CN105508161A - 一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带 - Google Patents

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    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine

Abstract

本发明公开了一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带,包括:机架;两个四连杆机构;减速带板;两个第一齿轮,两个第一齿轮可枢转地设在对应的连杆支座上且每个第一齿轮分别铰接在对应的四连杆机构中的中间两个连杆之间;两个超越离合器,两个超越离合器在车轮经过第一齿轮所在位置时发生状态切换且在同一时间分别处于不同的状态;可枢转地与对应的超越离合器相连的第二齿轮;与两个第二齿轮同时啮合相连的第三齿轮,第三齿轮在与处于合状态的超越离合器相连的第二齿轮的带动下转动;与第三齿轮相连的液压系统;与液压系统相连的发电机。根据本发明实施例的新型公路减速带可以实现能量的回收和转换。

Description

一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带
技术领域
本发明涉及机械设计领域及绿色环保领域,具体涉及道路交通附属设施技术领域,更具体地,涉及一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带。
背景技术
随着人们生活水平的持续提升和公路系统的不断完善,机动车的保有量在不断增大,高速公路出入站口、支路、社区、学校等车辆密集地区存在巨大的安全隐患。减速带是保障行人及车辆行驶安全的交通设施。当车辆高速通过减速带时会产生剧烈的机械振动,使驾驶员产生不适感,并预计会对车辆零件造成损坏,从而使驾驶员自觉、主动降低车速,以达到该路段行车安全的目的。
作为限制车辆行驶速度的措施之一,减速带在国外得到了大量的理论研究和实际应用。HermanF.HuangandMichaelJ.Cyneck分别在剑桥、西雅图等地进行了交通平静化分析并得出:减速带能有效降低限速段车辆的速度。目前减速带的设计主要集中于对减速带的几何参数的设计和确定合理的间隔距离以提升减速特性和安全性。此外,董玉佩指出减速带通过施划标线、安装的方式设置在道路表面,存在造价高、易破损、板块缺失的问题。
相对于减速带的尺寸设计,车辆通过减速带时引发的能量转化问题得到的关注则非常少。尹森等指出车辆在通过减速带时冲击力的幅值与减速带的高度成正比,与车辆速度的平方成正比,可见车辆在经过减速带时伴随了巨大的冲击力和脉动能量损失。张蕉蕉等出于降噪和采集能量的目的,提出了一种新型减速带装置的设计。然而该装置仅能对低速通过减速带的车辆进行能量采集,并且能量转化过程不够完备,用于发电的机械能仍然存在脉动特性,不利于持续产生电能和存储电能。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明提出了一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带,所述新型公路减速带可以对车辆进行能量采集和回收,并且可以提高车辆通过的安全性。
