ДОРОЖНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
ROAD POWER DEVICE

Изобретение относится к области возобновляющихся источников энергии, а именно к использованию потенциальной энергии движущихся транспортных средств или пешеходов, и преобразованию ее в другие виды энергии, преимущественно в электрическую.
Известен преобразователь энергии ветра и волн (Алиева А.С., Алиева Б.З. «Преобразователь энергии ветра и волн», патент РФ №2254494 от 10.09.2003 г. F03D 5/04), который содержит связанные с помощью рычагов вращающиеся платформы. На каждой платформе установлена лопасть. Преобразователь энергии содержит также кинематически связанные преобразователь движения и узел изменения ориентации и фиксации положения лопасти, взаимодействующий с флюгером. Преобразователь движения через мультипликатор подключен к электрогенератору.
К недостаткам известного преобразователя энергии можно отнести сложность конструкции и невозможность его применения на суше.
Известен также преобразователь энергии волн (Алиев А.С., Алиев Р.А. «Преобразователь энергии волн», патент РФ №2300663 от 22.11.2005 г., F03B 13/12), который может быть указан в качестве ближайшего аналога изобретения (прототипа).
Прототип содержит кинематически связанные стойку, поплавковые камеры, раму, вал, мультипликатор и генератор. Кроме того, преобразователь дополнительно содержит взаимодействующие друг с другом второй вал, первую и вторую шестерни и не менее двух преобразователей движения. При этом каждый преобразователь движения содержит вертикальный шток, установленный с возможностью вертикальных колебаний, на верхнем конце которого установлен первый блок, а на нижнем - третья звезда, взаимодействующая с первой и второй поплавковыми камерами.
В качестве недостатка прототипа можно указать конструктивную сложность преобразователя движения и невозможность его применения на суше для преобразования потенциальной энергии транспортных средств.
Техническая задача заключается в упрощении конструкции преобразователей возвратно-поступательного движения во вращательное и создании на их основе преобразователя потенциальной энергии движущихся транспортных средств или пешеходов в электрическую.
Данная техническая задача решается путем создания принципиально новой конструкции дорожного энергетического устройства, которое содержит кинематически связанные горизонтальные подпружиненные платформы и вертикальные штоки, установленные с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и взаимодействующие с подвижными объектами, например с транспортом (или пешеходами). Устройство также содержит преобразователи движения, которые взаимодействуют с соответствующими горизонтальными платформами. При этом каждый преобразователь движения содержит первый и второй штоки, которые связаны друг с другом первой и второй параллельными зубчатыми рейками неподвижно, а также первую и вторую шестерни, установленные неподвижно на обоймах соответствующих обгонных муфт, ступицы которых неподвижно установлены на общем выходном валу. Причем первая и вторая зубчатая рейки сдвинуты относительно друг друга в поперечном направлении и взаимодействуют с первой и второй шестернями соответствующей пары с диаметрально противоположных сторон. При этом обгонные муфты каждой пары установлены так, что когда первые из них, передающие вращение на выходной вал по часовой стрелке, находятся в сцеплении, вторые муфты, передающие вращение в обратном направлении, находятся вне сцепления и наоборот.
Каждая горизонтальная платформа шарнирно соединена с двумя наклонными прямоугольными щитами, нижние грани которых на роликах раздвигаются по горизонтальному поддону в разные стороны вдоль пути движения транспортных средств.
В преобразователе движения третья и четвертая шестерни, взаимодействующие с двумя параллельными зубчатыми рейками, установлены на общем валу с возможностью свободного вращения, а на их боковых поверхностях установлены подпружиненные собачки, взаимодействующие с соответствующими храповыми колесами, установленными неподвижно на общем выходном валу.
Дорожное энергетическое устройство содержит дополнительно центробежный регулятор скорости вращения, шарнирно установленный на неподвижной вертикальной стойке, который взаимодействует через обгонную муфту с выходным валом мультипликатора и через коническую пару шестерен с электрогенератором. При этом ползун с тормозным диском взаимодействует с неподвижным диском, закрепленным на вертикальной стойке.
Дорожное энергетическое устройство содержит дополнительно идентичные параллельные валы, взаимодействующие друг с другом через соответствующие обгонные муфты, звезды и цепную кинематическую связь.
Принцип работы дорожного энергетического устройства поясняется фиг.1-9.
На фиг.1 представлена схема расположения преобразователей движения поперек двухполосного дорожного полотна, где:
1 - дорожное полотно;
2 - вал;
3 - наклонные щиты;
4 - платформа;
5 - шарнирные соединения;
6 - поддон;
7 - маховик;
8 - мультипликатор;
9 - электрогенератор.
На фиг.2 представлена схема цепной связи между параллельно включенными валами 2, где:
10 - обгонные муфты;
11 - звезды;
12 - цепь.
