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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 制動(dòng)能量回收與循環(huán)系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目運(yùn)用發(fā)條對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行能量回收，并設(shè)計(jì)相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)該能量進(jìn)行存儲(chǔ)及適時(shí)釋放利用，通過實(shí)驗(yàn)表明自行車的制動(dòng)性與動(dòng)力性均可得到改善，通過人工及機(jī)械反饋進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)各種路面和工況工作模式的自由切換，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平順、執(zhí)行可靠的效果。此外，由于機(jī)構(gòu)制造簡(jiǎn)單，成本較低，且順應(yīng)社會(huì)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(chǎng)潛力。
- 詳細(xì)介紹：
- 本研究針對(duì)自行車，采用一套裝于車輪上的機(jī)構(gòu)，一方面輔助自行車制動(dòng)，另一方面又帶動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)工作，利用制動(dòng)力將能量以彈性勢(shì)能的形式加以存儲(chǔ)。需要時(shí)啟動(dòng)開關(guān)，打開儲(chǔ)能器，釋放能量輔助自行車前進(jìn)，進(jìn)而達(dá)到減輕負(fù)擔(dān)的目的。 系統(tǒng)組成： 1.能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)：中間輪和儲(chǔ)能輪通過連接桿相連,通過連接桿的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)中間輪和儲(chǔ)能輪位置的改變。發(fā)條裝在儲(chǔ)能輪里面，一頭與儲(chǔ)能輪固連，一頭與連接桿相連。當(dāng)中間輪參與工作時(shí)，通過其與轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎內(nèi)圈嚙合隨輪胎旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)儲(chǔ)能輪轉(zhuǎn)動(dòng)。儲(chǔ)能輪內(nèi)置發(fā)條機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)條機(jī)構(gòu)被上緊，即系統(tǒng)以彈性勢(shì)能的形式將能量儲(chǔ)存。 2.控制機(jī)構(gòu)：彈簧一頭連在支架上，一頭連在連接桿上。制動(dòng)銷插在支架上。中間輪和儲(chǔ)能輪分別裝在連接桿上，它們是嚙合的?？刂茩C(jī)構(gòu)主要作用于發(fā)條的兩種極限狀況。 當(dāng)發(fā)條完全被上緊時(shí)，防過載控制機(jī)構(gòu)可根據(jù)發(fā)條的張緊程度判斷并控制儲(chǔ)能輪停止儲(chǔ)能，同時(shí)觸發(fā)發(fā)條鎖止機(jī)構(gòu)，防止發(fā)條憑空釋放能量。 當(dāng)發(fā)條完全釋放能量后，防反帶控制機(jī)構(gòu)可使儲(chǔ)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(jī)構(gòu)。 此外，當(dāng)騎車者扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)套筒，杠桿機(jī)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(shí)儲(chǔ)能輪接觸輪胎內(nèi)圈，并解除發(fā)條鎖止機(jī)構(gòu)，使之釋放能量進(jìn)行動(dòng)力輔助。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：自行車作為非機(jī)動(dòng)車輛，其最大的硬傷在于“使用費(fèi)力”，因此大多數(shù)人在選擇交通工具時(shí)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(dòng)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(dòng)力回收機(jī)構(gòu)”著眼于改善自行車的制動(dòng)效果和動(dòng)力輸出來源。通過這一機(jī)構(gòu)，將看似功能相反的兩者合成一個(gè)循環(huán)工作且互相促進(jìn)的整體，改善制動(dòng)性，并將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的勢(shì)能加以利用，在需要時(shí)減輕騎車者動(dòng)力負(fù)擔(dān)。 創(chuàng)新點(diǎn)：這一機(jī)構(gòu)將自行車的制動(dòng)效果和動(dòng)力輸出來源這看似功能相反的兩者合成一個(gè)循環(huán)工作且互相促進(jìn)的整體。既改善了制動(dòng)性，提高了安全性能，又合理利用了制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，提高了自行車的動(dòng)力性，減輕騎車者的動(dòng)力負(fù)擔(dān)。結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新：將整套機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)性強(qiáng)，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(guān)鍵：1.過載保護(hù)；2.防反帶措施；3.系統(tǒng)必須能儲(chǔ)存比較多的能量，對(duì)彈簧的材料、形狀等方面需慎重考慮。 主要技術(shù)指標(biāo)：1.能量轉(zhuǎn)換效率η；2.