CN2174413Y - 人力车的机械储能装置 - Google Patents

Abstract

一种人力车的机械储能装置，其特点是：将重力 势能和惯性动能通过控制钢丝和齿轮变速机构带动 绞轮绞紧钢绳，钢绳带动定滑轮和动挡圈位移使主弹 簧被压缩而储能，释能是通过控制钢丝解除齿轮间的 自锁而将其能释放驱动主轴旋转。该装置储能量大， 能量转化率高，储能释能时操作灵活方便，所储能量 可使人力车乘者不做功行驶155米以上，30度坡时 行驶50米以上，使人体在行驶中有一定的休息时间 恢复体力，不储能或不释能时又不影响人力车的正常 行驶。

Description

一种涉及人力车交通工具的机械储能装置。

在普通的人力车中，采用单一传动比的自行车、三轮车和三轮自行车等，在一般路面或负载较小的情况下使用较为理想，解决了人们的交通载物和乘客需要，但在复杂路面或负载较大时则满足不了各种需要，各种变速人力车的产生解决了上述需要的不足，而改变各种传动机构的传动比和改变传动零件的几何形状，其结果总是省力而不省功。当人力车进行远距离行驶和载重物时，则大量消耗人的体力，下坡时，要利用重力势能和惯性动能做功高速行驶又不安全，采用刹车制动控制速度又消耗其势能和动能，北京市中冠首宏民品科技开发中心推出的椭圆轮盘主驱动链轮也是省力而不省功。为了充分利用重力势能、惯性动能和蓄积能量驱动人力车做功，减轻人体的能量消耗，人们采用连杆机构振动加速、改变踏板长度、利用飞轮储能、发条储能和马达蓄能等技术方案储能和充分利用已储的能量来加速以恢复体力和得到助力。在87    11    04    GK87102501中公告了一种弹簧蓄能马达和弹簧蓄能自行车，虽然可蓄能，但由于采用串联的多个平面螺旋弹簧，而且是卷弹簧，存在着蓄能量低和结构宠大。又在92    03    25    CN2099720U中公告了一种自行车自动储能增力装置，但该装置只能利用骑车人在行进期间身体上下颤动（座位）的重力，而不能利用主要的惯性力和下坡时的主要重力势能，发条贮能方式其贮能量也低。所以，现有人力车储能助力装置都不同程度地存在着储存能量率低，要提高储能率和储能量，又得使其结构体积增大，乘者使用操作不便。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提供一种储存能量大，对重力势能和惯性动能的利用率高的一种人力车的机械储能装置，结构紧凑、体积小、乘者使用方便、操作灵活和适用一切人力车中使用。

本实用新型的技术方案是如下实现的，在心杆外套装上定挡圈、主弹簧和动挡圈，并在动挡圈的每端安装上一个动滑轮构成弹簧储能机构；在心杆、空杆与主轴套构成的支架两侧的主轴上安装上绞轮、链轮、主轴大齿轮和主轴小齿轮，最后安装上与主轴端的制有棘爪、棘轮弹簧相配合带有棘轮槽的脚蹬拐构成棘轮机构；在滑动齿轮的轴上安装上副弹簧和拨叉，而拨叉连通控制着滑动凹齿轮，控制钢丝通过空杆与副弹簧相连接构成控制机构，通过拨叉可控制滑动齿轮和滑动凹齿轮在两根齿轮轴上的同时等距离滑动位移；滑动齿轮与主轴大齿轮和滑动凹齿轮相啮合，滑动凹齿轮与传动齿轮和主轴大齿轮相啮合，传动齿轮与传动齿轮和主轴小齿轮相啮合构成齿轮变速传动机构，其滑动齿轮、滑动凹齿轮和传动齿轮的四根齿轮轴定位在固定护板上，固定护板又固定在空杆上；在绞轮与动滑轮之间安装上与之对应的两组钢绳，将下坡和制动时的旋转运动力通过齿轮变速机构和控制机构转变为弹簧的直线运动压缩而储能或释放能的反过程。主弹簧的自由高度为300毫米以上，能量储存时的极限为弹簧被压缩45％，弹簧的弹力为300－1500千克。安装在主轴上并与之配合的具有棘轮槽的两只脚蹬拐、两个绞轮和安装在动挡圈上的两个动滑轮、两组钢绳和链轮以及主轴大齿轮，均与心杆和空杆构成的支架呈对称设置。