根据本发明实施例的具有能量回收和转换功能的新型公路减速带,包括:机架,所述机架的两端分别设有连杆支座;两个四连杆机构,两个所述四连杆机构分别与对应的所述连杆支座铰接;适于与车轮接触的减速带板,所述减速带板的两端支撑在两个所述四连杆机构上;两个第一齿轮,两个所述第一齿轮可枢转地设在对应的所述连杆支座上且每个第一齿轮分别铰接在对应的所述四连杆机构的中间两个连杆之间;两个超越离合器,两个所述超越离合器分别设在对应的所述连杆支座上,每个所述超越离合器分别具有合状态和分状态且在所述车轮经过所述第一齿轮所在位置时发生状态切换,两个所述超越离合器在同一时间分别处于不同的状态;两个第二齿轮,两个所述第二齿轮可枢转地与对应的超越离合器相连;第三齿轮,所述第三齿轮与两个所述第二齿轮同时啮合相连,所述第三齿轮在与处于合状态的所述超越离合器相连的所述第二齿轮的带动下转动且驱动与处于分状态的所述超越离合器相连的所述第二齿轮转动;液压系统,所述液压系统设在所述机架上且与所述第三齿轮相连,以在所述第三齿轮的带动下运行;发电机,所述发电机设在所述机架上且与所述液压系统相连,以在所述液压系统的带动下运行产生电。
根据本发明实施例的新型公路减速带可以对经过其的车辆的机械能进行收集并转换为电能,能量的回收和转换性能好,并且车辆通过的安全性较高。
另外,根据本发明上述实施例的新型公路减速带还可以具有如下附加的技术特征:
根据本发明的一些实施例,所述第三齿轮通过轮轴与所述液压系统相连,所述轮轴上设有惯性飞轮。
根据本发明的一些实施例,所述液压系统包括:液压储能器,所述液压储能器设有预定压力;螺旋泵,所述螺旋泵内设有油,所述螺旋泵与所述第三齿轮相连,以在所述第三齿轮的带动下将油泵入所述液压储能器;齿轮泵,所述齿轮泵连接在所述液压储能器与所述发电机之间,所述液压储能器在内部油压达到预定压力时适于将油泵入所述齿轮泵且所述齿轮泵适于在所述液压储能器将油泵入所述齿轮泵时运转,以带动所述发电机运行。
根据本发明的一些实施例,所述预定压力为0.1MPa-10MPa。
根据本发明的一些实施例,每个所述超越离合器包括:第四齿轮,所述第四齿轮可枢转地设在所述连杆支座上且与所述第一齿轮啮合相连;棘轮,所述棘轮与所述第四齿轮相连,以与所述第四齿轮同步转动,所述棘轮具有棘爪;挡块转盘,所述挡块转盘与所述第二齿轮相连,所述挡块转盘上设有挡块,在所述棘轮的周向上,两个所述挡块分别位于对应的所述棘爪的两侧。
根据本发明的一些实施例,所述第二齿轮的直径大于所述第三齿轮的直径,所述第四齿轮的直径小于所述第一齿轮的直径。
根据本发明的一些实施例,所述第二齿轮和所述第三齿轮分别形成为锥齿轮,所述第三齿轮的轮轴沿竖直方向延伸,所述第二齿轮与所述挡块转盘通过沿水平方向延伸的固联轴相连,所述机架上设有轴承支座,所述固联轴可转动地支撑在所述轴承支座上。
根据本发明的一些实施例,还包括限位块,所述限位块设在机架上且位于所述四连杆机构下方,以对所述四连杆机构进行限位。
根据本发明的一些实施例,还包括:多个扭转弹簧,所述四连杆机构中的相邻两个所述连杆的连接处设有所述扭转弹簧。
根据本发明的一些实施例,每个所述四连杆机构中的四个连杆长度相同。
根据本发明的一些实施例,所述减速带板包括多个间隔开设置的板体,多个所述板体的延伸方向平行设置且每个所述板体的上表面形成为弧形面。
根据本发明的一些实施例,所述机架与所述连杆支座一体形成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的新型公路减速带的结构示意图;
图2是根据本发明实施例的新型公路减速带的运动传递系统的结构示意图;
图3是根据本发明实施例的新型公路减速带的内部支撑结构的结构示意图;
图4是根据本发明实施例的新型公路减速带的油路与电气系统的结构示意图;
图5是根据本发明实施例的新型公路减速带的四连杆机构的运动传递分析图。
附图标记:
新型公路减速带100;
