CN106382194B - 一种群组式减速带发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减速带发电装置，包括：用于将汽车通过减速带时对减速带下压的位移转换放大，并输出的行程放大部分；用于将行程放大部分输入的放大位移转换为水的势能，并输出的能量转换部分；用于将能量转换部分输入的水的势能转换为电能，并存贮的发电储电部分。能量转换部分包括液压传输机构，液压传输机构连接供水机构和蓄水机构；每条减速带配置独立的行程放大部分及液压传输机构，多条减速带共用一套供水机构、蓄水机构和发电储电部分。本发明结构简单，将汽车经由减速带下压的能量收集用于发电，能量转换率高；多条减速带共用一套供蓄水机构和发储电部分，节约了成本和空间；整个发电过程稳定高效，绿色无污染，可持续使用，安全可靠。

Description

一种群组式减速带发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种用于小区、停车场减速带、高速路收费站减速区的群组式减速带发电装置。

背景技术

随着人类社会的不断进步，人们的发展渐渐的开始受到“能源危机”和“环境破坏”的威胁。电是使用最广泛的清洁的、可再生的能源，电将是解决这些难题最好的方法，但现在产生电最普遍有效的方式如火电、水电、核能等都对环境造成严重破坏，而且火电还消耗不可再生资源。为此，就想到利用被汽车压的减速带来发电。

减速带也叫减速垄，是安装在路面上使经过的车辆减速的交通设施，一般以黄色黑色相间以引起视觉注意，使路面稍微拱起以达到车辆减速目的，通常设置在公路道口、工矿企业、学校、住宅小区入口等需要车辆减速慢行的路段和容易引发交通事故的路段，是用于减速机动车、非机动车行使速度的新型交通专用安全设置。减速带很大程度减少了各交通要道口的事故发生，是交通安全的新型专用设施。汽车在行驶中既安全又起到缓冲减速目的，提高交通道口的安全。上海现有的普通小区和地下停车场，每日的进出车次约为4000次，通过计算，通过碾压一根减速带一天可以发6度电，可以供20盏40瓦的路灯工作7.5小时。

在汽车通过减速带的过程中，会消耗一定的能量，将这些能量收集起来，可以再次利用，且累积起来的能量相当可观。

专利CN104454412A公开一种减速带发电照明装置，包括依次连接的动能接收装置、动能传动装置、能量转化装置、电能储存装置、逆变器和路灯，所述动能接收装置包括减速踏板、齿条、齿轮、弹性部件和棘轮装置，其中减速踏板设置在道路表面，齿条和弹性部件均垂直连接在减速踏板底部，齿条向下运动时与齿轮啮合，齿轮通过齿轮轴与棘轮装置连接，在弹性部件上设有避震器。本发明利用机动车压动安装在路面上的减速带踏板，将机动车从行驶速度减速到低速状态过程中，需要减掉的动能转化为电能：具体是利用齿轮等将机动车的动能传动给发电机，发电机再将动能转化成电能，最后通过相关电路将其转化为220V、50Hz市电，从而实现对路灯的供电。

以上以及类似的已有发明仍存在较大的缺点，制约了产品的市场化，主要的不足有：

1、减速带单次发电，其中的弹性部件只做负功，大大浪费了汽车带来的能量；

2、对装置缺少保护。由于车辆的体积重量的不同，不同的车辆通过装置时产生的重量不同。当大型集卡通过减速带时，适当的保护装置可以保护整个装置不因瞬间过大的能量而造成损伤；

3、减速带的上下位移较小，其输出直接传递给齿条齿轮，没有有效地利用放大原理，虽然整个装置装有弹性装置和避震装置，但减速带瞬时的下压对齿轮齿条的冲击很大，整个齿轮结构很容易损坏；

4、能量产生过程不稳定。

5、有出现同一地点有多条减速带的情况，动能接收装置、动能传动装置、能量转化装置、电能储存装置会显得浪费。多条减速带并列排放的情况极为常见，如住宅小区大门处、停车场减速带的区域，如果每条减速带配备独立的动能接收装置、动能传动装置、能量转化装置、电能储存装置，会造成空间浪费和成本增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单高效，能够将减速带位移转换放大，并且能将能量收集后稳定释放，完成发电、储电、供电，同时能将多条减速带并联利用的群组式减速带发电装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种减速带发电装置，其特征在于：包括：

