基本信息
- 项目名称：
- 制动能量回收与循环系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目运用发条对制动力进行能量回收，并设计相关机构对该能量进行存储及适时释放利用，通过实验表明自行车的制动性与动力性均可得到改善，通过人工及机械反馈进行操控，实现各种路面和工况工作模式的自由切换，达到运转平顺、执行可靠的效果。此外，由于机构制造简单，成本较低，且顺应社会发展的环保与节能潮流，有较广阔的发展空间与市场潜力。
- 详细介绍：
- 本研究针对自行车，采用一套装于车轮上的机构，一方面辅助自行车制动，另一方面又带动储能机构工作，利用制动力将能量以弹性势能的形式加以存储。需要时启动开关，打开储能器，释放能量辅助自行车前进，进而达到减轻负担的目的。 系统组成： 1.能量转换机构：中间轮和储能轮通过连接杆相连,通过连接杆的旋转,实现中间轮和储能轮位置的改变。发条装在储能轮里面，一头与储能轮固连，一头与连接杆相连。当中间轮参与工作时，通过其与转动的轮胎内圈啮合随轮胎旋转，带动储能轮转动。储能轮内置发条机构，其转动时，发条机构被上紧，即系统以弹性势能的形式将能量储存。 2.控制机构：弹簧一头连在支架上，一头连在连接杆上。制动销插在支架上。中间轮和储能轮分别装在连接杆上，它们是啮合的。控制机构主要作用于发条的两种极限状况。 当发条完全被上紧时，防过载控制机构可根据发条的张紧程度判断并控制储能轮停止储能，同时触发发条锁止机构，防止发条凭空释放能量。 当发条完全释放能量后，防反带控制机构可使储能轮离开工作状态，即使轮胎内圈不能反带发条，防止行驶摩擦阻力的增加或损坏发条机构。 此外，当骑车者扭转转动套筒，杠杆机构可将此力矩转换成克服弹簧拉伸力的外力，使中间轮脱离轮胎内圈，同时储能轮接触轮胎内圈，并解除发条锁止机构，使之释放能量进行动力辅助。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：自行车作为非机动车辆，其最大的硬伤在于“使用费力”，因此大多数人在选择交通工具时自然而然地摒弃了自行车。这也是在推广自行车出行上所面临的最大问题。如果我们可以在一定程度上解决其动力源单一的问题，无碳出行的推广就更加可行和便利。 基本思路：“制动力回收机构”着眼于改善自行车的制动效果和动力输出来源。通过这一机构，将看似功能相反的两者合成一个循环工作且互相促进的整体，改善制动性，并将制动时产生的势能加以利用，在需要时减轻骑车者动力负担。 创新点：这一机构将自行车的制动效果和动力输出来源这看似功能相反的两者合成一个循环工作且互相促进的整体。既改善了制动性，提高了安全性能，又合理利用了制动时产生的能量，提高了自行车的动力性，减轻骑车者的动力负担。结构的创新：将整套机构结构紧凑，适应性强，可方便地加装在传统自行车上，并根据不同的需求安装在不同的车轮上。 技术关键：1.过载保护；2.防反带措施；3.系统必须能储存比较多的能量，对弹簧的材料、形状等方面需慎重考虑。 主要技术指标：1.能量转换效率η；2.动作响应时间T；3.最大储存能量E。
科学性、先进性
- 科学性： 1.该机构完全符合能量守恒定律，设计机构的自由度也与操控源的数目一致，具有确定的运动规律。 2.两套反馈装置——防过载、防反带——增强了机构操纵的稳定性，很大程度上减轻了操作者的操作负担，实用性强。 3.制作工艺性强，通过普通机床可完成制作。 先进性： 1.现阶段已研制的各种弹性储能机构均没能得以广泛应用。与现有技术相比，该机构结构简单，生产成本低，便于普及。 2.其通过科技创新实现节能减排与能源再利用，符合社会的发展趋势。 3.机械式闭环系统使得机构运作更加稳定、可靠、科学，操控性也得以增强。 自行车自身结构的限制使得其操作系统只能以机械的形式表现，因此其控制功能并非十分完善，但此项机构所提出的思路具有运用普遍性，假以时日，通过技术的改善与创新，如果能用在汽车的制造上，如：采用气体弹簧进行储能、加装ECU控制系统实现实时反馈，则能够很好地解决汽车的动力性与燃油经济性二者之间的矛盾，具有前瞻性。
获奖情况及鉴定结果
- 第十二届华南理工大学“挑战杯”比赛中作展示，被评为校三等奖。
作品所处阶段
- 改良与试验阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 1.实物、产品 2.模型 3.图纸 4.图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 这套系统操作方便。以系统装在前轮为例，此时左车闸为后轮车闸，下方有一个转动套筒，控制能量的释放，即开启辅助动力。右车闸为两段式车闸，行程前半段时只储能，后半段既储能又制动。 技术优势： 1.该机构采用机械闭环控制，控制可靠； 2.加工工艺性强，产品精度要求不高，制作成本低，经济实用； 3.改装方便，适应性强。 适应范围： 这套系统体积较小，适应性强，将传统自行车简单改装之后即可加装系统，效果明显。 推广前景及市场分析： 在构建“幸福广东”的计划中，有一个“建设绿道、提倡无碳出行”的重要项目。绿道正以便捷低碳的优势，成为越来越多珠三角人民出行的选择。在这样一个大背景下，作为绿道的附属工具，“自行车热”很快将席卷羊城。如此大的需求量，注定了该技术有较明朗的推广前景与巨大的市场潜力。 经济效益预测： 该机构制作原材料便宜，使用周期长，零件更替简单，对环境不会造成任何污染，不需依靠额外的动力源，因此相比同类产品——如电单车，更为实惠耐用。
同类课题研究水平概述
- 经过查阅资料及外出探访，我们发现： 1.国内研究现状： 1)2007年陕西省市民王继民发明了发条驱动的自行车并获得国家专利，但其能量并非通过回收制动力获得的，而是通过事先上紧发条输入能量。 2)2010年曾有人设计过类似的制动力回收的机构，但未提及过载保护及防反带机构。 3)很多人给自行车后轮增加马达，通过带传动或其他方式驱动自行车，但这需要耗费化学燃料。 2.国外研究现状： 1)在世界顶尖的汽车运动赛事F1中，就有理念相同的制动力回收系统。KERS是动能回收系统(Kinetic Energy Recovery Systems)的英文缩写。其基础原理是：通过技术手段将车身制动能量存储起来，并在赛车加速过程中将其作为辅助动力释放利用！具体的使用方法可能模仿A1的加速按钮来实现。在FIA宽松的规则框架下，现在存在两种技术原理的KERS系统正在研发当中：飞轮动能回收系统和电池-电机动能回收系统。 2)为了解决上坡的动力问题，国外有人设计了“自行车电梯”，即将自行车前后轮固定在单轨上，通过轨道的牵引将自行车送到坡顶。