机架10;连杆支座11;轴承支座12;限位块13;固联轴14;减速带板20;第一齿轮31;弧形齿轮边311;直边312;第二齿轮32;第三齿轮33;四连杆机构40;连杆41;超越离合器50;第四齿轮51;棘轮52;棘爪521;挡块转盘53;挡块531;液压储能器61;螺旋泵62;齿轮泵63;高压油管路64;管路65;低压油管路66;发电机70。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图详细描述根据本发明实施例的具有能量回收和转换功能的新型公路减速带100。
参照图1至图5所示,根据本发明实施例的具有能量回收和转换功能的新型公路减速带100可以包括、机架10、两个连杆支座11、减速带板20、两个四连杆机构40、两个第一齿轮31、两个第二齿轮32、第三齿轮33、两个超越离合器50、液压系统和发电机70。减速带板20适于与车轮接触,也就是说,车轮可以支撑在减速带板20上经过新型公路减速带100。
两个连杆支座11分别设在机架10的两端。可选地,机架10与连杆支座11可以一体形成。由此,更便于制造且能保证结构强度和稳定性。两个四连杆机构40分别设在对应的连杆支座11上,两个四连杆机构40的两端与连杆支座11铰接。两个第一齿轮31可枢转地设在对应的连杆支座11上,每个第一齿轮31分别铰接在对应的四连杆机构40中的中间两个连杆41之间。也就是说,机架10的左端和右端分别设有一个连杆支座11,每个连杆支座11上设有一个四连杆机构40和一个第一齿轮31,每个四连杆机构40包括四个依次相连的连杆41,若四个连杆41从车轮的移动方向上依次规定为第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆,则第二连杆的一端与第三连杆的一端分别与第一齿轮31铰接、第一连杆的一端与第四连杆的一端分别与连杆支座11铰接。
减速带板20的两端分别支撑在两个四连杆机构40上。当车轮经过新型公路减速带100时,减速带板20会随着车轮相应动作,从而使四连杆机构40动作,第一齿轮31可以发生枢转。例如,如图1所示,当车轮沿着箭头的方向经过新型公路减速带100时,第一齿轮31可以先沿逆时针枢转一定角度,然后再沿顺时针枢转一定角度后归位,车轮在驶入侧和驶离侧均可以使四连杆40机构动作。
两个超越离合器50分别设在对应的连杆支座11上,两个超越离合器50分别具有合状态和分状态,并且每个超越离合器50在车轮经过第一齿轮31所在位置时均可以发生状态切换,两个超越离合器50在同一时间分别处于不同的状态。换言之,每个连杆支座11上连接有一个超越离合器50,每个超越离合器50具有合状态和分状态两个状态,在同一时间,两个超越离合器50分别可以处于不同的状态,例如,若位于左边的超越离合器50位于合状态,则位于右边的超越离合器50则位于分状态;若位于左边的超越离合器50处于分状态,则位于右边的超越离合器50则处于合状态。
当车轮经过新型公路减速带100的过程中,其中一个超越离合器50可以从合状态向分状态切换,其中另一个超越离合器50则可以从分状态向合状态切换,在沿车轮的移动方向上,当车轮行驶至第一齿轮31所在位置处时,两个超越离合器50的离合状态可以发生变化,第一齿轮31的前后两侧分别为车轮的驶入侧和驶离侧,两个超越离合器50在车轮位于驶入侧和驶离侧的状态不同。
两个第二齿轮32可枢转地与对应的超越离合器50相连,第三齿轮33可以与两个第二齿轮32同时啮合相连,也就是说,第三齿轮33与两个第二齿轮32可以同步转动。其中,第三齿轮33在与处于合状态的超越离合器50相连的第二齿轮32的带动下可以转动并且可以驱动与处于分状态的超越离合器50相连的第二齿轮32转动。
也就是说,两个第二齿轮32中的一个为主动齿轮,可以驱动第三齿轮33转动,两个第二齿轮32中的另一个为从动齿轮,可以在第三齿轮33的带动下转动,当一个超越离合器50处于合状态时,第一齿轮31可以通过该超越离合器50将运动传递至第二齿轮32,使第二齿轮32可以带动第三齿轮33转动,此时,另一个超越离合器50处于分状态,该超越离合器50将不能将第一齿轮31的运动传递至该第二齿轮32,此时运行的第三齿轮33则可以带动该第二齿轮32转动。