用于将汽车通过减速带时对减速带下压的位移转换放大，并输出的行程放大部分；

用于将行程放大部分输入的放大位移转换为水的势能，并输出的能量转换部分；

用于将能量转换部分输入的水的势能转换为电能，并存贮的发电储电部分；

能量转换部分包括液压传输机构，液压传输机构连接供水机构和蓄水机构；

每条减速带配置独立的行程放大部分及液压传输机构，多条减速带共用一套供水机构、蓄水机构和发电储电部分。

优选地，所述行程放大部分包括减速带，减速带下方地面挖空并与弹簧固定连接，减速带与车轮位置相对应处下平面固接两个滑轨，两个滑轨与四连杆滑块机构中部关节处的滑块连接；四连杆滑块机构的一端固定、另一端通过滑杆连接剪叉机构一侧，剪叉机构另一侧连接所述能量转换部分。

更优选地，所述弹簧中间设有用于防止弹簧受力弯折的对镶的套杆。

更优选地，所述四连杆滑块机构包括四根连杆，四根连杆内部通过三个滑块依次连接且两端分别连接铰链和滑杆一端；两侧的两个滑块可以在滑轨上面单自由度滑动，中间一个滑块设于另一独立的滑道上；初始状态，四连杆滑块机构为弯曲布置。

更优选地，所述剪叉机构一侧的两根连杆分别连接滑杆另一端、转动副，剪叉机构另一侧的其中一根连杆连接所述能量转换部分。

优选地，所述减速带受到汽车通过时产生的重力被下压，弹簧压缩变形，与减速带固接的滑轨向下移动行程S1，滑块被压，迫使四连杆滑块机构趋于直线状态，则其末端的滑杆产生一个放大了的移动行程S2，移动行程S2通过滑杆传递到剪叉机构的一侧移动端，剪叉机构另一侧会产生一个再次被放大的移动行程S3，这个移动行程S3输出至所述能量转换部分。

优选地，所述能量转换部分的供水机构为下水箱；

所述能量转换部分的蓄水机构为被抬高的上水箱及用于将上水箱抬高的抬高管路；

所述能量转换部分的液压传输机构包括相对设置的两个液压缸，两个液压缸的活塞通过同一根由所述剪叉机构输出带动的推拉杆连接；两个液压缸分别通过均带有第一单向阀的管路连接到上水箱的抬高管路，两个液压缸还分别通过均带有第二单向阀的管路连接到下水箱；通过第一单向阀的水只能从液压缸流向上水箱，通过第二单向阀的水只能从下水箱流向液压缸；

多条减速带的共用一套上水箱、抬高管路及下水箱。

优选地，所述剪叉机构输出的放大位移传递给推拉杆，推拉杆将液压缸内的水压入被抬高的上水箱中，上水箱中的水达到设定高度后释放到发电储电部分，发完电后的水回流入下水箱，然后又被压入液压缸中，如此反复循环不断产生电能。

优选地，所述发电储电部分包括水力发电机装置和锂电池组，水力发电装置上接被抬高的上水箱、下接回流的下水箱。

优选地，通过水力发电装置将水力势能转换为电能，并存贮在锂电池组中。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明结构简单新颖，整体装置藏于地下，不占用路面。

2、采用了先将汽车经由减速带的能量转换成水的势能再稳定释放的能量释放方式，稳定可靠。并且可以通过调节弹簧力的大小调节减速带上下位移大小，可操作性和适应性很高。

3、由于结构简单，做到了减速带上下两个方向的行程都对液压缸做功发电，并且弹簧的刚度系数决定了减速带极限位置的承重量，产生的电能和通过汽车的重量成正比，能量转换率高。

