆动的幅度，由设在路灯立柱上的上限位杆91和下限位杆92控制。抽吸力的大小与抽吸板11的面积基本上成正比，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，平衡重块15的重量通过链条13，将抽吸板11恢复到初始位置，以备下一次的摆动。

第一变速器16和第二变速器39分别通过两块支板17固定于路灯立柱41两侧，第一变速器16输入轴和第二变速器39的输入轴分别连接链轮14，链轮14中设有棘轮，该链轮类似于自行车后轮中的含有棘轮的链轮（见图11）；每个链轮上均啮合一根链条13，每根链条13的一端连接于抽吸板11上部，另一端连接于平衡重块15；参见图3，当链条13带动链轮14逆时针方向转动时，第一变速器16和第二变速器39随链轮14一起转动；当链轮14顺时针方向转动时，由于棘轮的防逆功能，第一变速器16和第二变速器39不随链轮14转动。按图4所示，第一变速器16的输入轴与输出轴的转动方向相反，这是因为重块24设在路灯立柱41的前部的原因。如果第一变速器16的输入轴与输出轴的转动方向相同，则重块24应设在路灯立柱41的后部。

第一变速器16的输出轴161连接止回棘轮机构5和花键轴18；花键轴18通过顶板19与路灯立柱41铰接；花键轴18的一端连接主动锥形摩擦轮181，花键轴18的另一端进入变速器的输出轴161内的花键孔（未画出）中，且能在花键孔中轴向移动；主动锥形摩擦轮181与顶板19之间设置压缩弹簧182，依靠压缩弹簧182压迫主动锥形摩擦轮181与主动链轮21接合传动扭矩；

为防止重块自由下坠，设置了止回棘轮机构5（参见图4、图6和图8）。该止回棘轮机构5由设在第一变速器的输出轴161上的棘轮51，设在支板17上的棘爪52、棘爪销53和棘爪扭簧54构成；棘爪扭簧54迫使棘爪52始终与棘轮51啮合。当主动锥形摩擦轮不传动扭矩时，重块会自由下坠，但其重力通过起重链条23、主动链轮21、主动锥形摩擦轮181、花键轴18、第一变速器的输出轴161及棘轮51，传到棘爪52，棘爪52阻止棘轮51转动，从而防止了重块自由下坠。

第二变速器39的输出轴连接时间设定装置中的第一锥形摩擦轮31；

该抽吸力摆动装置主要为重力势能发电装置的重块提升提供动力，同时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力；

重力势能发电装置，参见图7和图8，其设在路灯立柱41内，其包括设有锥形孔211的主动链轮21及支撑板22、起重链条23、重块24、从动链轮25及支座26、第三变速器27、调速器28、直流发电机29；起重链条23的两端通过重块24连接在一起，使起重链条23形成环状，起重链条23的上部与主动链轮21啮合，起重链条23的下部与从动链轮25啮合；主动链轮21和从动链轮25与链轮14一样，其中均设有棘轮；当主动链轮21通过起重链条23将重块24向上提升时，从动链轮25空转；当重块24向下运动时，主动链轮21空转，而重块24的重力通过起重链条23驱动从动链轮25转动，然后再经过第三变速器27提高速度，经过调速器28稳定转速，驱动直流发电机29转动发电。所述调速器28可以是公知的机械离心式调速器。主动链轮21通过支撑板22与路灯立柱41铰接，从动链轮25通过支座26与路灯立柱41下部铰接；第三变速器27固定在支座26上；从动链轮25与第三变速器27、调速器28、直流发电机29顺序连接；主动链轮21中的锥形孔211与花键轴18上的主动锥形摩擦轮181间断性摩擦传动连接，具体地说，也就是压缩弹簧182将主动锥形摩擦轮181推入锥形孔211时，双者进行摩擦传动，当时间设定装置中的顶杆39将主动锥形摩擦轮181推离锥形孔211，两者不再接触传递动力；直流发电机28与路灯发光件4通过导线电连接；该重力势能发电装置为路灯的发光件4提供电力；

时间设定装置，其设在路灯立柱41上部内，其包括第一锥形摩擦轮31，第二锥形摩擦轮32、第一齿轮轴321、第一片齿轮33、第二片齿轮34、发条扭紧轴35、时钟支架36、时钟37、时针轴371、凸轮38和顶杆39；第一锥形摩擦轮31与第二变速器39的输出轴连接；第一锥形摩擦轮31还与第二锥形摩擦轮32摩擦传动连接，第二锥形摩擦轮32与第一片齿轮33同轴心设置在第一齿轮轴321上；第一片齿轮33与第二片齿轮34啮合；第二片齿轮34、发条扭紧轴35、时钟37、时针轴371和凸轮38顺序连接；时钟37通过时钟支架36固定于路灯立柱41内部，第一齿轮轴321和发条扭紧轴35分别与时钟支架36铰接。