液压系统设在机架10上并且与第三齿轮33相连,以在第三齿轮33的带动下运行。发电机70设在机架10上并且与液压系统相连,以在液压系统的带动下运行产生电。由此,车轮的冲击机械能可以通过液压系统传递至发电机,最终实现机械能的收集以及向电能的转换。
根据本发明实施例的新型公路减速带100,通过设置四连杆机构40、超越离合器50、液压系统以及发电机70等,可以充分利用车轮通过减速带时发生的能量转化,对所产生的冲击机械能进行回收和转化,无论车辆是高速还是低速通过减速带,其攀爬新型公路减速带100和离开新型公路减速带100的过程中都将对的四连杆机构40做功,四连杆机构40获得的功可以通过超越离合器50以及液压系统等转化为发电机70的转子的转动,并最终将机械能转化为电能以便后续存储和利用,实现了能量回收和转换功能,回收和转换效果好。
该新型公路减速带100是一种集机械-液压-电气于一体的复合公路减速带,该减速带可以通过调整四连杆机构的尺寸来实现坡度的调整,实现了在保持自身几何高度的同时通过改变自身的上、下坡的形状来缓冲和吸收冲击能量,从而在保持新型公路减速带100减速特性的同时避免了过大冲击,提升了车辆通过的安全性。
该复合公路减速带可以应用于高速公路收费站等车流量大且需要限速的区域,在限制车速的同时将车流损失的机械能转化为电能,绿色环保,具有广阔的应用前景。
在本发明的一些较优选实施例中,第三齿轮33可以通过轮轴与液压系统相连,轮轴上可以设有惯性飞轮(图未示出)。惯性飞轮作为储能部件可以将短暂的冲击过程转化为第三齿轮33较为持续的转动,在过往车辆的不断冲击下,第三齿轮33将获得更趋于持续稳定的扭矩和转速,使发电机70的转子可以持续稳定的转动,产生的电能稳定性高,可利用性好。
可以理解的是,液压系统的结构可以形成为多种,可选地,根据本发明的一些实施例,液压系统可以包括液压储能器61、螺旋泵62和齿轮泵63。液压储能器61可以具有预定压力,螺旋泵62内设有油,螺旋泵62可以与第三齿轮33相连,以在第三齿轮33的带动下将油泵入液压储能器61,齿轮泵63连接在液压储能器61与发电机70之间,在液压储能器61的内部油压达到预定压力时,液压储能器61可以将油泵入齿轮泵63,齿轮泵63可以运转,从而带动发电机70运行产生电。该结构的液压系统结构相对简单,并且获得电能的稳定性好、可利用性高。可选地,液压储能器61的预定压力可以为0.1MPa-10MPa。由此,可以稳定性很好且可利用性较高的电能。较优选地,液压储能器61的预定压力可以为1MPa-5MPa,例如,在本发明的一个具体示例中,液压储能器61的预定压力可以为3MPa,电能稳定性好且可利用性高。
下面结合附图从系统结构组成、能量采集和转化原理以及运动传递分析三个方面对根据本发明实施例的新型公路减速带100进行详细描述。
图1至图4示出了根据本发明实施例的新型公路减速带100的结构组成。参照图1至图4所示,超越离合器50以及第三齿轮33等可以位于机架10上方,液压系统以及发电机70可以位置机架10的下方。由此,当新型公路减速带100安装在路面上时,液压系统和发电机可以隐藏于地下,不会占用机架上方的空间并且受保护性好。如图1所示,减速带板20可以包括多个间隔开设置的板体,多个板体的延伸方向可以平行设置,并且每个板体的上表面形成为弧形面,也就是说,每个板体的与车轮接触的一面可以形成为弧面。由此,不仅可以有效减小成本,而且可以进一步减小车辆的冲击,使车辆通过更顺畅。