本实用新型与现有技术相比所具有的优点是：该装置弹簧储能量大，为300－1500千克力，对重力势能和惯性动能以及正常行驶中“多余”驱动力的能量转化效率高，一般可达0.93－0.97，非紧急制动时又可储能代替刹车，利用控制钢丝、副弹簧和拨叉控制滑动齿轮和滑动凹齿轮的轴向滑动位移距离以及具有棘轮机构的主轴和脚蹬拐，又可达到不储能或储能后不释放时而不影响正常的行驶，该装置的零件对称设置，使其体积小，行驶中又平稳，由于储能量大，在长途行驶中或载重物释放能量时，可延长人体休息的时间，减少疲劳和恢复体力。

本实用新型的附图及图面说明如下：

图1.是人力车的机械储能装置的结构示意图；

图2.是脚蹬拐和主轴棘轮机构的剖视图；

图3.是变速机构的齿轮展开示意图。

图中绞轮（1）、链轮（2）、定挡圈（3）、主弹簧（4）、心杆（5）、钢绳（6）、动滑轮（7）、动挡圈（8）、空杆（9）、控制钢丝（10）、固定护板（11）、副弹簧（12）、滑动齿轮（13）、滑动凹轮（14）、传动齿轮（15）、传动齿轮（16）、主轴小齿轮（17）、主轴（18）、主轴大齿轮（19）、副链轮（20）、棘爪（21）、棘轮弹簧（22）、棘轮槽（23）、脚蹬拐（24）、拨叉（25）。

本实用新型的具体实施例是该储能装置使用在28时人力变速自行车的制作使用过程。链轮（2）为36～48牙，副链轮（20）分别为13、15、17、20、24和28牙，其最大传动比为3.69：1，最小传动比为1.29：1，分别制作主轴大齿轮（19）并且固定上主轴小齿轮（17）、传动齿轮（15）、传动齿轮（16）、滑动凹齿轮（14）和滑动齿轮（13），其主轴大齿轮（19）与主轴小齿轮（17）的传动比为7：1，与滑动凹齿轮（14）的传动比为7：1，传动齿轮（16）与主轴小齿轮（17）的传动比为1：1，与传动齿轮（15）的传动比为1：1，滑动齿轮（14）与传动齿轮（15）的传动比为1：1，与滑动齿轮的传动比为1：1；制作φ50以上的两个绞轮（1）和能在心杆（5）上滑动的动挡圈（8）。安装过程是，在三角架的下部心杆（5）上安装定挡圈（3），套入自由高度300毫米以上的弹力为300－1500千克的主弹簧（4），再套入动挡圈（8）并在动挡圈（8）的两端安装动滑轮（7）；在中轴的主轴（18）两侧安装绞轮（1）、链轮（2）、主轴大齿轮（19）和主轴小齿轮（17），在主轴（18）各端安装上棘爪（21）、棘轮弹簧（22）和具有棘轮槽（23）的脚蹬拐（24）构成棘轮机构，在滑动齿轮（13）的齿轮轴上安装副弹簧（12）、拨叉（25）后再套装滑动齿轮（13），在其它齿轮轴上安装滑动凹齿轮（14）、传动齿轮（15）和传动齿轮（16），并相互啮合，用固定护板（11）固定各齿轮轴并构成保护板，固定护板（11）固定在空杆（9）上，控制钢丝（10）通过空杆（9）并与副弹簧（12）相连接，在两个动滑轮（7）与两个绞轮（1）之间用两组钢绳（6）连接，链轮（1）与副链轮（20）间用链条连接，该装置的零件设置与支架呈对称性以保持各种状态下的平衡。一般行驶中储能和释放能的过程是：操作控制钢丝（10）于一般行驶位置时，该装置进入附图3.的Ⅰ状态，由于滑动凹齿轮（14）、滑动齿轮（13）和主轴大齿轮（19）相互外啮合产生自锁，传动齿轮（15）与滑动凹齿轮（14）脱离，所以不影响正常行驶；当行驶中需储能或下坡或刹车需储能时，操作控制钢丝（10）到储能位置时，该装置进入附图3.的Ⅱ状态，由于主轴（18）逆时针转动，并经主轴小齿轮（17）、传动齿轮（15）、传动齿轮（16）、滑动凹齿轮（14）和主轴大齿轮（19）变速变向后使两个绞轮（1）绞拉钢绳（6）并通过动滑轮（7）和动挡圈（8）对主弹簧（4）进行压缩而储能，当主弹簧被压缩45％时为能量储存极限；当需要将储存的能量释放时，操作控制钢丝（10）于释能位置，该装置滑动凹齿轮（14）和滑动齿轮（13）进入附图3.的Ⅲ状态，自锁消除，被压缩的主弹簧（4）的弹力将通过动挡圈（8）、动滑轮（7）和钢绳（6）牵引绞轮（1）顺时针转动，再通过主轴大齿轮（19）、滑动齿轮（13）、滑动凹齿轮（14）、传动齿轮（15）、传动齿轮（16）和主轴小齿轮（17）变速后，使主轴（18）具有一个逆时针方向的转矩而驱动自行车向前行驶，脚蹬拐（24）与主轴（18）构成的棘轮机构使脚蹬拐保持不转动，一般可使变速自行车乘者在不做功下就可行驶155米以上，30度的坡时可行驶50米以上。