4、由于采用了弹簧和液压活塞缸，有效地增大了阻力，并且减速带的下沉运动可以减轻对车子本身和车内人员的震动，起到了保护作用。

5、能量转换部分由于先将一定量的水抬高后，再稳定释放，这样整个发电过程就很稳定，对器件的损害小。

6、能量转换过程用水作为中转介质，损耗小、效率高。整个过程绿色无污染，可持续使用，无需人工辅助，安全可靠。

7、多条减速带采用并联的液压回路，共用一套供水机构、蓄水机构和发电储电部分，起到储蓄的电能更多的作用，节约了成本和空间，效率得到提高。

附图说明

图1为本实施例提供的减速带发电装置的总装配图；

图2为行程放大部分示意图；

图3为单组能量转换部分结构示意图；

图4为多组液压传输机构并联结构示意图；

图5为四连杆滑块机构简图；

图6为剪叉机构简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施例提供的群组式减速带发电装置示意图，所述的群组式减速带发电装置主要由行程放大部分、能量转换部分、发电储电部分三部分组成。

行程放大部分的作用是把汽车通过减速带时对减速带下压的少量位移转换放大，并输出给能量转换部分。

能量转换部分的作用是将行程放大部分输入的放大位移转换为水的势能，并输出给发电储电部分。

发电储电部分的作用是将能量转换部分输入的水的势能转换为电能，并存贮。

能量转换部分包括液压传输机构，液压传输机构连接供水机构和蓄水机构。

每条减速带配置独立的行程放大部分及液压传输机构，多条减速带共用一套供水机构、蓄水机构和发电储电部分。

一、行程放大部分

结合图2，行程放大部分主要包括减速带1、与减速带连接的滑轨18、四连杆滑块机构2和剪叉机构3。

减速带1下方地面挖空，与五对弹簧7固定连接，弹簧7中间有对镶的套杆，防止弹簧受力弯折，减速带1下平面固接两个滑轨18。

结合图5，四连杆滑块机构2包括4根连杆，4根连杆内部通过三个滑块21依次连接，两端分别连接铰链19和滑杆9一端。两侧的两个滑块21可以在滑轨18上面单自由度滑动，中间一个滑块21设于另一独立的滑道上。初始状态，四连杆滑块机构2的各连杆之间呈一定夹角布置。滑杆9仅可水平移动。

结合图6，剪叉机构3包括多根连杆，各连杆两两交叉铰接为一组，各组之间再通过连杆端部铰接。剪叉机构3一侧的两根连杆分别连接滑杆9另一端、转动副20，剪叉机构3另一侧的其中一根连杆连接与推拉杆12固结的三角块17。

图4和图5中，IN表示输入方向，OUT表示输出方向。

行程放大部分的工作过程是：减速带1受到汽车通过时产生的重力被下压，弹簧7压缩变形，与减速带固接的滑轨18向下移动行程S1，滑块21被压，迫使四连杆滑块机构2趋于直线状态，则其末端的滑杆9就会有一个放大了的移动行程S2，其行程S2传递到剪叉机构3的一侧移动端，由于剪叉机构3这一侧的另一端与转动副20连接，所以剪叉机构3另一侧就会产生一个再次被放大的移动行程S3，这个行程就是推拉杆12来回移动的行程。

汽车完全通过减速带1后，由于弹簧7弹性势能的释放，减速带1上移复位，滑轨18上移，滑块21被拉，迫使四连杆机构弯曲复位，则其末端滑杆9和剪叉机构3亦会复位。

减速带1整体可以下沉，既起到了警示减速的效果，又可以有效地减少刚性冲击给车内人员带来的不适感。减速带1采用的是现有的橡胶减速带，因为其下方挖空，所以为加强其刚性，在其下方固接一块大小合适的钢板，厚约10mm，钢板再和所需的弹簧7和对镶的套杆固接。并且在钢板的上下安装限位块，防止减速带下沉过多导致整个装置的损坏。

减速带下接五对弹簧，根据不同重量的汽车压过，减速带上下运动行程不同，即通过二级放大后的输出行程也不同，转换能量的多少也不同。

剪叉机构3在末端输出，受到的应力较大，需要用高强度材料，其中连接的螺栓要有良好的耐磨性和强度。

四连杆滑块机构8有三段是和滑轨18配合连接的，由于滑块21不仅受到压力还受到拉力，所以要限制它们四个方向的运动，根据设计只能沿着滑轨来回移动，滑块和滑轨的结构类似于机床上的直线导轨的设计，四根连杆会受到瞬时的冲击，所以要用高强度的材料，其铰接的螺栓要有良好的耐磨性和强度。在各转动副和滑动副上需要加上润滑油。