其中所述的时针轴371同轴连接所述凸轮38；时钟37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38转一圈也是24小时。凸轮38的凹边的弧长为白天路灯熄灭的时间，凸轮38的凸边的弧长为夜间路灯点亮的时间。第一锥形摩擦轮31与第一锥形摩擦轮32以摩擦形式传动扭矩，其作用是防止时钟发条和相关机构被过载损坏而设置的。该时间设定装置定时控制启动重力势能发电装置发电。

路灯组件，其包括路灯发光件4和路灯立柱41，路灯发光件4设置在路灯立柱41上部，并与直流发电机28通过导线电连接，该路灯发光件4在夜间由所述重力势能发电装置产生的电能发光照明；

综上所述，使用上述装置的方法：白天，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和支架12向列车摆动；抽吸板11上部拉动两条链条13，以此带动两只链轮14、第一变速器16和第二变速器39一起运转；

第一变速器16输出轴161通过花键轴18和主动锥形摩擦轮181驱动主动链轮21转动，使起重链条23将重块24向上提升，储存重力势能；

第二变速器39输出轴通过第一摩擦轮31和第二摩擦轮32的摩擦传动，带动第一片齿轮33和第二片齿轮34的啮合传动，使发条扭紧轴35扭动时钟37的发条，给时钟37的时针轴371和凸轮38的转动以动力；

当列车通过后，抽吸力消失，平衡重块15的重力拉动链条13，使抽吸板回复到原来的状态；多次列车通过，使链轮14多次转动，重块24不断向上提升积累重力势能，同时，时钟37的发条也不断被扭紧；

当重块24向上被上定位杆231挡住后，主动锥形摩擦轮181由于过载而打滑转动，起安全保护作用；

另一方面，当扭紧发条的扭矩超过第一锥形摩擦轮31和第二锥形摩擦轮32的传动扭矩，第一锥形摩擦轮31打滑转动，从而起安全保护作用；

到了夜间，随时间转轴371转动中的凸轮38的凸边推动了顶杆39，顶杆39则将主动锥形摩擦轮181推离主动链轮的锥形孔211，主动链轮21空转，重块24开始缓慢释放重力势能，靠重力向下运动，拖动形成环状的起重链条23转动，从动链轮25随之转动，经第三变速器27提高转速，经调速器28稳定转速，驱动直流发电机29转动发电，供路灯发光件4发光照明；

到了白天，被压缩弹簧182推动着的顶杆39，落在了转动着的凸轮38的凹边上，主动锥形摩擦轮181与主动链轮21接合传动扭矩，主动链轮21通过起重链条23将重块24向上提升积累重力势能，从动链轮25空转，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。

实施例2：参见图12和图13，用抽吸力平动装置代替所述的抽吸力摆动装置也可以驱动链轮14的转动，达到发电的目的。

所述抽吸力平动装置的零部件基本上与抽吸力摆动装置相同，它包括设在路灯立柱41前部的抽吸板11和支架12，路灯立柱上部的两根链条13、两只链轮14、平衡重块15、第一变速器16、止回棘轮机构5、花键轴18、顶板19、压缩弹簧182和主动锥形摩擦轮181、第二变速器39、两块支板17；

不同的是：支架12一端与抽吸板11固连，支架12下部设有多只滚轮101，路灯立柱41下部固定一设有滑槽102的底框103，当抽吸板11受到抽吸力时，滚轮101支承着支架12和抽吸板11在滑槽102内向前滚动，以此带动链条13和链轮14运动。

以下零部件与抽吸力摆动装置相同：第一变速器16和第二变速器39分别通过两块支板17固定于路灯立柱41两侧，第一变速器16输入轴和第二变速器39的输入轴分别连接链轮14，链轮中设有棘轮；每个链轮上均啮合一根链条13，每根链条的一端连接于抽吸板11上部，另一端连接于平衡重块15；第一变速器16的输出轴161连接止回棘轮机构5和花键轴18；花键轴18通过顶板19与路灯立柱41铰接；花键轴18的一端连接主动锥形摩擦轮181，花键轴18的另一端进入变速器的输出轴161内的花键孔中，且能在花键孔中轴向移动；主动锥形摩擦轮181与顶板19之间设置压缩弹簧182；

该抽吸力平动装置主要为重力势能发电装置的重块提升提供动力，同时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力。

其余相关联的重力势能发电装置、时间设定装置、路灯组件，与实施例1相同。

Claims (2)

