基本信息
- 項目名稱：
- 制動能量回收與循環(huán)系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目運用發(fā)條對制動力進行能量回收，并設計相關機構(gòu)對該能量進行存儲及適時釋放利用，通過實驗表明自行車的制動性與動力性均可得到改善，通過人工及機械反饋進行操控，實現(xiàn)各種路面和工況工作模式的自由切換，達到運轉(zhuǎn)平順、執(zhí)行可靠的效果。此外，由于機構(gòu)制造簡單，成本較低，且順應社會發(fā)展的環(huán)保與節(jié)能潮流，有較廣闊的發(fā)展空間與市場潛力。
- 詳細介紹：
- 本研究針對自行車，采用一套裝于車輪上的機構(gòu)，一方面輔助自行車制動，另一方面又帶動儲能機構(gòu)工作，利用制動力將能量以彈性勢能的形式加以存儲。需要時啟動開關，打開儲能器，釋放能量輔助自行車前進，進而達到減輕負擔的目的。 系統(tǒng)組成： 1.能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)：中間輪和儲能輪通過連接桿相連,通過連接桿的旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)中間輪和儲能輪位置的改變。發(fā)條裝在儲能輪里面，一頭與儲能輪固連，一頭與連接桿相連。當中間輪參與工作時，通過其與轉(zhuǎn)動的輪胎內(nèi)圈嚙合隨輪胎旋轉(zhuǎn)，帶動儲能輪轉(zhuǎn)動。儲能輪內(nèi)置發(fā)條機構(gòu)，其轉(zhuǎn)動時，發(fā)條機構(gòu)被上緊，即系統(tǒng)以彈性勢能的形式將能量儲存。 2.控制機構(gòu)：彈簧一頭連在支架上，一頭連在連接桿上。制動銷插在支架上。中間輪和儲能輪分別裝在連接桿上，它們是嚙合的。控制機構(gòu)主要作用于發(fā)條的兩種極限狀況。 當發(fā)條完全被上緊時，防過載控制機構(gòu)可根據(jù)發(fā)條的張緊程度判斷并控制儲能輪停止儲能，同時觸發(fā)發(fā)條鎖止機構(gòu)，防止發(fā)條憑空釋放能量。 當發(fā)條完全釋放能量后，防反帶控制機構(gòu)可使儲能輪離開工作狀態(tài)，即使輪胎內(nèi)圈不能反帶發(fā)條，防止行駛摩擦阻力的增加或損壞發(fā)條機構(gòu)。 此外，當騎車者扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動套筒，杠桿機構(gòu)可將此力矩轉(zhuǎn)換成克服彈簧拉伸力的外力，使中間輪脫離輪胎內(nèi)圈，同時儲能輪接觸輪胎內(nèi)圈，并解除發(fā)條鎖止機構(gòu)，使之釋放能量進行動力輔助。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 設計目的：自行車作為非機動車輛，其最大的硬傷在于“使用費力”，因此大多數(shù)人在選擇交通工具時自然而然地摒棄了自行車。這也是在推廣自行車出行上所面臨的最大問題。如果我們可以在一定程度上解決其動力源單一的問題，無碳出行的推廣就更加可行和便利。 基本思路：“制動力回收機構(gòu)”著眼于改善自行車的制動效果和動力輸出來源。通過這一機構(gòu)，將看似功能相反的兩者合成一個循環(huán)工作且互相促進的整體，改善制動性，并將制動時產(chǎn)生的勢能加以利用，在需要時減輕騎車者動力負擔。 創(chuàng)新點：這一機構(gòu)將自行車的制動效果和動力輸出來源這看似功能相反的兩者合成一個循環(huán)工作且互相促進的整體。既改善了制動性，提高了安全性能，又合理利用了制動時產(chǎn)生的能量，提高了自行車的動力性，減輕騎車者的動力負擔。結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新：將整套機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，適應性強，可方便地加裝在傳統(tǒng)自行車上，并根據(jù)不同的需求安裝在不同的車輪上。 技術(shù)關鍵：1.過載保護；2.防反帶措施；3.系統(tǒng)必須能儲存比較多的能量，對彈簧的材料、形狀等方面需慎重考慮。 主要技術(shù)指標：1.能量轉(zhuǎn)換效率η；2.動作響應時間T；3.最大儲存能量E。
科學性、先進性