以3条减速带为例，各减速带分别连接一套行程放大部分。为避免干涉，中间减速带的对应的剪叉机构输入端在长度上加长。

二、能量转换部分

结合图3，能量转换部分主要包括液压传输机构，液压传输机构连接供水机构和蓄水机构。

供水机构为下水箱5；

蓄水机构为被抬高的上水箱11及用于将上水箱11抬高的抬高管路13。

液压传输机构包括一对液压缸4、14；一对液压缸4、14之间通过一根由剪叉机构输出带动的推拉杆12连接。液压缸4通过带有单向阀23的管路连接到被抬高的上水箱11，液压缸4还带有单向阀22的管路连接到下水箱5。液压缸14通过带有单向阀16的管路连接到被抬高的上水箱11，液压缸4还带有单向阀15的管路连接到下水箱5。

四个单向阀及其管路保证水的流向固定不变。通过单向阀16、23的水只能流向上水箱11，通过单向阀22的水只能流向液压缸4，通过单向阀15的水只能流向液压缸14。

推拉杆12的两端各连接一活塞，两活塞分别设于液压缸4、14内。两个液压缸4、14在压出水和压进水两个功能之间转换，压出的水进入到被抬高的上水箱11，压进的水来自发电完后回流入下水箱5的水。

行程放大部分输出的放大位移传递给推拉杆12，推拉杆12把液压缸4、14内的水压入被抬高的上水箱11中，等能量积攒一定程度后释放到水力发电装置10中发电并储存，发完电后的水回流入下水箱5，然后又被压入液压缸中，如此反复循环不断产生电能。

以一个液压缸14为例具体说明。减速带1受压，推拉杆12受力把液压缸14中的水压出，水流顺着单向阀16的方向流动进入上水箱11中。当汽车完全通过，弹簧7复位，推拉杆12反向运动，水从下水箱5经单向阀15被压入液压缸14中，如此反复循环。单向阀15、16能够使得进入上水箱11的水不倒流，和活塞缸14出水不进入下水箱5中，即使得整个水管回路定向输水。

结合图4，以3条减速带为例，各减速带的行程放大部分的剪叉机构3分别连接各自的推拉杆12，再分别通过一套液压传输机构连接到同一上水箱11的抬高管路13及其同一下水箱5。即多条减速带的共用一套上水箱11、抬高管路13及下水箱5。

根据市场调查和计算，符合设计的水力发电机需要的起始压强为0.05Mp，所以设计的上水箱11的离地高度大约为6.5m，并且整体水箱是全封闭的，当水被压进水箱时，封闭的空间就会产生一个压强，这样就可以增大水流进入水力发电机的压强，效率更高。

两个液压缸4、14在运转过程中压力始终在变化，所以它们的密封性要好，内部的活塞需要添加三层密封环。

被抬高的上水箱11，与就近的建筑固接在一起，由于水管是柔性可变的，高度可以随着水力发电机的启动压强和额定压强来改变。

上水箱11中装有水位控制装置，当水量到达设计高度时自动打开下水口，水流进入水力发电装置10。

三、发电储电部分

发电储电部分包括水力发电机装置10和锂电池组，水力发电装置10上接被抬高的上水箱11，下接回流的下水箱5。通过水力发电装置10将水力势能转换为电能，并存贮在锂电池组中。锂电池组的电能供给附近的路灯24用电。

整个装置通过弹簧和液压缸有效地减少了汽车在冲击减速带时的震动。

综上所述，本发明的整个工作过程为：

减速带1受到汽车通过时产生的压力，向下位移S1，其下方弹簧被7压缩，四连杆滑块机构8受压，其末端的滑杆9向外移动S2并带动剪叉机构3运动，剪叉机构3的末端位移S3带动液压缸4、14的推拉杆12运动，推拉杆12推动活塞，将液压缸14中的水通过单向阀16送到上水箱11中，而下水箱5中的水通过单向阀22被压入液压缸4中。当汽车前(后)轮完全通过，弹簧7释放能量复位，减速带1下的滑轨18拉动滑块21使四连杆滑块机构8复位同时，剪叉机构3也复位，此时液压缸4中的水通过单向阀23被压入上水箱11中，下水箱5中的水通过单向阀15被压入液压缸14中。如此往复循环，起初下水箱5和液压缸4、14中都充满了水，而上水箱11空着，当上水箱11中水位到达一定高度后，上水箱11下端开口自动打开通过下水管进入到水力发电装置10，最后回流到下水箱5中。

