利用拉簧和抽吸力进行发电的自发电式铁路 路灯 技术领域

本发明属于照明设备， 尤其是涉及一种利用自然能源发电的路灯。

背景技术

为了节约能源， 保护环境， 目前已经出现了利用太阳能和风能提供电力的 路 灯。 这两种自然能源的路灯， 特别适用于铁路沿线的照明。 因为长距离的铁道 线的照明要消耗相当大的电力资源。 然而， 这两种能源都是不稳定的。 比如， 连续的阴雨天， 太阳能路灯的供电就成了问题。 连续的无风或微风天气， 风能 路灯就会停止工作。 研究一种利用稳定的自然能源供电的铁路沿线 的路灯， 成 为一个重要课题。

现有的太阳能和风能路灯的另一个缺点是需配 置化学电池， 而化学电池要 定期维护， 且使用寿命有限， 废弃电池也会对环境造成污染， 这种状态也有待 改进。

另一值得注意的现象是： 高速铁路的两旁， 通常建有护栏， 用来防止路人盲 目接近轨道而被瞬间即至的高速列车所伤害。 因为高速列车快速通过时所产生 的高速气流， 会对铁路两旁的人或物产生抽吸效应， 如果人或物过分接近高速 行驶的列车， 就会被这种抽吸力吸向列车。 这个现象可以根据伯努利原理解释， 流速越快， 压强越低， 因此靠近列车的人或物会被从高压区推向 （吸向）低压 区。

发明内容

本发明的目的是针对上述自然能源发电的路灯 的不足之处， 提出一种具有稳 定的自然能源供电装置的路灯， 该路灯无须使用化学电池。 所述的自然能源是 列车运动时的高速气流形成的抽吸力所产生的 ； 这种自然能源且是稳定的， 因 为每日运行的列车班次数量是相当稳定的。

本发明主要思路是： 铁路沿线的路灯增设了以抽吸力为动力的摆动 装置和 拉簧弹性势能发电装置， 当高速列车通过时， 该摆动装置得到抽吸力而摆动， 摆动力使拉簧弹性势能发电装置积蓄弹性势能 ， 弹性势能在夜间得到机械式时 间设定装置的调控， 释放弹性势能驱动发电机发电， 供路灯照明。 说 明 书 本发明具体技术方案是这样实现的： 该路灯包括：

抽吸力摆动装置， 其包括设在路灯立柱前部的抽吸板和支架， 路灯立柱上 部的两根链条、 两只链轮、 平衡重块、 第一变速器、 止回棘轮机构、 花键轴、 顶板、 压缩弹簧和主动锥形摩擦轮、 第二变速器、 两块支板； 支架一端与抽吸 板固连， 另一端与路灯立柱下部铰接； 第一变速器和第二变速器分别通过两块 支板固定于路灯立柱两侧， 第一变速器输入轴和第二变速器的输入轴分别 连接 链轮， 链轮中设有棘轮； 每个链轮上均啮合一根链条， 每根链条的一端连接于 抽吸板上部， 另一端连接于平衡重块； 第一变速器的输出轴连接止回棘轮机构 和花键轴； 花键轴通过顶板与路灯立柱铰接； 花键轴的一端连接主动锥形摩擦 轮， 花键轴另一端进入变速器的输出轴内的花键孔 中， 且能在花键孔中轴向移 动； 主动锥形摩擦轮与顶板之间设置压缩弹簧； 该抽吸力摆动装置主要为拉簧 弹性势能发电装置的拉簧拉伸提供动力， 同时也为时间设定装置中的发条扭紧 提供动力；

拉簧弹性势能发电装置， 其设在路灯立柱内， 其包括设有锥形孔的主动链 轮及支撑板、 拉伸链条、 上定位杆、 上接盘、 拉簧、 下接盘、 从动链轮及支座、 第三变速器、 调速器、 直流发电机； 拉伸链条的两端通过上接盘连接在一起， 使拉伸链条形成环状， 拉伸链条的上部与主动链轮啮合， 拉伸链条的下部与从 动链轮啮合； 拉簧的上端部与上接盘连接， 拉簧的下端部通过下接盘固定于路 灯立柱上； 上定位杆固定在路灯立柱上部； 主动链轮通过支撑板与路灯立柱铰 接， 从动链轮通过支座与路灯立柱下部铰接； 第三变速器固定在支座上； 从动 链轮与第三变速器、 调速器、 直流发电机顺序连接； 主动链轮中的锥形孔与花 键轴上的主动锥形摩擦轮间断性摩擦传动连接 ； 主动链轮和从动链轮中均设有 棘轮； 直流发电机与路灯发光件通过导线电连接； 该拉簧弹性势能发电装置为 路灯的发光件提供电力；