1.一种利用重力势能和抽吸力进行发电的自发电式铁路路灯，其特征是，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支架，路灯立柱上部的两根链条、两只链轮、平衡重块、第一变速器、止回棘轮机构、花键轴、顶板、压缩弹簧和主动锥形摩擦轮、第二变速器、两块支板；支架一端与抽吸板固连，另一端与路灯立柱下部铰接；第一变速器和第二变速器分别通过两块支板固定于路灯立柱两侧，第一变速器输入轴和第二变速器的输入轴分别连接链轮，链轮中设有棘轮；每个链轮上均啮合一根链条，每根链条的一端连接于抽吸板上部，另一端连接于平衡重块；第一变速器的输出轴连接止回棘轮机构和花键轴；花键轴通过顶板与路灯立柱铰接；花键轴的一端连接主动锥形摩擦轮，花键轴另一端进入变速器的输出轴内的花键孔中，且能在花键孔中轴向移动；主动锥形摩擦轮与顶板之间设置压缩弹簧；该抽吸力摆动装置主要为重力势能发电装置的重块提升提供动力，同时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力；

重力势能发电装置，其设在路灯立柱内，其包括设有锥形孔的主动链轮及支撑板、起重链条、上定位杆、重块、从动链轮及支座、第三变速器、调速器、直流发电机；起重链条的两端通过重块连接在一起，使起重链条形成环状；起重链条的上部与主动链轮啮合，起重链条的下部与从动链轮啮合；上定位杆固定在路灯立柱上部；主动链轮通过支撑板与路灯立柱铰接，从动链轮通过支座与路灯立柱下部铰接；第三变速器固定在支座上；从动链轮与第三变速器、调速器、直流发电机顺序连接；主动链轮中的锥形孔与花键轴上的主动锥形摩擦轮间断性摩擦传动连接；主动链轮和从动链轮中均设有棘轮；直流发电机与路灯发光件通过导线电连接；该重力势能发电装置为路灯的发光件提供电力；

时间设定装置，其设在路灯立柱上部内，其包括第一锥形摩擦轮，第二锥形摩擦轮、第一齿轮轴、第一片齿轮、第二片齿轮、发条扭紧轴、时钟支架、时钟、时针轴、凸轮和顶杆；第一锥形摩擦轮与第二变速器的输出轴连接；第一锥形摩擦轮还与第二锥形摩擦轮摩擦传动连接、第二锥形摩擦轮与第一片齿轮同轴心设置在第一齿轮轴上；第一片齿轮与第二片齿轮啮合；第二片齿轮、发条扭紧轴、时钟、时针轴和凸轮顺序连接；时钟通过时钟支架固定于路灯立柱内部，第一齿轮轴和发条扭紧轴分别与时钟支架铰接，时针轴转一圈为24小时；顶杆的一端与凸轮接触，另一端穿过主动链轮与主动锥形摩擦轮接触；该时间设定装置定时控制启动重力势能发电装置发电；

路灯组件，其包括路灯发光件和路灯立柱，路灯发光件设置在路灯立柱上部，并与直流发电机通过导线电连接，路灯立柱上设置上限位杆和下限位杆；当列车经过时，抽吸板得到抽吸力，固连在一起的支架和抽吸板绕铰接处朝列车方向摆动；摆动的幅度，由设在路灯立柱上的上限位杆和下限位杆控制；该路灯发光件在夜间由所述重力势能发电装置产生的电能发光照明。

2.如权利要求1所述的一种利用重力势能和抽吸力进行发电的自发电式铁路路灯，其特征是用抽吸力平动装置代替所述的抽吸力摆动装置；

抽吸力平动装置包括设在路灯立柱前部的抽吸板和支架，路灯立柱上部的两根链条、两只链轮、平衡重块、第一变速器、止回棘轮机构、花键轴、顶板、压缩弹簧和主动锥形摩擦轮、第二变速器、两块支板；

支架一端与抽吸板固连，支架下部设有多只滚轮；路灯立柱下部固定一底框，底框中设有供所述滚轮运动的滑槽；

第一变速器和第二变速器分别通过两块支板固定于路灯立柱两侧，第一变速器输入轴和第二变速器的输入轴分别连接链轮，链轮中设有棘轮；每个链轮上均啮合一根链条，每根链条的一端连接于抽吸板上部，另一端连接于平衡重块；第一变速器的输出轴连接止回棘轮机构和花键轴；花键轴通过顶板与路灯立柱铰接；花键轴的一端连接主动锥形摩擦轮，花键轴另一端进入变速器的输出轴内的花键孔中，且能在花键孔中轴向移动；主动锥形摩擦轮与顶板之间设置压缩弹簧；该抽吸力平动装置主要为重力势能发电装置的重块提升提供动力，同时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力。