CN108547747A - 基于液压的多级减速带能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液压的多级减速带能量收集装置，包括能量收集模块、储能发电模块两大部分组成；能量收集模块中，设有多组不同规格的液压缸，实现对不同重量的机动车通过减速器时产生的机械能进行收集；设置多层液压缸及弹簧支持，并根据杠杆原理设计出能够自动按压分级的液压能收集减速带装置，同时又能通过调节液压缸在杠杆机构中的位置，使得收集到的液压能相对恒定；储能发电模块中，设有两个大容量蓄能站根据储存压力的情况，由PLC控制交替地吸收及释放液压能，达到对液压马达的长时间稳定供流，也使得同步发电机转速相对恒定，极大地提高了发电效率。

Description

基于液压的多级减速带能量收集装置

技术领域

本发明属于机械设计领域及能量回收领域，具体涉及一种基于液压的多级减速带能量收集装置。

背景技术

在中国社会日益发展的今天，公路交通里程大幅度增长，国民汽车保有量也大幅度攀升，车辆超速行驶造成的交通事故也显著增加。减速带作为一种强制性的道路交通安全设施，对遏制交通事故的发生发挥了重要作用。而机动车通过减速带时振动能量没有加以利用，会造成能量的白白流失。道路减速带发电装置利用车辆经过减速带时所产生的能量，可以充分保障道路路灯、信号灯、指示牌的供电。

中国专利CN204436710U公布了一种新型节能压电减速带式能量回收系统，该系统在减速带本体的下端设有两个与减速带本体垂直的油缸内作为油缸的柱塞，油缸的出油孔连通一个液压马达。当行驶车辆经过减速带时，减速带在车辆重力的压力下向下运动，带动油缸柱塞向下运动，被挤出的高压液压油经液压马达形成发电的动力。但是由于未对车辆的压力进行分级考虑，导致无论轻型车辆还是重型车辆经过减速带时所发出的电能都是一样的，然而重型车辆经过减速带时大部分机械能被浪费掉了，所以能量捕捉效率较低。

中国专利CN205135928U提供了一种车辆减速带发电系统的换能装置，包括减速带、减速带安装板、液压缸、底座等。减速带固定于减速带安装板上，上支座固定于减速带安装板上，上支座通过下支座的约束，下支座固定于底座，液压缸固定于底座中部，液压缸上端的活塞杆安装于减速带安装板，在减速带安装板与底座之间设有弹簧。利用车辆的冲击能进行发电。但是车辆是间歇碰撞的，导致液压马达转动不稳定，所以发电效率较低。

目前减速带能量收集装置，普遍存在结构复杂，不便于推广应用，能量释放不稳定，转化效率低，适用压力范围小等问题。针对上述问题，本发明设计了一种结构简单，便于安装，平稳长效发电，能量转化高效的分级蓄能减速带发电装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于液压的多级减速带能量收集装置，包括能量收集模块、储能发电模块两大部分组成；能量收集模块中，设有多组不同规格的液压缸，实现对机动车通过减速器时产生的机械能的收集；设置多层液压缸及弹簧支持，并根据杠杆原理创新性地设计出能够自动按压分级液压能收集的减速带装置，同时又能通过调节液压缸在杠杆机构中的位置，使得收集到的液压能相对恒定，而不会产生多种不同的液压力；设有防撞前板及弹簧缓冲装置，并用液压原理收集能量，能够有效地减小冲击振动，提高整体机械装置的寿命；储能发电模块中，设有两个大容量蓄能站根据储存压力的情况，由PLC控制交替地吸收及释放液压能，达到对液压马达的长时间稳定供流，也使得同步发电机转速相对恒定，极大地提高了发电效率。改装置安装方便，适用性更广，只要有车辆通过即可发电，可广泛应用于隧道、地下停车场、加油站、高速公路进出口等环境；相比风能、太阳能等发电装置，可以忽略天气等因素对发电能力的影响。

本发明的技术方案是：

一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，包括减速能量收集模块、储能发电模块；

所述减速带能量收集模块包括前板一、前板二、压板、基座、小液压缸、大液压缸、支撑回位装置、轨道、支撑座；

所述一组大液压缸下端安装于一组轨道之上，大液压缸的活塞杆末端与支撑座相连，支撑座9上沿与压板3下侧面留有间隙；间隙距离是40～50mm；所述一组小液压缸下侧用铰链与基座第二层台阶面相连，小液压缸活塞杆用铰链与压板相联，所述小液压缸对称布置在基座之上；

