專利名稱：一種利用物體運動過程中的重力提供能源的方法和技術的制作方法
技術領域：
一種利用物體運動過程中的重力提供能源的方法和技術。技術背景當前利用綠色能源的需求越來越迫切，太陽能、風力能等綠色能源的利 用得到全世界科學家的普遍重視，但都因這些能源受到自然環境變化的約束，而且造價高、 投入大，發展都不是很快。然而汽車、火車日夜都在奔跑，運輸量大，運動量也大，它們運動 過程中的重力能源大家都忽視了，特別是這些車輛處在下坡時的重力能源是完全值得我們 去開發和利用的。最近日本 人發明了廣場“發電地板”技術，他們研究的方向是人走在廣場 上踏踩地板震動發電的原理，傾全國科技之力自06年至今已三年多了還在試驗中，據報道 前些時候還在某廣場試驗是否能提高發電量，試驗結果不得而知。他們所采用的是震動磁 場的方法使它發電，應該說它的動力能源來自于人們在走動時人體重力所產生的作用，震 動之所以能發生，那是人體走動時的重力和運動加速度沖擊的共同結果，而震動只是一種 現象。他們研究震動“發電地板”，不是研究能源如何獲取，而是研究重力能源如何合理運用 當中的一種方法，它把運動重力能量利用來震動磁場而發電，并直接供給燈泡用于發光照 明。減少中間傳送環節，從而達到減少損耗目的，提高使用效率，這是日本人在這方面一種 比較合理的運用手段。但是他們并沒有總結出、這是人體走動時所產生的能量加以利用的 這個科學道理，而全身投入振動磁場發電的研究。本人提出的運動過程中的物體重力如何 合理利用這個科學理論的研究任重而道遠，如納米技術、強磁場技術等，現在本人在這里僅 提供一種目前比較成熟而科學的利用物體運動過程中的重力能源發電的方法和技術。
發明內容
人們平時看到的運動物體多種多樣，它們的重力能源可以高效利用的 大概有好幾種，如人流，汽車、火車等流量大，碼頭、礦山等運輸量大，頻率也高，物體重量大 的自然是優先選擇的對象。能量轉化成功率的公式是lkgf. m/s = 9. 80665w，所以物體重 量和運動頻率是獲取高功率的關鍵所在。1，現在稍微繁華的城市或市郊的公路上行駛的汽車可以說是車水馬龍，每分鐘可 通行二、三十輛車，多的甚至每秒一輛，把這些跑動車輛的重力能量利用起來可提供非常可 觀的能源，特別是在車輛下坡的地方，是獲取能源最佳的地方。在下坡的公路上設立一條活 動輕型鋼模塊(圖1、圖2)路面帶，這種活動輕型鋼模塊分內外框，型鋼外框固定，輕型鋼 內框可以上下滑動，外框1. 2米長、1米寬，安裝與公路地面持平，輕型活動框下面安裝一個 液壓傳動活塞，通過活塞支撐桿與輕型活動框弧形連接，輕型活動框弧形最高處安裝比公 路路面高出10公分，各車道左右兩旁都安裝一條這種活動輕型鋼模塊路面帶，并把各車道 之間用欄桿隔離開來，大小車道的液壓活塞直頸和最大負載量各不同，車輛按車道行駛，它 們經過時就壓縮活塞行程10公分，過去后自動恢復，根據汽車通行頻率，一般一輛小車經 過時，每個活塞傳遞過來的能量最少為30 100kg. m，大車經過后傳遞過來的最少能量為 100 500kg. m,下坡時車輛正常行使速度下壓縮活塞桿時間為0. 1 0. 03秒，它的能量是 300 IOOOKg. m和1000 5000kg. m，下坡的車輛速度沖擊力和車輛重力的合力是非常大 的，除沖擊力用以抵消液壓傳遞等機械損失的能量不算外，單單計算自身的能量用于發電， 每個活塞提供的功率是30 500瓦，合理地安排這種活動輕型鋼模塊的間距和數量，辦個 電廠可儲蓄發電量是個非常可觀數字。