На фиг.3 представлена конструкция узла крепления платформы 4, где позиции 3-6 те же, что на фиг.1;
13 - катки;
14 - пружины;
15 - шток;
16 - преобразователь движения.
На фиг.4 представлена схема расположения преобразователей движения вдоль пешеходного пути и лестниц, где позиции 13-16 те же, что и на фиг.3;
17 - каркас металлический.
На фиг.3 представлена конструкция узла регулировки скорости вращения электрогенератора, где:
18 - вертикальная стойка;
19 - центробежный регулятор скорости вращения;
20 - втулка регулятора;
21 - ползун;
22 - тормозной диск;
23 - неподвижный диск;
24 - упорные кольца;
25 - обгонная муфта;
26, 27, 28 - первая, вторая и третья конические шестерни;
29 - электрогенератор.
На фиг.6 представлена конструкция узла крепления платформы, взаимодействующей с колесом железнодорожного вагона, где позиции 3-16 те же, что и на фиг.3;
30 - рельс;
31 - колесо;
32 - ободок колеса;
33 - упорное кольцо;
34 - нижний шток.
На фиг.7 представлен вид С по фиг.6, где позиции 2-34 те же, что на фиг.6.
На фиг.8 представлена конструкция первого варианта преобразователя движения, где:
35 - шток;
36 - кронштейны;
37, 38 - первая и вторая зубчатые рейки;
39, 40 - первая и вторая шестерни;
41, 42 - первая и вторая обгонные муфты;
43 - вал.
На фиг.9 представлен вид А-А по фиг.8, где позиции 35-43 те же, что и на фиг.8.
Необъятная территория России, а также весь мир охвачен паутиной шоссейных и железнодорожных путей.
Современные информационные космические системы позволяют с высокой точностью контролировать и охранять богатства страны, в частности лес, нефть, газ, фауну и др. Для этой цели необходимо установить вдоль нефте- и газопроводов, шоссейных и железнодорожных путей информационные датчики. Для питания таких датчиков, установленных на огромных расстояниях друг от друга, где нет централизованного электроснабжения, требуются автономные источники электрической энергии.
Разработка альтернативных источников электрической энергии, которые работают под воздействием веса проходящего автомобильного или железнодорожного транспорта, а также под тяжестью пешехода и животных, является актуальной и востребованной.
Дорожное энергетическое устройство устанавливается поперек шоссейного или железнодорожного путей (см. фиг.1).
Мощность на валу 2 энергетического устройства зависит от числа и мощности единичного преобразователя движения 16.
Горизонтальные платформы 4 с помощью шарниров 5 соединены с наклонными щитами 3 и установлены с возможностью вертикального перемещения вверх и вниз. Величина этого перемещения может быть задана в пределах от 3 до 7 см. Чтобы водители не объезжали платформ, они должны занимать всю ширину дороги, или между ними необходимо воздвигнуть бугорки из асфальта высотой платформ. Таким образом, на дороге создается препятствие, аналогичное «лежачему милиционеру», которое должно быть указано соответствующим дорожным знаком. По четырем углам горизонтальной платформы 4 установлены пружины 14, которые поднимают его вверх после прохождения по ней колес автомобиля. К нижней поверхности платформы неподвижно крепится шток 15, который совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз. Нижние ребра наклонных щитов 3 шарнирно связаны с катками (роликами) 13, которые откатываются от центра в разные стороны. При этом платформа 4 и наклонные щиты 3 под тяжестью автомобиля прижимаются к поддону 6. Пружины 16 установлены в специальных углублениях поддона, которые обеспечивают максимальный ход штока 15.
После снятия груза сжатые пружины 14 отжимают платформу 4 вверх. Таким образом, под воздействием колес автомобиля шток совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз. Потенциальная энергия сжатых пружин должна быть такой, чтобы энергия, передаваемая штоком на преобразователь движения 16 при подъеме платформы 4, была равна энергии, передаваемой при ее опускании под тяжестью автомобиля. Для этого сила сжатия восьми пружин должна быть равна половине веса автомобиля.
Размеры платформ 4 и их расположение на дорожном полотне 1 должны быть подобраны такими, чтобы они взаимодействовали с колесами максимального количества проезжающих автомобилей в обе стороны трассы.
На общий вал 2 передается также энергия вращения от второй пары преобразователей движения, установленных на встречной полосе движения. В зависимости от ширины дороги и числа полос движения количество пар преобразователей движения может меняться. Кроме того, для увеличения выходной мощности энергетического устройства и повышения синхронности вращения общего выходного вала может быть использовано параллельное соединение нескольких валов. Суммарная мощность устройства при этом определяется единичной мощностью одного преобразователя, умноженной на число преобразователей движения, установленных на одном валу, а также на число параллельно включенных валов. Это количество задается из экономической целесообразности.
Кинематическая схема соединения параллельно установленных валов 2 приведена на фиг.2. На концах валов неподвижно установлены ступицы обгонных муфт 10. Обоймы обгонных муфт неподвижно связаны со звездами 11. Цепь 12 охватывает звезды всех параллельно установленных валов.