所述支撑回位装置包括弹簧，限位支座，弹簧导向柱；所述限位支座通过螺栓固定在基座最下层台阶面上，所述弹簧导向柱通过螺栓固定于压板下侧；

所述储能发电模块包括集流阀一，集流阀二、单向阀一、单向阀二、过滤器一、过滤器二、过滤器三、溢流阀、三位三通电磁阀、手动泄压阀一、手动泄压阀二、蓄能站一、蓄能站二、压力传感器一、压力传感器二、二位二通电磁阀一、二位二通电磁阀二、调速阀、马达、油箱、变速器及发电机；

所述一组大液压缸下油腔和一组小液压缸下油腔分别通过一个集流阀一、集流阀二汇成同一油路，依次通过单向阀二，三位三通电磁阀，进入并联的两个蓄能支路A和蓄能支路B；两支路出口汇集后再通过调速阀连入液压马达，液压马达出口接入油箱；

所述液压马达带动变速器及发电机进行发电；

其中蓄能支路A从三维三通电磁阀出口接入，依次通过手动泄压阀一、蓄能站一，压力传感器一，二位二通电磁阀一接入调速阀入口；

其中蓄能支路B从三维三通电磁阀出口接入，依次通过手动泄压阀二、蓄能站二，压力传感器二，二位二通电磁阀二接入调速阀入口。

前板一，前板二并排布置于基座最高层台阶面上，前板一，前板二与基座及压板形成铰链结构，使压板可以在小角度范围内旋转。

小液压缸、大液压缸均为单作用式液压缸。

小液压缸、大液压缸以及支撑回位装置的上端依次距压板下面0mm、40mm、60mm，使得压板可以在轻型车辆经过时驱动小液压缸，重型车辆经过时驱动大液压缸收集能量，而支持回位装置可以限定压板的极限下压位置，保护发电装置，实现分级蓄能。

轨道安装于基座的底层台阶面上，大液压缸安装于轨道之上。

压板、小液压缸、大液压缸形成杠杆机构，根据不同道路场景统计数据中轻重型车辆的比例，调节大液压缸在轨道上的水平位置，以调节各液压缸的行程比例，并实现小液压缸、大液压缸中的压力相等。

一组小液压缸，一组大液压缸分别用集流阀一、集流阀二汇成一路。

蓄能支路设置两个及两个以上，由PLC控制交替储能。

三位三通电磁阀，二位二通电磁阀一，二位二通电磁阀二的通断电是由PLC控制器根据压力传感器一、压力传感器二测得的压力值进行控制开闭的(现有技术，常规控制电路)，使得蓄能站在一定工作压力范围内依次为液压马达供油，使经过液压马达的流量稳定，发电机转速恒定，提高发电效率。

液压马达接变速器增速后，高速平稳地带动发电机进行发电，使得小流量高压液压油液压马达长时间平稳运转，保证发电机转速恒定，长期高效供电。

本发明由于采用了以上技术方案，具有以下优点：

1、减速带设置多层支撑，根据受力的大小，自动改变减速带的支撑结构；实现对轻重不同的车辆自动进行分级蓄能，有效地提高了能量的收集效率；特别是当重型车辆经过时，单次下压所收集的能量达到同类产品的4-5倍。

2、减速带利用杠杆原理，实现两级压力的统一，使大小液压缸所排出液压油的压力相等，解决了液压系统内部产生的多级压力突变问题，同时也有效地降低了液压缸的尺寸，降低制造成本。

3、减速带利用多个蓄能站进行交替储能，方便维护；同时，多个大容量的蓄能站并联循环供油，使得发电时液压马达流量稳定，交流同步电机转速也相对稳定，有效地提高了发电效率。

4、减速带能量收集装置采用重力式的自动响应装置，灵敏迅速；同时又省了去各种电气的传感元件，使得装置安全可靠，结构简单，经济实用。

5、减速带采用弹簧及液压系统，在能量收集的同时减少对机械装置的冲击，提高减速带的整体寿命，也减少由于长期冲击振动对路面造成的损伤。

6、整个减速带可以进行模块化设计，安装方便，易于维护，具有良好的适用性；可以有效地在各种场景使用，如地下停车场、加油站、码头及高速公路进出口、学校门口等车流量大的场合。