2，在鐵路上奔跑的火車，車身和載重量都較大，在鐵路上把它的能量利用起來是非常必要的。火車車輛的車輪構造內側有突出部分叫車緣，車緣突出與行走部分相差5、6 公分，原來是用來限制列車沿著軌道上穩定運行的結構，它的質量與車輪的設計質量是一 樣的，能承受16 30噸的壓力，雖然這部分的截面較小，把它用來為我們提供重力能源的 工具是完全可以的，在軌道底下安裝液壓傳動系統一種方法是把活塞桿(圖3、圖4)放在 軌道內側與車輪凸出部分的輪緣相對應的方位，活塞桿上方接觸部分弧形的最高點與軌道 面低1公分；另一種方法是把這種裝置安裝在軌道外側與車輪行走部分靠外緣處相對應的 位置，安裝高度比軌道高出4公分；火車行駛過來時，活塞桿就受到列車車輪上方自身重量 的壓縮，每壓縮一次活塞，它的壓縮的行程約是4 6公分，車輪上方的重量在8噸以上， 提供的能量最少是320 480kg. m,每節車廂下一旁各有兩個車輪，設置的距離約20米左 右，火車正常行駛速度15 30m/s，每次壓縮活塞桿僅用0. 1 0. 03秒，它所提供的能量為 3200 9600kg. m,，把速度的沖擊力能源用以抵消液壓傳遞等機械損失的能量、還有一定 余量，單單計算列車重力自身傳遞過來的能量用于發電，所提供的功率就是330 990瓦， 一個壓縮桿在一列約十幾節長火車行駛過去后，最起碼可以提供半分6. 6 19. 8千瓦的能 源，根據火車安排通行的密度，也根據所需的發電規模，合理地安裝這種液壓活塞桿的間距 和數量，建立一個上規模的發電站完全是可行。為了減少活塞桿與輪緣的摩擦強度和所產 生的噪音，把活塞支撐桿上方的型鋼與輪緣、車輪的接觸面做成弧型，與車緣接觸的弧度與 標準車輛車緣園弧度相同，與車輪接觸的弧度與標準車輛車輪園弧度相同，這樣在與車緣 車輪剛接觸時活塞并沒有形成壓縮，接觸后逐漸加大，到弧型頂點才形成完全壓縮，弧形部 分應安裝有混合材料做成的撞擊蹄塊，這樣可降低列車行駛過程所產生的噪音。在安裝較 多這種液壓傳動系統時，列車所受到的阻力有所增加，這樣的液壓傳動系統最好設立在列 車下坡的地方。在雙軌道單向行駛的車道上所安裝的液壓裝置可向來車方向傾斜，充分綜 合利用列車的速度沖擊力和重力能源。特別強調的是液壓控制中心輸往各個活塞恢復活塞 桿原狀的閥門一定要自動靈活，一旦活塞桿失靈或其他特殊情況能夠及時關閉閥門，活塞 桿就不會升起。3，中國人口眾多、移動量大是移動重力提供能量的有利條件，特別在車站、廣場、 碼頭、機場、大型商場出口處，人流如潮。在鋼架上鋪設40公分四方形的地板塊(圖5)，用 薄橡膠板連接起來，底下采用小液壓傳遞桿支撐起來，能上下移動2、3公分左右，人流通過 時，逐塊踏壓地板，過去后自動恢復，每人行走40米，累計踏壓地板100次左右、就能提供 10 20kg.m能量，如果速度沖擊力與傳遞機械損失的能量相抵消，用于發電就可提供一、 兩瓦的電量。日本的“地板發電”初試時一個人要踩踏90平方的發電地板，才能提供1瓦 的電量，我們的這種方法所提供的功能是他們的好幾倍。他們研究的雖然是利用振動磁場 發電，但震動力的起源仍來自于人體走動重力所產生的能量。這次中試想提高發電量，無非 采用兩種辦法，一是提高震動幅度和頻率，二是加強磁場磁性和增加線圈數量，想提高一百 倍的功率難度確有點大。而我們再提高利用率就比較簡單容易，這些場地的出口處大都可 以設置在下坡的地方，把活動地板做成長50公分、寬30公分梯形踏板，同時把它們的活動 高度提高到4 6公分，具體視坡度大小來做決定，這樣不就又增加了好幾倍功率。