Claims (3)

1、一种人力车的机械储能装置，由棘轮机构、齿轮变速传动机构、控制机构、滑轮机构和弹簧储能机构组成，其特征在于：在心杆(5)外套装上定挡圈(3)、主弹簧(4)和动挡圈(8)，并在动挡圈(8)的每端安装上一个动滑轮(7)构成弹簧储能机构；在心杆(5)、空杆(9)与主轴套构成的支架两侧的主轴(18)上安装上绞轮(1)、链轮(2)、主轴大齿轮(19)和主轴小齿轮(17)，最后安装上与主轴(18)端的制有棘爪(21)、棘轮弹簧(22)相配合带有棘轮槽(23)的脚蹬拐(24)构成棘轮机构；在滑动齿轮(13)的轴上安装上副弹簧(12)和拨叉(25)，而拨叉(25)连通控制着滑动凹齿轮(14)，控制钢丝(10)通过空杆(9)与副弹簧(12)相连接构成控制机构，通过拨叉(25)可控制滑动齿轮(13)和滑动凹齿轮(14)在两根齿轮轴上的同时等距离滑动位移；滑动齿轮(13)与主轴大齿轮(19)和滑动凹齿轮(14)相啮合，滑动凹齿轮(14)与传动齿轮(15)和主轴大齿轮(19)相啮合，传动齿轮(16)与传动齿轮(15)和主轴小齿轮(17)相啮合构成齿轮变速传动机构，其滑动齿轮(13)、滑动凹齿轮(14)和传动齿轮(15)、(16)的四根齿轮轴定位在固定护板(11)上，固定护板(11)又固定在空杆(9)上；在绞轮(1)与动滑轮(7)之间安装上与之对应的两组钢绳(6)，将下坡和制动时的旋转运动力通过齿轮变速机构和控制机构转变为弹簧的直线运动压缩而储能或释放能的反过程。

2、根据权利要求1.所述的人力车的机械储能装置，其特征在于：主弹簧（4）的高度为300毫米以上，弹簧被压缩45％时。弹簧的弹力为300－1500千克。

3、根据权利要求1.所述的人力车的机械储能装置，其特征在于：安装在主轴（18）上并与之配合的具有棘轮槽（23）的两只脚蹬拐（24）、两个绞轮（1）和安装在动挡圈（8）上的两个动滑轮（7）、两组钢绳（6）和链轮（2）以及主轴大齿轮（19），均与心杆（5）和空杆（9）构成的支架呈对称设置。

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