附图说明

图1为本发明装置的总体结构示意图；

图2为能量收集模块轴侧视图；

图3为能量收集模块主视图；

图4为能量收集模块左视图。

具体实施方式

为了说明减速带工作原理，下面结合所附的液压图和机械图对本发明进行详细描述。这里仅以轻重两种车辆对应的大小两种液压力、两组大小液压缸以及两组蓄能站为例进行说明。

1.将减速带能量收集模块整体放入所需安装减速带的位置，并联接好液压管路及发电装置，调试后确保各个元件正常；

2.初始设置时，三位三通电磁阀18左位接通，连接蓄能站一20，关闭二位二通电磁阀一22和二位二通电磁阀二26，此时液压马达28静止，发电机32不发电；

3.所设计的减速带能量收集模块分为两部分，第一部分为前板一1和前板二2，主要用来承受机动车对于减速带的冲击，使车辆重心升高并减速；第二部分为能量收集部分，在车辆重力的作用下，使得压板3向下推进，作用于压板3的两组液压缸5、6以及支撑回位装置7上的弹簧，随后液压系统开始工作；

4.当轻型车通过减速带压板3时，由于车重较轻，仅能压动支持回位装置7上的弹簧以及小型液压缸5,此时活塞的下降高度为40-50mm，最终压板3停止于大液压缸6的顶端，小液压缸5下腔高压油液经集流阀二12、单向阀二17、三位三通电磁阀18左位、手动泄压阀一19，流入蓄能站一20；

5.当重型车通过减速带时，由于车重较重，同时压动小型液压缸5和大型液压缸6的活塞向下运动，此时压板3前沿的下降高度为60-70mm,最终压板3停止于支持回位装置7的固定支持面上，大小液压缸5、6下腔高压油液分别经集流阀二12和集流阀一11、单向阀二17、三位三通电磁阀18左位、手动泄压阀一19，流入蓄能站一20；

6.当车辆离开减速带后，大小单作用液压缸5、6活塞自动回弹，压板3也在支持回位装置7上弹簧的作用下向上回升，止于减速带前板一1和前板二2下侧的止动面处，同时各液压缸下腔形成真空，低压油液从油箱30经过滤器一14、单向阀一13、集流阀一11及集流阀二12，流向各液压缸下腔，完成一个能量收集的工作循环；

7.其中单向阀一13的作用是防止高压油液流向油箱30，单向阀二17的作用是防止高压油液由蓄能站一20、蓄能站二24流回至液压缸5、6；

8.当压力传感器一21的压力达到蓄能站一20最大工作压力的95％时，切换三维三通阀18的方向，使其右位接通蓄能站二24，此时蓄能站一20保压，蓄能站二24开始储能；

9.当压力传感器二25的压力达到蓄能站二24最大压力的95％时，打开二位二通电磁阀二26，使蓄能站二24中的液压油经二位二通电磁阀二26、调速阀27、液压马达28、过滤器三29返回油箱30，此时液压马达28带动变速器31转动，发电机32开始发电；

10.当压力传感器二25的压力达到蓄能站二24的最小工作压力时，关闭二位二通电磁阀二26，同时打开二位二通电磁阀一22，使蓄能站一20中的液压油经二位二通电磁阀一22、调速阀27、液压马达28、过滤器三29返回油箱30，此时液压马达28带动变速器31转动，发电机继续发电，同时切换三维三通电磁阀18左位接入，使蓄能站二24保压，蓄能站一20开始储能；

11.当压力传感器一21的压力达到蓄能站一20的最小工作压力时，关闭二位二通电磁阀一22，此时停止向液压马达28供油，此时发电机32停止发电，系统回复到初始状态，完成一个发电的工作循环；按照上述流程，液压式多级减速带就可以根据车重的不同，自动地向液压系统供入不同的流量但压力基本恒定的液压油，并且每当液压能量收集到一定层度时候，就开始带动发电机32稳定地发电一段较长时间，这样极大地提高了发电机32的发电效率。

所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，包括减速能量收集模块、储能发电模块(图中仅以两级车压和两蓄能站为例进行说明)；