每个第一齿轮31分别为端面开有与圆心等距的两圆孔的不完全齿轮,每个第一齿轮31可以通过轴承与机架10上的连杆支座11配合形成回转副。每个第一齿轮31分别形成为大半圆形并且具有弧形齿轮边311和直边312,直边312在新型公路减速带100上没有车轮时与水平面平行,即第一齿轮31在新型公路减速带100不受外力作用时,直边312位于弧形齿轮边311的上方并且与水平面保持平行。
每个第四齿轮51也可以通过轴承与机架10上的连杆支座11配合形成回转副,并且第一齿轮31与第四齿轮51为啮合关系。每个连杆支座11的前后两端分别设有连杆支脚,四连杆机构40的处于外侧的两个连杆41分别与一个连杆支脚铰接。
每个四连杆机构40可以包括四个长度相同的连杆41。由此,新型公路减速带100在车轮通过时变形更均匀,使车辆能更平稳通过,冲击性更小,并且能量转换更平稳。每个连杆41的两端分别设有圆孔,八个连杆41分别可以通过销轴和轴承或彼此连接,或与连杆支座11,或与第一齿轮31的圆孔形成转动副,具体构成形式如图2所示。由此,在机架10的两侧分别可以形成两组四连杆机构40。
有利地,每个四连杆机构40中的相邻两个连杆41的连接处可以设有扭转扭簧。该扭转弹簧可以确保在无外力时,四连杆机构40能够处于对称平衡位置,如图2所示,此外,相邻两个连杆41连接的关节处设置的扭转弹簧还可以起到促使四连杆机构40从死点附近恢复到对称平衡态的作用,从而确保该套机构能避免死点,顺畅工作。
根据本发明的一些实施例,新型公路减速带100还可以包括限位块13,限位块13可以设在机架10上且位于所述四连杆机构40下方,以对四连杆机构40的运动进行限位,从而确保四连杆机构40不会处于死点位置,同时还可以起到支撑通过新型公路减速带100的车身的重力的作用,提高新型公路减速带100的结构强度,进一步保证车辆通过的安全性。参照图1至图3所示,限位块13可以包括四个,每个限位块13分别设在与之对应的相邻两个连杆41的连接处的下方,用以限制相邻两个连杆41之间的夹角,以确保四个四杆机构都不会处于死点位置,同时也起到承接通过减速带的车身的重力的作用。
如图2和图3所示,根据本发明的一些实施例,每个超越离合器50可以包括第四齿轮51、棘轮52和挡块转盘53。第四齿轮51可枢转地设在连杆支座11上并且与第一齿轮31啮合相连。棘轮52与第四齿轮51相连,以与第四齿轮51同步转动。棘轮52具有棘爪521,挡块转盘53上设有挡块531,在棘轮52的周向上,两个挡块531分别位于对应的棘爪521的两侧。也就是说,其中一个挡块531位于与之对应的棘爪521的前侧,另一个挡块531则位于与之对应的棘爪521的后侧。
由此,两个棘轮52在对应的第四齿轮51的带动下可以沿着同一方向枢转时,其中一个棘轮52会由于棘爪521与挡块531的配合作用带动挡块转盘53转动,其中另一个棘轮52则不会带动挡块转盘53转动,该挡块转盘53会在与之相连的第二齿轮32的带动下转动。
该结构的超越离合器50结构相对简单,可以稳定且可靠地将四连杆机构40的运动至第三齿轮33,新型公路减速带100工作可靠性高,能量转换效果好。
第二齿轮32的直径可以大于第三齿轮33的直径,第四齿轮51的直径可以小于第一齿轮31的直径。由此,不仅可以使结构更紧凑,而且使第四齿轮51以及第三齿轮33的转速更快,能量收集和能量转换效果更好。
如图3所示,新型公路减速带100还可以包括两个固联轴14,每个固联轴14的两端分别设有对应的第二齿轮32和挡块转盘53,机架10上设有轴承支座12,每个固联轴14可转动地支撑在轴承支座12上。由此,可以提高新型公路减速带100的结构稳定性,运动传递性能更稳定,可靠性更高。可选地,轴承支座12可以包括四个,四个轴承支座12可以固联于机架10的底板上,每个固联轴14与两个轴承支座12对应,并且每个固联轴14依次穿设两个轴承支座12,两个轴承支座12中的一个邻近挡块转盘53设置,两个轴承支座12中的另一个邻近第二齿轮32设置。由此,可以进一步提高新型公路减速带100的安全可靠性和性能。