Обгонные муфты 10 установлены так, чтобы суммировать мощности, создаваемые на каждом валу. Тот вал, который препятствует вращению общего выходного вала, автоматически выводится из кинематической схемы. Обойма обгонной муфты и звезда 11 на таком валу свободно вращается при неподвижном вале.
Энергетическое устройство, представленное на фиг.1-3, может быть установлено также на железнодорожном пути. При этом изменяется только конструкция узла крепления платформы (см. фиг.6 и фиг.7).
Наклонные щиты и платформа при этом имеют небольшую ширину и должны быть установлены вблизи рельсов с внешней их стороны. Наклонные щиты 3 и платформа 4 должны взаимодействовать с обоймами колес 31 вагонов, в результате чего подпружиненный шток совершает возвратно-поступательное движение. Преобразователь движения преобразует энергию возвратно-поступательного движения штока 15 в энергию вращательного движения выходного вала 2.
На выходном валу необходимо установить массивный маховик 7. Маховик повышает синхронность вращения электрогенератора 9. Мультипликатор 8, подключенный к выходному валу, служит для повышения скорости вращения вала до номинальной скорости вращения электрогенератора 9.
В случае применения генератора переменного тока переменное напряжение через выпрямитель 33 может быть подано на аккумулятор 34.
На фиг.4 представлен пешеходный вариант энергетического устройства.
Устройство работает под воздействием сил тяжести пешеходов, наступающих на выдвижные платформы 4, установленные на металлическом каркасе 17.
Пружины 14, установленные по углам четырехугольной платформы 4, придают ей горизонтальное положение. Вертикальные штоки 15, неподвижно связанные с горизонтальными платформами, совершают возвратно-поступательное движение в пределах 3-7 см. Нижние концы штоков связаны с соответствующими преобразователями движения 16. Преобразователи движения установлены на общем валу 2. На этом валу установлен маховик 7 и через мультипликатор 8 подключен к электрогенератору 9.
При необходимости в пешеходном варианте также может быть использовано параллельное соединение валов с помощью цепной связи (см. фиг.2).
Для регулирования скорости вращения электрогенератора может быть использован классический регулятор скорости вращения (фиг.5).
Центробежный регулятор скорости вращения 19 шарнирно установлен на неподвижной вертикальной стойке 18. На втулке регулятора 20 неподвижно установлена ведомая коническая шестерня 27. Ведущая коническая шестерня 26 установлена на обойме обгонной муфты 25, ступица которой установлена на выходном валу мультипликатора 8. Ведомая коническая шестерня 27 через третью коническую шестерню 28 передает вращение на электрогенератор 29.
При повышении скорости вращения ведомой шестерни 27 ползун 21 с тормозным диском 22 прижимается к неподвижному диску 23, закрепленному на вертикальной стойке 18. Чем больше превышение скорости вращения шестерни 27, тем больше сила торможения. Таким образом синхронизируется скорость вращения электрогенератора 29.
На фиг.8 представлена конструкция преобразователя движения.
Штоки 35 неподвижно соединены друг с другом с помощью двух параллельных зубчатых реек 37, 38 и двух поперечных кронштейнов 36. Кронштейны 36 имеют Z-образную форму. Зубчатые рейки крепятся к кронштейнам с двух разных сторон.
На валу 43 неподвижно установлены ступицы первой 41 и второй 42 обгонных муфт. Обоймы указанных обгонных муфт неподвижно связаны с соответствующими шестернями 39, 40. Причем каждая обгонная муфта работает в противофазе. Когда ступица первой 41 обгонной муфты находится в сцеплении с обоймой, ступица второй 42 обгонной муфты вращается свободно (т.е. не находятся в сцеплении с обоймой).
При обратном движении штоков 35 под воздействием пружины в сцепление входит вторая обгонная муфта 42. Вследствие того, что зубчатые рейки взаимодействуют с шестернями 39, 40, установленными на обоймах обгонных муфт, работающих в противофазе, вал 43 сохраняет постоянное направление своего вращения.
Для повышения синхронности вращения выходного вала на нем установлен маховик 7.
Выходной вал подключается к мультипликатору 8, который служит для повышения скорости вращения до номинальной скорости вращения электрогенератора 9.
Для регулирования скорости вращения электрогенератора может быть использован классический регулятор скорости вращения дополнительный тормозной системой (см. фиг.5). В качестве электрогенератора могут быть использованы низкооборотные электрогенераторы для ветроэнергетических установок, обеспечивающих номинальную мощность 1-10 кВт при 300 об/мин. После генератора переменное напряжение выпрямляется и подается на аккумулятор.
Дорожное энергетическое устройство может быть использовано как автономный источник электрической и тепловой энергии в местах, где нет централизованного энергоснабжения, в частности как автономный источник электрической энергии для информационных датчиков.