所述减速带能量收集模块包括前板一(1)、前板二(2)、压板(3)、基座(4)、小液压缸(5)、大液压缸(6)、支撑回位装置(7)、轨道(8)、支撑座(9)；

所述一组大液压缸(6)下端安装于一组轨道(8)之上，大液压缸(6)的活塞杆末端与支撑座(9)相连，支撑座(9)上沿与压板(3)下侧面留有间隙；所述一组小液压缸(5)下侧用铰链与基座(4)第二层台阶面相连，小液压缸(5)活塞杆用铰链与压板(3)相联，所述小液压缸(5)对称布置在基座(4)之上；

所述支撑回位装置(7)包括弹簧，限位支座，弹簧导向柱；所述限位支座通过螺栓固定在基座(4)最下层台阶面上，所述弹簧导向柱通过螺栓固定于压板(3)下侧；

所述储能发电模块包括集流阀一(11)，集流阀二(12)、单向阀一(13)、单向阀二(17)、过滤器一(14)、过滤器二(16)、过滤器三(29)、溢流阀(15)、三位三通电磁阀(18)、手动泄压阀一(19)、手动泄压阀二(23)、蓄能站一(20)、蓄能站二(24)、压力传感器一(21)、压力传感器二(25)、二位二通电磁阀一(22)、二位二通电磁阀二(26)、调速阀(27)、马达(28)、油箱(30)、变速器(31)及发电机(32)；

所述一组大液压缸(6)下油腔和一组小液压缸(5)下油腔分别通过一个集流阀一(11)、集流阀二(12)汇成同一油路，依次通过单向阀二(17)，三位三通电磁阀(18)，进入并联的两个蓄能支路A和蓄能支路B；两支路出口汇集后再通过调速阀(27)连入液压马达(28)，液压马达(28)出口接入油箱(30)；

所述液压马达(28)带动变速器(31)及发电机(32)进行发电；

其中蓄能支路A从三维三通电磁阀(18)出口接入，依次通过手动泄压阀一(19)、蓄能站一(20)，压力传感器一(21)，二位二通电磁阀一(22)接入调速阀(27)入口；

其中蓄能支路B从三维三通电磁阀(18)出口接入，依次通过手动泄压阀二(23)、蓄能站二(24)，压力传感器二(25)，二位二通电磁阀二(26)接入调速阀(27)入口。

2.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，前板一(1)，前板二(2)并排布置于基座(4)最高层台阶面上，前板(1)一，前板二(2)与基座(4)及压板(3)形成铰链结构，使压板(3)可以在小角度范围内旋转。

3.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，小液压缸(5)、大液压缸(6)均为单作用式液压缸。

4.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，小液压缸(5)、大液压缸(6)以及支撑回位装置(7)的上端依次距压板(3)下面0mm、40mm、60mm，使得压板(3)可以在轻型车辆经过时驱动小液压缸(5)，重型车辆经过时驱动大液压缸(6)收集能量，而支持回位装置(7)可以限定压板(3)的极限下压位置，保护发电装置，实现分级蓄能。

5.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，轨道(8)安装于基座(4)的底层台阶面上，大液压缸(6)安装于轨道(8)之上。

6.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，压板(3)、小液压缸(5)、大液压缸(6)形成杠杆机构，根据不同道路场景统计数据中轻重型车辆的比例，调节大液压缸(6)在轨道(8)上的水平位置，以调节各液压缸的行程比例，并实现小液压缸(5)、大液压缸(6)中的压力相等。

7.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，一组小液压缸(5)，一组大液压缸(6)分别用集流阀一(11)、集流阀二(12)汇成一路。

8.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，蓄能支路设置两个及两个以上，由PLC控制交替储能。

9.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，三位三通电磁阀(18)，二位二通电磁阀一(22)，二位二通电磁阀二(26)的通断电是由PLC控制器根据压力传感器一(21)、压力传感器二(25)测得的压力值进行控制的，使得蓄能站在一定工作压力范围内依次为液压马达(28)供油，使经过液压马达(28)的流量稳定，发电机(32)转速恒定，提高发电效率。

10.根据权利要求1所述的一种基于液压的多级减速带能量收集装置，其特征在于，液压马达(28)接变速器(31)增速后，高速平稳地带动发电机(32)进行发电，使得小流量高压液压油液压马达(28)长时间平稳运转，保证发电机(32)转速恒定，长期高效供电。