参照图1至图3所示,棘轮52与第四齿轮51可以同轴固连,与机架10形成回转副,棘轮52、棘爪521和挡块转盘53等可以共同形成超越离合器50,可将第四齿轮51的单向扭矩传递给挡块转盘53。其中,两个超越离合器50传递扭矩的方向相反。每个挡块转盘53可以与对应的第二齿轮32同轴固联,固联轴14可以通过轴承与轴承支座12形成转动副。
第三齿轮33分别与两个第二齿轮32啮合,第二齿轮32和第三齿轮33分别可以形成为锥齿轮。第三齿轮33的轮轴可以沿竖直方向延伸,并且可以通过轴承与机架10的底板形成回转副,轮轴可以向下伸出机架10的底板并与惯性飞轮固连,然后通过联轴器与螺旋泵62的输入端连接。螺旋泵62的出口的高压油可以经过高压油管路64进入液压储能器61。液压储能器61可以持续储备高压油,当达到预定压力后高压油可以通过管路65进入齿轮泵63并推动齿轮泵63转动。齿轮泵63的输出转子与发电机70的输入端转子连接,齿轮泵63的机械能可以转化为发电机70的电能。
根据本发明实施例的新型公路减速带100的工作原理如下:
如图1所示,车辆从驶入方向冲压减速带板20,在驶入冲压力的作用下,两个四连杆机构40的八个连杆41开始运动,相邻两个连杆41之间的夹角逐步增大,连杆41的连接处靠向限位块13的上表面,限位块13的上表面形成为与水平面倾斜的斜面。在此过程中,第一齿轮31在连杆41的牵动下可以绕机架10上的转轴可以摆动一定角度。由于与第一齿轮31的啮合作用,第四齿轮51将产生大角度的摆动并带动与之固连的棘轮52一起摆动。
位于机架10两侧的棘轮52、棘爪521和挡块转盘53等各形成一组超越离合器50。其中一侧的超越离合器50处于合状态,另一侧的超越离合器50处于离状态,处于合状态的超越离合器50可以传递单侧的第四齿轮51由于车辆冲压而获得的扭矩,使与之相连的第二齿轮32可以获得转动运动和扭矩,并通过啮合运动将力矩和转动传递给第三齿轮33。
当车辆的车轮越过最高点进入驶离一侧时,车轮可以碾压驶离侧的四连杆机构40,从而带动第一齿轮31向着相反方向摆动,第四齿轮51则经过啮合运动获得与之前反向的大角度摆动。此时,两个超越离合器50的离合状态发生变化,之前处于合状态的超越离合器50“分离”,而不再传递力矩,而另一侧处于离状态的超越离合器50“吸合”,开始传递运动和扭矩,与之位于同一侧的第二齿轮32可以将运动和扭矩传递给第三齿轮33。
由第二齿轮32和第三齿轮33构成的传动系的啮合关系可知,虽然左右两侧的第二齿轮32间隙性反向转动,第三齿轮33获得的驱动力矩却可以始终沿一个方向。由于车辆冲压过程是短暂而激烈的,为了将冲击能用更有效的存储,在第三齿轮33的轮轴上可以固结相应的惯性飞轮。惯性飞轮可以作为储能部件,可以将短暂的冲击过程转化为第三齿轮33较为持续的转动。在过往车辆的不断冲击下,第三齿轮33可以获得更趋于持续稳定的扭矩和转速,并将持续的扭矩和转动传递给螺旋泵62,螺旋泵62通过单向自锁功能可持续向液压储能器61输入高压油。输入液压储能器61的油可以再次被加压,当达到预定压力后,液压油通过单向阀被推入齿轮泵63,使得齿轮泵63稳定高速的旋转。齿轮泵63的输出端带动发电机70产生电能,同时泄压后的油可以通过连接在发电机的出油端和螺旋泵62之间的低压油管路66再次回流进入螺旋泵62,以使油不断循环,提高了利用率,资源循环性好。
无论车流量如何变化或车辆通过的频率如何变化,所有经过新型公路减速带100的车辆的冲击能量总是可以被回收。虽然通过新型公路减速带100的车流量和通过时间都是随机的,但是液压储能器61的压力阈值却可以人为设定。当液压储能器61的内部油压达到阈值后,开启储能器泄压口的这段时间内总是可以保证发电机70能够在一段时间内获得持续稳定的转速,产生持续稳定的电能。因此,通过该方案所获得的电能稳定性好、可利用性高。