動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間T；3.最大儲(chǔ)存能量E。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 1.該機(jī)構(gòu)完全符合能量守恒定律，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的自由度也與操控源的數(shù)目一致，具有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2.兩套反饋裝置——防過載、防反帶——增強(qiáng)了機(jī)構(gòu)操縱的穩(wěn)定性，很大程度上減輕了操作者的操作負(fù)擔(dān)，實(shí)用性強(qiáng)。 3.制作工藝性強(qiáng)，通過普通機(jī)床可完成制作。 先進(jìn)性： 1.現(xiàn)階段已研制的各種彈性儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)均沒能得以廣泛應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于普及。 2.其通過科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與能源再利用，符合社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。 3.機(jī)械式閉環(huán)系統(tǒng)使得機(jī)構(gòu)運(yùn)作更加穩(wěn)定、可靠、科學(xué)，操控性也得以增強(qiáng)。 自行車自身結(jié)構(gòu)的限制使得其操作系統(tǒng)只能以機(jī)械的形式表現(xiàn)，因此其控制功能并非十分完善，但此項(xiàng)機(jī)構(gòu)所提出的思路具有運(yùn)用普遍性，假以時(shí)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(jìn)行儲(chǔ)能、加裝ECU控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋，則能夠很好地解決汽車的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性二者之間的矛盾，具有前瞻性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 第十二屆華南理工大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”比賽中作展示，被評(píng)為校三等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 改良與試驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 1.實(shí)物、產(chǎn)品 2.模型 3.圖紙 4.圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(shí)左車閘為后輪車閘，下方有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)套筒，控制能量的釋放，即開啟輔助動(dòng)力。右車閘為兩段式車閘，行程前半段時(shí)只儲(chǔ)能，后半段既儲(chǔ)能又制動(dòng)。 技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 1.該機(jī)構(gòu)采用機(jī)械閉環(huán)控制，控制可靠； 2.加工工藝性強(qiáng)，產(chǎn)品精度要求不高，制作成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用； 3.改裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)。 適應(yīng)范圍： 這套系統(tǒng)體積較小，適應(yīng)性強(qiáng)，將傳統(tǒng)自行車簡(jiǎn)單改裝之后即可加裝系統(tǒng)，效果明顯。 推廣前景及市場(chǎng)分析： 在構(gòu)建“幸福廣東”的計(jì)劃中，有一個(gè)“建設(shè)綠道、提倡無碳出行”的重要項(xiàng)目。綠道正以便捷低碳的優(yōu)勢(shì)，成為越來越多珠三角人民出行的選擇。在這樣一個(gè)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(chǎng)潛力。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 該機(jī)構(gòu)制作原材料便宜，使用周期長，零件更替簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任何污染，不需依靠額外的動(dòng)力源，因此相比同類產(chǎn)品——如電單車，更為實(shí)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(dòng)的自行車并獲得國家專利，但其能量并非通過回收制動(dòng)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(shè)計(jì)過類似的制動(dòng)力回收的機(jī)構(gòu)，但未提及過載保護(hù)及防反帶機(jī)構(gòu)。 3)很多人給自行車后輪增加馬達(dá)，通過帶傳動(dòng)或其他方式驅(qū)動(dòng)自行車，但這需要耗費(fèi)化學(xué)燃料。 2.國外研究現(xiàn)狀： 1)在世界頂尖的汽車運(yùn)動(dòng)賽事F1中，就有理念相同的制動(dòng)力回收系統(tǒng)。KERS是動(dòng)能回收系統(tǒng)(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文縮寫。其基礎(chǔ)原理是：通過技術(shù)手段將車身制動(dòng)能量存儲(chǔ)起來，并在賽車加速過程中將其作為輔助動(dòng)力釋放利用！具體的使用方法可能模仿A1的加速按鈕來實(shí)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(dāng)中：飛輪動(dòng)能回收系統(tǒng)和電池-電機(jī)動(dòng)能回收系統(tǒng)。 2)為了解決上坡的動(dòng)力問題，國外有人設(shè)計(jì)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。