时间设定装置， 其设在路灯立柱上部内， 其包括第一锥形摩擦轮， 第二锥 形摩擦轮、 第一齿轮轴、 第一片齿轮、 第二片齿轮、 发条扭紧轴、 时钟支架、 时钟、 时针轴、 凸轮和顶杆； 第一锥形摩擦轮与第二变速器的输出轴连接； 第 一锥形摩擦轮还与第二锥形摩擦轮摩擦传动连 接、 第二锥形摩擦轮与第一片齿 轮同轴心设置在第一齿轮轴上； 第一片齿轮与第二片齿轮啮合； 第二片齿轮、 发条扭紧轴、 时钟、 时针轴和凸轮顺序连接； 时钟通过时钟支架固定于路灯立 说 明 书 柱内部， 第一齿轮轴和发条扭紧轴分别与时钟支架铰接 ， 时针轴转一圏为 24小 时； 顶杆的一端与凸轮接触， 另一端穿过主动链轮与主动锥形摩擦轮接触； 该 时间设定装置定时控制启动拉簧弹性势能发电 装置发电；

路灯组件， 其包括路灯发光件和路灯立柱， 路灯发光件设置在路灯立柱上 部， 并与直流发电机通过导线电连接， 该路灯发光件在夜间由所述拉簧弹性势 能发电装置产生的电能发光照明；

使用上述装置的方法： 白天， 当列车经过路灯时， 列车与抽吸板之间的气 流加快， 压强降低， 从而对抽吸板产生抽吸力， 使抽吸板和支架向列车运动； 抽吸板上部拉动两条链条， 以此带动两只链轮、 第一变速器和第二变速器一起 运转；

第一变速器输出轴通过花键轴和主动锥形摩擦 轮驱动主动链轮转动， 使拉 伸链条将拉簧向上拉伸， 储存拉簧弹性势能；

第二变速器输出轴通过第一摩擦轮和第二摩擦 轮的摩擦传动， 带动第一片 齿轮和第二片齿轮的啮合传动， 使发条扭紧轴扭动时钟的发条， 给时钟的时针 轴和凸轮的转动以动力；

当列车通过后， 抽吸力消失， 平衡重块的重力拉动链条， 使抽吸板回复到 原来的状态； 多次列车通过， 使链轮多次转动， 拉簧不断向上拉伸积累弹性势 能， 同时， 时钟的发条也不断被扭紧；

当拉簧向上被上定位杆挡住后， 主动锥形摩擦轮由于过载而打滑转动， 起 安全保护作用；

另一方面， 当扭紧发条的扭矩超过第一锥形摩擦轮和第二 锥形摩擦轮的传 动扭矩， 第一锥形摩擦轮打滑转动， 从而起安全保护作用；

到了夜间， 随时间转轴转动中的凸轮的凸边推动了顶杆， 顶杆则将主动锥 形摩擦轮推离主动链轮的锥形孔， 主动链轮空转， 拉簧开始緩慢释放弹性势能， 靠弹性力向下运动， 拖动形成环状的拉伸链条转动， 从动链轮随之转动， 经第 三变速器提高转速， 经调速器稳定转速， 驱动直流发电机转动发电， 供路灯发 光件发光照明；

到了白天， 被压缩弹簧推动着的顶杆， 落在了转动着的凸轮的凹边上， 主 动锥形摩擦轮与主动链轮接合， 传动扭矩， 主动链轮通过拉伸链条将拉簧向上 拉伸积累弹性势能， 从动链轮空转， 直流发电机停止转动， 不再发电， 路灯发 说 明 书 光件熄灭；

如此周而复始， 路灯发光件依靠列车产生的抽吸力， 在夜间发光， 在白天 熄灭。

本发明的特点和有益效果是：

一、 利用高速列车行驶时所产生的抽吸力发电， 提供铁路路灯照明的稳定 和环保的电力。 避免了现有的风能和太阳能路灯电力不稳定的 缺点。 也 节约了公共电网的电力资源。

二、 利用积累弹性势能储存发电的能量， 代替蓄电池储存电力， 避免了化 学电池的环境污染， 也避免了化学电池寿命短， 须经常维护的缺点。 三、 利用机械时钟机构控制路灯的开关， 避免了电子控制电路须用电池维 持电力的缺陷。

附图说明

图 1是本发明实施例 1的使用状态示意图。

图 2是图 1的运动状态示意图。

图 3是本发明实施例 1的立体示意图。

图 4是图 3中的 A部放大图。

图 5是图 3中的正视图。

图 6是图 5中的 B部放大图。

图 7是路灯立柱内机构的立体视图。

图 8是图 7中的 C部放大图。

图 9是图 7的正视图 （隐藏线可见）。

图 10是图 1 中的 F部放大图。

图 11是图 6中的 D-D剖视图。

图 12链轮内的棘轮结构示意图。

图 13是实施例 2的示意图。

图 14是图 13中的 K部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一 步说明：

实施例 1 , 参阅图 1 至图 4, 本发明主要包括抽吸力摆动装置、 拉簧弹性势 能发电装置、 时间设定装置和路灯组件。 说 明 书 抽吸力摆动装置， 其主要部件抽吸板 11 设在靠近列车和铁路的位置， 每列 列车经过时产生的抽吸力，使抽吸板 11朝列车方向摆动一次，其动力将拉簧 24 由下向上拉伸， 逐步积累弹性势能； 同时， 也为时间设定装置中的机构提供运 行动力。