本人試 過踏板發電和搖擺躺椅發電，人體重力作用的力距約在6 12公分左右，提供的功率一般 在10 20瓦以上，雖然人體重量變化不大，但這種運動的頻率要高得多，那是人流走動時達不到的頻率。4，上面所介紹都是利用我們巧妙設計的運動落差為我們提高能源，也可以利用汽車、火車行駛過程中的跳躍落差為我們提高能源，把汽車、火車的減振器都用上液壓減震 器。把雙向作用筒式減震器(圖6)工作缸筒直徑加大，缸筒壁根據型號適當加厚，壓縮行 程的壓縮閥門被推開時，液壓通過液壓管送給液壓自動控制系統，自動控制系統把這些收 集起來的高液壓用于推動液壓馬達發電，經利用后的油液在拉伸時通過補償閥補充給儲油 缸。如此反復，積少剩多，震動越厲害，發電量也就越大，補充電瓶減少車輛動力消耗。特別 是在載重貨運汽車和貨運火車安裝這種減震器，所提供的能量不可忽視。總之不管什么的物體都有它自身的重量，在平面運動時必須用一定的能量才能把 它推動，在高位往下運動時它可以依靠自身的重力往下運動，處得越高、自身的重量越重， 往下運動的能量就越大，這是大家都知道的原理。但在運動后它們重力的能量仍然存在，我 們要研究的就是怎樣把這些下落的物體重力能源充分利用起來。在平面運動時我們想利用 它們的能源，必然造成拉動物體運動能源損耗，如日本人“地板發電” 一樣，安裝在廣場上多 多少少都會消耗人們的體力，你要震動、地板就要有彈性，你要越大的發電量，它的彈性就 要越強，消耗的體力就越大。然而處在下坡時就完全不一樣了，他們已經在往下運動了，你 應用了彈性地板反而減輕了他們的體力消耗，又得到了能量，是比較科學合理的。我們上面 所提到的活動地板也是一樣的道理，下坡時活動地板的活動高度越高，人們消耗的體能就 越小，然而為我們提供的能源就越大。現在的關鍵是如何合理利用的問題，日本人“地板發 電”是人們走動時，重力造成地板震動直接應用在磁場中產生電能，并直接用于發光照明， 沒有中間環節，重力和速度的沖擊力的所有的能量都得到充分利用，但是他們所能利用的 重力和沖擊力等作用力的力距太小，而且受到震幅等因素的限制。我們的活動地板就不受 此種限制，而且作用力的力距越大越好，但也要考慮人們行走的方便，不是無限大，在平地 的地板活動范圍2 3公分，下坡時可加大到5 6公分，這樣一人走過活動地板20米長、 僅3平方的路，就可以為我們帶來七八千瓦電能，是完全可取的，所以我們對在下坡處建立 活動地板獲取能量作為研究對象。但應該把在公路上、鐵路上設立利用重力能源收集中心 作為重點研究對象，它們所儲藏的能量大，并且不受自然環節影響，只要有科學的手段，這 種綠色能源的大量投入使用就大有希望。
圖1為活動輕型鋼模塊平面圖。圖2為活動輕型鋼模塊剖視圖。圖3為火車軌道下安裝的液壓裝置正面剖視圖。圖4為火車軌道下安裝的液壓裝置側面剖視圖。圖5活動地板側面剖視圖。圖6液壓減振器側面剖視圖。具體實施步驟；目前比較成熟的物體運動過程中的重力利用方法是在公路、鐵路 和人流等物體運動比較集中的地方，設立物體運動過程時的重力的能量收集液壓傳遞系 統，也可以在碼頭、礦山貨物運輸量比較大的地方，設立這些運動物體的重力能源利用系 統。下面本人就著重介紹目前比較實用的利用方法液壓傳動系統具體實施步驟