- 科學性： 1.該機構(gòu)完全符合能量守恒定律，設計機構(gòu)的自由度也與操控源的數(shù)目一致，具有確定的運動規(guī)律。 2.兩套反饋裝置——防過載、防反帶——增強了機構(gòu)操縱的穩(wěn)定性，很大程度上減輕了操作者的操作負擔，實用性強。 3.制作工藝性強，通過普通機床可完成制作。 先進性： 1.現(xiàn)階段已研制的各種彈性儲能機構(gòu)均沒能得以廣泛應用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，便于普及。 2.其通過科技創(chuàng)新實現(xiàn)節(jié)能減排與能源再利用，符合社會的發(fā)展趨勢。 3.機械式閉環(huán)系統(tǒng)使得機構(gòu)運作更加穩(wěn)定、可靠、科學，操控性也得以增強。 自行車自身結(jié)構(gòu)的限制使得其操作系統(tǒng)只能以機械的形式表現(xiàn)，因此其控制功能并非十分完善，但此項機構(gòu)所提出的思路具有運用普遍性，假以時日，通過技術(shù)的改善與創(chuàng)新，如果能用在汽車的制造上，如：采用氣體彈簧進行儲能、加裝ECU控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時反饋，則能夠很好地解決汽車的動力性與燃油經(jīng)濟性二者之間的矛盾，具有前瞻性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 第十二屆華南理工大學“挑戰(zhàn)杯”比賽中作展示，被評為校三等獎。
作品所處階段
- 改良與試驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 1.實物、產(chǎn)品 2.模型 3.圖紙 4.圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 這套系統(tǒng)操作方便。以系統(tǒng)裝在前輪為例，此時左車閘為后輪車閘，下方有一個轉(zhuǎn)動套筒，控制能量的釋放，即開啟輔助動力。右車閘為兩段式車閘，行程前半段時只儲能，后半段既儲能又制動。 技術(shù)優(yōu)勢： 1.該機構(gòu)采用機械閉環(huán)控制，控制可靠； 2.加工工藝性強，產(chǎn)品精度要求不高，制作成本低，經(jīng)濟實用； 3.改裝方便，適應性強。 適應范圍： 這套系統(tǒng)體積較小，適應性強，將傳統(tǒng)自行車簡單改裝之后即可加裝系統(tǒng)，效果明顯。 推廣前景及市場分析： 在構(gòu)建“幸福廣東”的計劃中，有一個“建設綠道、提倡無碳出行”的重要項目。綠道正以便捷低碳的優(yōu)勢，成為越來越多珠三角人民出行的選擇。在這樣一個大背景下，作為綠道的附屬工具，“自行車熱”很快將席卷羊城。如此大的需求量，注定了該技術(shù)有較明朗的推廣前景與巨大的市場潛力。 經(jīng)濟效益預測： 該機構(gòu)制作原材料便宜，使用周期長，零件更替簡單，對環(huán)境不會造成任何污染，不需依靠額外的動力源，因此相比同類產(chǎn)品——如電單車，更為實惠耐用。
同類課題研究水平概述
- 經(jīng)過查閱資料及外出探訪，我們發(fā)現(xiàn)： 1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 1)2007年陜西省市民王繼民發(fā)明了發(fā)條驅(qū)動的自行車并獲得國家專利，但其能量并非通過回收制動力獲得的，而是通過事先上緊發(fā)條輸入能量。 2)2010年曾有人設計過類似的制動力回收的機構(gòu)，但未提及過載保護及防反帶機構(gòu)。 3)很多人給自行車后輪增加馬達，通過帶傳動或其他方式驅(qū)動自行車，但這需要耗費化學燃料。 2.國外研究現(xiàn)狀： 1)在世界頂尖的汽車運動賽事F1中，就有理念相同的制動力回收系統(tǒng)。KERS是動能回收系統(tǒng)(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文縮寫。其基礎原理是：通過技術(shù)手段將車身制動能量存儲起來，并在賽車加速過程中將其作為輔助動力釋放利用！具體的使用方法可能模仿A1的加速按鈕來實現(xiàn)。在FIA寬松的規(guī)則框架下，現(xiàn)在存在兩種技術(shù)原理的KERS系統(tǒng)正在研發(fā)當中：飛輪動能回收系統(tǒng)和電池-電機動能回收系統(tǒng)。 2)為了解決上坡的動力問題，國外有人設計了“自行車電梯”，即將自行車前后輪固定在單軌上，通過軌道的牽引將自行車送到坡頂。