参见图 3、 图 4, 抽吸力摆动装置包括设在路灯立柱 41 前部的抽吸板 11 和支架 12, 路灯立柱上部的两根链条 13、 两只链轮 14、 平衡重块 15、 第一变 速器 1 6、 止回棘轮机构 5、 花键轴 18、 顶板 19、 压缩弹簧 182和主动锥形摩 擦轮 181、 第二变速器 39、 两块支板 17;

支架 12—端与抽吸板 11 固连， 另一端与路灯立柱 41 下部铰接。 当列车 经过时， 抽吸板 11得到抽吸力， 这两个固连在一起的零部件可以绕所述铰接处 朝列车方向摆动。 摆动的幅度， 由设在路灯立柱上的上限位杆 91 和下限位杆 92控制。 抽吸力的大小与抽吸板 11 的面积基本上成正比， 也就是说， 抽吸板 11越大， 获得的抽吸力也越大。 当列车通过后， 抽吸力消失， 平衡重块 15的重 量通过链条 13, 将抽吸板 11恢复到初始位置， 以备下一次的摆动。

第一变速器 16和第二变速器 39分别通过两块支板 1 7固定于路灯立柱 41 两侧， 第一变速器 16输入轴和第二变速器 39的输入轴分别连接链轮 14, 链轮 14中设有棘轮， 该链轮类似于自行车后轮中的含有棘轮的链轮 （见图 12 ); 每 个链轮上均啮合一根链条 13, 每根链条 13的一端连接于抽吸板 11上部， 另一 端连接于平衡重块 15; 参见图 3, 当链条 13带动链轮 14逆时针方向转动时， 第一变速器 16和第二变速器 39随链轮 14一起运行； 当链轮 14顺时针方向转 动时，由于棘轮的防逆功能，第一变速器 1 6和第二变速器 39不随链轮 14运行。 按图 4所示， 第一变速器 16的输入轴与输出轴的转动方向相反， 这是因为拉簧 24设在路灯立柱 41的前部的原因。如果第一变速器 1 6的输入轴与输出轴的转 动方向相同， 则拉簧 24应设在路灯立柱 41的后部。

第一变速器 16的输出轴 1 61连接止回棘轮机构 5和花键轴 18;花键轴 18 通过顶板 19与路灯立柱 41铰接； 花键轴 18的一端连接主动锥形摩擦轮 181 , 花键轴 18的另一端进入变速器的输出轴 1 61 内的花键孔（未画出）中， 且能在 花键孔中轴向移动； 主动锥形摩擦轮 181与顶板 19之间设置压缩弹簧 182, 依 靠压缩弹簧 182压迫主动锥形摩擦轮 181与主动链轮 21接合， 传动扭矩； 为防止拉簧自由向下收缩，设置了止回棘轮机 构 5(参见图 4、图 6和图 8 )。 说 明 书 该止回棘轮机构 5包括设在第一变速器的输出轴 161上的棘轮 51 ,设在支板 17 上的棘爪 52、 棘爪销 53和棘爪扭簧 54; 棘爪扭簧 54迫使棘爪 52始终与棘轮 51啮合。 当主动锥形摩擦轮不传动扭矩时， 拉簧会自由收缩， 但其收缩的弹性 力通过拉伸链条 23、 主动链轮 21、 主动锥形摩擦轮 181、 花键轴 18、 第一变 速器的输出轴 161及棘轮 51 , 传到棘爪 52, 棘爪 52阻止棘轮 51转动， 从而 防止了拉簧自由收缩。

第二变速器 39的输出轴连接时间设定装置中的第一锥形摩� ��轮 31； 该抽吸力摆动装置主要为拉簧弹性势能发电装 置的拉簧拉伸提供动力， 同 时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力；