1，在公路斜坡處安裝活動輕型鋼模塊(圖1、圖2)路面帶，活動輕型鋼模塊分內外框，型鋼外框(2)固定，輕型鋼內框(1)可以上下滑動，活動輕型鋼弧形(21)通過支撐桿 (23)連接活塞桿(24)，固定外框(2)安裝與路面高度持平，活動輕型鋼弧形(21)頂點安裝 比公路路面高出10公分。當汽車行駛進活動輕型鋼模塊路面帶時，通過支撐桿(23)逐個壓 縮活塞(26)，每個液壓活塞缸體都通過高壓輸液管道(210)，把壓力傳遞給公路旁的液壓 自動控制系統，由自動液壓控制系統通過回液管道(29)，輸回一定液壓，使活動輕型鋼內框 受壓后立即恢復原狀，自動控制系統把大部分傳遞過來的能量用于發電。為了活動輕型鋼 內框在汽車行駛時不發生晃動，在每個固定外框四周設置限位槽(22)，槽內裝有滑動軸承， 確保活動輕型鋼內框上下活動自如。這種活動輕型鋼模塊路面鋪設60米，按間隔1米計算， 就需設置60個液壓桿，按每分鐘通行20輛汽車計算，每小時可提供3. 6 20千瓦電力，如 果把這種模塊連接安裝，就提高了一倍，而且是在用電高峰時供給的，下半夜不需要用電時 車輛的通行量也少了。這種能源它不受自然環境影響全天候供給，是一種完全可再生的綠 色能源。附圖1、圖2所示，(21)活動輕型弧型鋼，(2)固定型鋼外框，(3)固定框與活動框 縫隙、(23)支撐桿，(24)活塞桿，(25)活動輕型鋼內框滑動桿，(26)活塞，(27)液壓缸體， (28)活動輕型鋼內框連接桿，(29)回油管閥門，(210)壓力管閥門。2，在鐵路復線軌道的下坡處選擇直道段內側或外側安裝上液壓傳動系統圖3、圖 4，每個所安裝的活塞缸體均向列車開來的方向傾斜，充分利用重力與速度沖力的合力能 源。同時在考慮行車安全的前提下適當加寬兩軌道之間的間距，使列車車輪大都沿著中外 側圓周小的部分行駛在軌道上，就加大車輪、車緣與活塞桿之間的間距。在活塞支撐桿上方 與車輪(311)的輪緣(32)接觸部分、設置弧形撞擊混合蹄塊，該混合蹄塊所用的材料同汽 車剎車片的相似的混合材料做成，使之達到耐磨的目的，并可降低撞擊震動和所產生的噪 音。所安裝活塞桿上方的弧形頂點(312)與軌道(33)低1公分，弧形最低處比輪緣外圍低 點更低。列車行駛過來時，撞壓弧形混合蹄塊后，把壓力傳遞給活塞桿(35)、壓縮活塞(37) 形成液體高壓，液壓缸(36)的高壓閥門(39)被推開，液壓通過高液壓管道傳遞給液壓自動 控制系統，液壓自動控制系統通過回液管(38)把設定少量的液壓液油送回缸體，使液壓桿 到恢復原狀。液壓自動控制系統把大部分高液壓輸送給發電裝置，用于發電。這樣活塞桿 的安裝密度應根據列車安全行駛的需要外，可適當加密，直至連接安裝，形成巨大的液壓群 體，用于儲能發電，辦個上規模的發電廠。上面已經提到一列列車過去，安裝一個活塞缸、就 可提供半分鐘6. 6 19. 8千瓦的電力，安裝100個活塞液壓缸，可提供半分鐘660 1980 千瓦發電量，貨運列車不算、光客運福州站每天就有36趟旅客列車發出，它所能提供的發 電量是每小時200 600千瓦，是個非常可觀的數字，完全可以設立并投入使用。現在關鍵 的是撞擊混合蹄塊所使用的材料問題，采用更加耐撞而又靜音的混合材料，保持旅客列車 行車穩定和車廂安靜，是非常必要的。也許在試驗成功后，在列車車輪突出部分輪緣外圍同 時包上同樣的材料更合適，不僅可以大大降低噪音，還可以加大活塞行程、增加發電量。這 樣的舉措是公共行為，必須得到政府部門的大力支持。圖3圖4所示(311)車輪，(32)車 輪車緣，(33)軌道，(34)撞擊蹄塊，(35)液壓桿，(36)液壓缸體，(37)活塞，(38)回液管 道，(39)液壓閥門，(412)弧形鋼板，(413)支撐桿，(416)活動型鋼滑動桿，(417)限位槽 型鋼，(418)液壓缸體緊固件。