此外,新型公路减速带100可以通过调整连杆支座11以及四连杆机构40的尺寸实现整体尺寸和形状的改变,在保持减速带几何高度的同时可以通过改变减速带的上、下坡的形状来缓冲和吸收冲击能量,实现了在保持减速带减速特性的同时避免了过大冲击,从而提升了车辆通过的安全性。
下面结合图5进一步定量的分析车辆经过减速带时的运动传递情况。在图5中,各符号分别代表的含义如下:l为连杆41的长度,h为第一齿轮31的安装高度,L为第一齿轮31的安装中心与连杆支座11的水平距离,R为第一齿轮31与连杆41的连接点与第一齿轮31的中心之间的距离,为第一齿轮31上固结的两个连杆41之间的夹角,θ为第一齿轮31的中心与连杆支座11的中心的连线与竖直方向的夹角,β为四连杆机构40到达死点位置时四连杆机构40所形成三角形的一个内角(由于限位块13和扭转弹簧的作用,四连杆机构40在实际工作过程中不能达到死点,这里为了做近似计算,假设死点位置是四连杆机构40可达的极限位置),α为四连杆机构40达到极限位置时第一齿轮31与连杆41连接点与第一齿轮31的中心之间的连接与竖直方向的夹角。
由图5可知,第一齿轮31摆动过程中,两个四连杆机构40分别达到极限位置时对应的角度范围为第一齿轮31的工作范围,故第一齿轮31的摆动角度为:
其中,α=π-θ-β, θ = a r c t a n L h , β = a r c c o s R 2 + h 2 + L 2 - 4 l 2 2 R h 2 + L 2 .
设定第一齿轮31与第四齿轮51之间的传动比为i1,第二齿轮32与第三齿轮33的传动比为i2,每天有Q辆四轮汽车经过新型公路减速带100,每一辆车通过新型公路减速带100的平均时间为t,减速带中惯性飞轮的转动惯量为I,转动动能从惯性飞轮到发电系统的能量转化率为η。那么根据系统运动传递关系、惯性飞轮的储能表以及能量转化效率可知,汽车冲击新型公路减速带100的过程由于四连杆机构40运动而将能量回收并通过液压系统和发电机70进行转化,则每日新型公路减速带100可以转化的电能可以表示为:
W = 0.5 I ( 4 i 1 i 2 Δ α t ) 2 Q η
需要指出的是,根据本发明实施例的新型公路减速带100不仅可以回收由运动产生的能量,也可以通过惯性飞轮储存汽车冲击减速带时损失的能量。因此,系统实际转化的能量将远大于 W = 0.5 I ( 4 i 1 i 2 Δ α t ) 2 Q η , 转化效率很高。
综上所述,根据本发明实施例的新型公路减速带100具有两个显著优点:(1)在保持减速带垂直加速度恒定的同时,通过四连杆机构40缓冲车辆的水平冲击力,从而提升汽车安全性。(2)通过四连杆机构40、齿轮传动系统、超越离合器50、惯性飞轮、液压系统和发电机70,将车辆通过减速带损耗的脉冲式机械能转化为持续稳定的电能,可进一步通过储电设备为道路两侧电气设备供电。
该新型公路减速带100可应用于高速公路收费站等车流量大且需要限速的区域,在限制车速的同时将车流损失的机械能转化为电能,绿色环保,具有广阔的应用前景。
根据本发明实施例的新型公路减速带100的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的,在此不再详细描述。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。
在本说明书的描述中,参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种具有能量回收和转换功能的新型公路减速带,其特征在于,包括:
机架,所述机架的两端分别设有连杆支座;
两个四连杆机构,两个所述四连杆机构分别与对应的所述连杆支座铰接;
适于与车轮接触的减速带板,所述减速带板的两端支撑在两个所述四连杆机构上;
两个第一齿轮,两个所述第一齿轮可枢转地设在对应的所述连杆支座上且每个第一齿轮分别铰接在对应的所述四连杆机构的中间两个连杆之间;
两个超越离合器,两个所述超越离合器分别设在对应的所述连杆支座上,每个所述超越离合器分别具有合状态和分状态且在所述车轮经过所述第一齿轮所在位置时发生状态切换,两个所述超越离合器在同一时间分别处于不同的状态;
两个第二齿轮,两个所述第二齿轮可枢转地与对应的超越离合器相连;
第三齿轮,所述第三齿轮与两个所述第二齿轮同时啮合相连,所述第三齿轮在与处于合状态的所述超越离合器相连的所述第二齿轮的带动下转动且驱动与处于分状态的所述超越离合器相连的所述第二齿轮转动;
液压系统,所述液压系统设在所述机架上且与所述第三齿轮相连,以在所述第三齿轮的带动下运行;
发电机,所述发电机设在所述机架上且与所述液压系统相连,以在所述液压系统的带动下运行产生电。
2.根据权利要求1所述的新型公路减速带,其特征在于,所述第三齿轮通过轮轴与所述液压系统相连,所述轮轴上设有惯性飞轮。
3.根据权利要求2所述的新型公路减速带,其特征在于,所述液压系统包括:
液压储能器,所述液压储能器设有预定压力;
螺旋泵,所述螺旋泵内设有油,所述螺旋泵与所述第三齿轮相连,以在所述第三齿轮的带动下将油泵入所述液压储能器;
齿轮泵,所述齿轮泵连接在所述液压储能器与所述发电机之间,所述液压储能器在内部油压达到预定压力时适于将油泵入所述齿轮泵且所述齿轮泵适于在所述液压储能器将油泵入所述齿轮泵时运转,以带动所述发电机运行。
4.根据权利要求3所述的新型公路减速带,其特征在于,所述预定压力为0.1MPa-10MPa。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的新型公路减速带,其特征在于,每个所述超越离合器包括:
第四齿轮,所述第四齿轮可枢转地设在所述连杆支座上且与所述第一齿轮啮合;
棘轮,所述棘轮与所述第四齿轮相连,以随所述第四齿轮同步转动,所述棘轮具有棘爪;
挡块转盘,所述挡块转盘与所述第二齿轮相连,所述挡块转盘上设有挡块,在所述棘轮的周向上,两个所述超越离合器的两个所述挡块分别位于对应的所述棘爪的两侧。
6.根据权利要求5所述的新型公路减速带,其特征在于,所述第二齿轮的直径大于所述第三齿轮的直径,所述第四齿轮的直径小于所述第一齿轮的直径。
7.根据权利要求5所述的新型公路减速带,其特征在于,所述第二齿轮和所述第三齿轮分别形成为锥齿轮,所述第三齿轮的轮轴沿竖直方向延伸,所述第二齿轮与所述挡块转盘通过沿水平方向延伸的固联轴相连,所述机架上设有轴承支座,所述固联轴可转动地支撑在所述轴承支座上。
8.根据权利要求1所述的新型公路减速带,其特征在于,还包括限位块,所述限位块设在所述机架上且位于所述四连杆机构下方,以对所述四连杆机构进行限位。
9.根据权利要求1所述的新型公路减速带,其特征在于,还包括:多个扭转弹簧,所述四连杆机构的相邻两个所述连杆的连接处设有所述扭转弹簧。
10.根据权利要求1所述的新型公路减速带,其特征在于,每个所述四连杆机构中的四个连杆长度相同。
11.根据权利要求1所述的新型公路减速带,其特征在于,所述减速带板包括多个间隔开设置的板体,多个所述板体的延伸方向平行设置且每个所述板体的上表面形成为弧形面。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的新型公路减速带,其特征在于,所述机架与所述连杆支座一体形成。
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