据统计：一线城市中型小区每天进出车辆约300辆，则每条减速带每天有600辆车出入经过，每辆车压减速带2次，有三条减速带，则一共发电3600次，通过计算，通过碾压三根减速带一天可以发18度电，可以供60盏40瓦的路灯工作7.5小时，大大提高了能源的利用效率，且绿色环保。

Claims (8)

1.一种群组式减速带发电装置，其特征在于，包括：

用于将汽车通过减速带时对减速带下压的位移转换放大并输出的行程放大部分；

用于将行程放大部分输入的放大位移转换为水的势能并输出的能量转换部分；

用于将能量转换部分输入的水的势能转换为电能并存贮的发电储电部分；

能量转换部分包括液压传输机构、供水机构和蓄水机构，液压传输机构连接供水机构和蓄水机构；

每条减速带配置独立的行程放大部分及液压传输机构，多条减速带共用一套供水机构、蓄水机构和发电储电部分；

所述行程放大部分包括减速带(1)，减速带(1)下方地面挖空并与弹簧(7)固定连接，减速带(1)与车轮位置相对应处下平面固接两个滑轨(18)，两个滑轨(18)与四连杆滑块机构(2)中部关节处的滑块(21)连接；四连杆滑块机构(2)的一端固定、另一端通过滑杆(9)连接剪叉机构(3)一侧，剪叉机构(3)另一侧连接所述能量转换部分；

所述能量转换部分的供水机构为下水箱(5)；

所述能量转换部分的蓄水机构为被抬高的上水箱(11)及用于将上水箱(11)抬高的抬高管路(13)；

所述能量转换部分的液压传输机构包括相对设置的两个液压缸，两个液压缸的活塞通过同一根由所述剪叉机构(3)输出带动的推拉杆(12)连接；两个液压缸分别通过均带有第一单向阀的管路连接到上水箱(11)的抬高管路(13)，两个液压缸还分别通过均带有第二单向阀的管路连接到下水箱(5)；通过第一单向阀的水只能从液压缸流向上水箱(11)，通过第二单向阀的水只能从下水箱(5)流向液压缸。

2.如权利要求1所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述弹簧(7)中间设有用于防止弹簧(7)受力弯折的对镶的套杆。

3.如权利要求1所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述四连杆滑块机构(2)包括四根连杆，四根连杆内部通过三个滑块(21)依次连接且两端分别连接铰链(19)和滑杆(9)一端；两侧的两个滑块(21)可以在滑轨(18)上面单自由度滑动，中间一个滑块(21)设于另一独立的滑道上；初始状态，四连杆滑块机构(2)为弯曲布置。

4.如权利要求3所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述剪叉机构(3)一侧的两根连杆分别连接滑杆(9)另一端、转动副(20)，剪叉机构(3)另一侧的其中一根连杆连接所述能量转换部分。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述减速带(1)受到汽车通过时产生的重力被下压，弹簧(7)压缩变形，与减速带(1)固接的滑轨(18)向下移动行程S1，滑块(21)被压，迫使四连杆滑块机构(2)趋于直线状态，则其末端的滑杆(9)产生一个放大了的移动行程S2，移动行程S2通过滑杆(9)传递到剪叉机构(3)的一侧移动端，剪叉机构(3)另一侧会产生一个再次被放大的移动行程S3，这个移动行程S3输出至所述能量转换部分。

6.如权利要求5所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述剪叉机构(3)输出的放大位移传递给推拉杆(12)，推拉杆(12)将液压缸内的水压入被抬高的上水箱(11)中，上水箱(11)中的水达到设定高度后释放到发电储电部分，发完电后的水回流入下水箱(5)，然后又被压入液压缸中，如此反复循环不断产生电能。

7.如权利要求6所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：所述发电储电部分包括水力发电装置(10)和锂电池组，水力发电装置(10)上接被抬高的上水箱(11)、下接回流的下水箱(5)。

8.如权利要求7所述的一种群组式减速带发电装置，其特征在于：通过水力发电装置(10)将水力势能转换为电能，并存贮在锂电池组中。