3，在車站、碼頭、機場等地方下坡處設立活動地板，在原地板平面與活動地板連接處架立鋼架(55)，采用型鋼焊接成梯形斜坡固定骨架，活動骨架寬29. 5公分，長49. 5公分， 上面鋪設角型地板(51)正面寬30公分，長50公分，側面高8公分，長50公分，活動骨架下 面通過支撐桿(52)連接小型活塞桿(53)。活動地板的活動高度在4 6公分，這種地面 坡度不宜太大。在人流通過時，人們逐塊踩踏活動地板，地板通過活塞桿把重力作用于液壓 活塞缸，活塞缸體通過高壓液壓管(58)，把壓力傳遞給液壓自動控制系統，自動控制系統把 部分壓力通過回液管道(57)傳送回活塞缸，能使活動地板恢復原狀即可。如此往復，積少 剩多，液壓自動控制系統把大量收集的能量用于發電，總比日本“發電地板”收集的能量要 高得多。應該說我們使用的辦法，能大大提高人體重力的作用力的行距，才能有效地提高功 率。
4，上面所使用的辦法是集中收集的方法，也可以利用汽車、火車的減震器來我們 分散提供重力能源的工具，特別是載重汽車和貨運列車，在運行過程中的跳躍重力不可忽 視。把它們所用減震器都由液壓減震器取代。把雙向作用筒式減振器圖6的工作缸體(68) 直徑加大，缸壁(67)根據型號適當加厚，在減震器壓縮行程時壓力閥門(69)被推開后，它 的液壓能量就傳遞給液壓自動控制系統，經收集用于推動液壓馬達等、高液壓利用后的低 油液在減震器拉伸行程時通過補償閥(610)補充給儲液缸(66)，這樣積少剩多，特別是載 重貨車和貨運列車，在行進過程中本身可收集的能源就非常可觀，即使用于發電、補充電 瓶，不也可以大大節省汽車和火車的動力消耗。圖6所示，(61)連接環，(62)防塵罩，(63) 儲油缸筒，(64)活塞桿，(65)活塞，(66)儲油缸，(67)工作缸筒，(68)工作缸，(69)壓力閥 門，(610)補償閥，(611) (612)流通閥。
權利要求
一種利用物體在運動過程中的重力為我們提供能源的方法和技術，物體在運動過程中的重力仍然存在，它下降高度時是獲取能源最佳的時候，而獲取能量的關鍵是運動物體的重量、作用力的行程和運動頻率，它們獲取的方法不同，所需的要素也各不相同，納米發電、地板發電在三要素中側重要求頻率高，強磁場發電在三要素中側重要求運動物體重量大，多樣的運動物體和各不相同的利用技術研究任重而道遠，現有比較科學的方法是、在密集的人流、汽車流、火車流、還有礦山、碼頭等這些運輸量大的地方，尤其在下坡處，把它們作用于活動地板、活動輕型鋼模塊等的能量，通過機械傳動或液壓傳遞的方法，傳遞給能源回收中心轉化為功能加以利用，而目前采用液壓傳遞的方法相對比較科學，因為液壓裝置體積小，功率大、運動速度快，經久耐用、智能化、而且噪音小，只要有移動的物體經過時，它就能依靠自身的重力壓縮活塞、過后迅速復原、如此反復，人流越多、車流越大，它的壓縮頻率也就越高，所提供的能量也就越大，綜上所述它們的主要特征是不僅科學地利用了物體運動時的重力能源，還巧妙地設計了一些高低差，讓這些運動物體為我們提供更加大量可再生綠色能源。
2.根據特征1的要求在公路的下坡處設立活動輕型鋼板模塊路面帶(圖1、圖2)，在 輕型鋼模塊路面帶下安裝液壓傳動系統，輕型鋼板模塊由活動內框和固定外框組成，活動 內框由支撐桿(23)連接活塞桿(24)，活動輕型鋼弧形最高點安裝離路面高出10公分，輕 型鋼模塊外框(2)安裝與地面持平，每輛汽車經過時都通過活動輕型鋼內框壓縮活塞，然 后把所產生的液壓能量通過高壓輸液管(210)傳遞給公路旁邊的液壓自動控制中心，除小 部分用于恢復活動輕型鋼內框原狀外，大部分都用于發電。為了保持活動輕型鋼內框的穩 定，在模塊外框四周設立限位槽(22)，槽內安裝滑動軸承，這種活動輕型可以根據車輛密度 和發電規模可以單獨設置，也可以連接設置，連接設置時相鄰的活塞液壓應由不同的液壓 控制系統控制，以免車輛過多時失落靈，相鄰的外框立桿只用一根，在液壓活塞失靈時，或 者特別需要安靜的車輛通過時，控制系統關閉回油開關，不讓活動內框升起。
3.根據特征1的要求在復線鐵路軌道下坡直線段下安裝液壓傳動活塞群，每個所安裝 的活塞缸體均向來車方向傾斜一種方法是活塞桿(35)上方與列車車輪輪緣(32)相對應， 活塞桿與輪緣接觸部分做成弧形狀(412)，弧度與標準車輛車緣的園弧度相等，弧形頂點安 裝比軌道低1公分左右，最低處比輪緣外圍更低，即輪緣與活塞桿上方弧形接觸時才形成 壓縮、以后逐步加大，到弧形頂點才形成全部壓縮；另一種方法是活塞桿(35)上方與列車 車輪靠外緣處相對應，活塞桿與車輪接觸部分做成弧形(412)，弧度與標準車輛車輪園弧 度相等，弧形頂點安裝比軌道高4公分；為了保持活塞的穩定，在弧形鋼板兩端設立限位槽 (417)，槽內設置滑動軸承，讓弧形活動型鋼穩定桿(416)上下滑動自如。如2所述這種傳 動裝置可單獨或連接安裝，連接安裝時相鄰的裝置液壓由各自不同的液壓控制系統控制， 相鄰的立桿只用一根。液壓控制中心在活塞失靈時關閉回油開關，保證行車安全。
4.根據特征1的要求在車站、碼頭、機場出口的下坡處設立活動地板，先架立好型鋼框 架(59)，每步框架寬29. 5公分，長49. 5公分，高6公分，上面鋪設活動地板(51)，正面寬30 公分，長50公分，側面8公分，活動地板通過支撐桿(52)與活塞桿(53)連接。為了保持活 動地板的穩定，在型鋼框架四周設立穩定槽(55)，槽內設置滑動輪，使活動地板上下滑動自 如。
5.根據特征1的要求把大型貨車、火車上安裝的減震器都裝上液壓減震器，如圖6把雙向作用筒式液壓減震器的工作缸體(68)直徑稍加大，根據車輛載重情況適當增加液壓能 力，在減震器壓縮行程時閥門(69)被推開后，把它的液壓能量通過高壓管道傳遞給液壓自 動控制裝置，經收集用于推動液壓馬達等，液壓利用后在拉伸行程時油液通過補償閥(610) 補充給儲油缸筒(66)。這些液壓能量發電后用于補充電瓶等，減少火車、大型貨車的動力消耗。
全文摘要
一種利用運動中物體的重力能源用于發電的方法和技術。物體在運動過程中的重力仍然存在，稍有高低落差它就會做出功了來，特別在下坡時，是我們利用和回收這些能源的最佳時機，同時還科學地設計了一些高低差，讓運動過程的物體重力為我們提供大量可再生綠色能源，這種能源的利用技術研究任重而道遠。當前我們運用方法是利用活動地板、活動輕型鋼模塊路面等手段，科學地設置在人流、汽車流、火車流等這些頻繁運動的物體通過的的地方，獲取他們重力能量，并通過液壓傳遞或機械傳遞的方法傳送到能源利用中心，用以發電。這是當前大力提倡節能減排的世界上最有開發價值的綠色能源利用方法和技術，它比太陽能、風力能等這些綠色能源更加發展優勢，完全不受氣候限制，全天候發電。
文檔編號F03G7/00GK101825074SQ201010004550
公開日2010年9月8日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者李獻來 申請人:李獻來