拉簧弹性势能发电装置， 参见图 7和图 8, 其设在路灯立柱 41 内， 其包括 设有锥形孔 211的主动链轮 21及支撑板 22、 拉伸链条 23、 上定位杆 231、 上 接盘 232、 拉簧 24、 下接盘 233、 从动链轮 25及支座 26、 第三变速器 27、 调 速器 28、 直流发电机 29; 拉伸链条 23的两端通过上接盘 232连接在一起， 使 拉伸链条 23形成环状。 拉簧 24的上端部与上接盘 232连接， 拉簧 24的下端 部通过下接盘 233固定在路灯立柱 41 上； 拉伸链条 23的上部与主动链轮 21 啮合， 拉伸链条 23的下部与从动链轮 25啮合； 主动链轮 21和从动链轮 25与 链轮 14一样， 其中均设有棘轮； 当主动链轮 21通过拉伸链条 23将拉簧 24向 上拉伸时， 从动链轮 25空转； 当拉簧 24向下收缩时， 主动链轮 21 空转， 而拉 簧 24的弹性力通过拉伸链条 23驱动从动链轮 25转动，然后再经过第三变速器 27提高速度， 经过调速器 28稳定转速， 驱动直流发电机 29转动发电。 在这里 使用调速器的原因在于， 拉簧收缩时的弹性力是逐渐减弱的， 这会导致驱动直 流发电机的转速先快后慢， 不利于正常发电。 而通过调速器可以将第三变速器 的输出给直流发电机的速度稳定在一定的转速 上。所述调速器 28可以是公知的 机械离心式调速器。主动链轮 21通过支撑板 22与路灯立柱 41铰接，从动链轮 25通过支座 26与路灯立柱 41下部铰接； 第三变速器 27固定在支座 26上； 从 动链轮 25与第三变速器 27、 调速器 28、 直流发电机 29顺序连接； 主动链轮 21 中的锥形孔 211与花键轴 18上的主动锥形摩擦轮 181间断性摩擦传动连接， 具体地说， 也就是压缩弹簧 182将主动锥形摩擦轮 181推入锥形孔 211时， 双 者进行摩擦传动，当时间设定装置中的顶杆 39将主动锥形摩擦轮 181推离锥形 孔 211 , 两者不再接触传递动力； 直流发电机 28与路灯发光件 4通过导线电连 说 明 书 接； 该拉簧弹性势能发电装置为路灯的发光件 4提供电力；

时间设定装置， 其设在路灯立柱 41上部内， 其包括第一锥形摩擦轮 31 , 第二锥形摩擦轮 32、 第一齿轮轴 321、 第一片齿轮 33、 第二片齿轮 34、 发条 扭紧轴 35、 时钟支架 36、 时钟 37、 时针轴 371、 凸轮 38和 杆 39; 第一锥 形摩擦轮 31与第二变速器 39的输出轴连接；第一锥形摩擦轮 31还与第二锥形 摩擦轮 32摩擦传动连接，第二锥形摩擦轮 32与第一片齿轮 33同轴心设置在第 一齿轮轴 321上； 第一片齿轮 33与第二片齿轮 34啮合； 第二片齿轮 34、 发条 扭紧轴 35、 时钟 37、 时针轴 371和凸轮 38顺序连接； 时钟 37通过时钟支架 36固定于路灯立柱 41 内部，第一齿轮轴 321和发条扭紧轴 35分别与时钟支架 36铰接。 顶杆 39的一端与凸轮 38接触， 另一端穿过主动链轮 21与主动锥形 摩擦轮 181接触；

其中所述的时针轴 371 同轴连接所述凸轮 38; 时钟 37可采用公知的时针 轴转一圏为 24小时的时钟结构。 这样， 凸轮 38转一圏也是 24小时。 凸轮 38 的 边的弧长为白天路灯熄灭的时间， 凸轮 38的凸边的弧长为夜间路灯点亮的 时间。 第一锥形摩擦轮 31 与第一锥形摩擦轮 32以摩擦形式传动扭矩， 其作用 是防止时钟发条和相关机构被过载损坏。 该时间设定装置定时控制启动拉簧弹 性势能发电装置发电。

路灯组件， 其包括路灯发光件 4和路灯立柱 41 , 路灯发光件 4设置在路灯 立柱 41上部， 并与直流发电机 28通过导线电连接， 该路灯发光件 4在夜间由 所述拉簧弹性势能发电装置产生的电能发光照 明；

综上所述， 使用上述装置的方法： 白天， 当列车经过路灯时， 列车与抽吸 板 11之间的气流加快， 压强降低， 从而对抽吸板 11产生抽吸力， 使抽吸板 11 和支架 12向列车摆动；抽吸板 11上部拉动两条链条 13 ,以此带动两只链轮 14、 第一变速器 16和第二变速器 39—起运转；

第一变速器 16输出轴 1 61通过花键轴 18和主动锥形摩擦轮 181 , 驱动主 动链轮 21转动， 使拉伸链条 23将拉簧 24向上拉伸， 储存弹性势能；

第二变速器 39输出轴通过第一摩擦轮 31 和第二摩擦轮 32的摩擦传动， 带动第一片齿轮 33和第二片齿轮 34的啮合传动， 使发条扭紧轴 35扭动时钟 37的发条， 给时钟 37的时针轴 371和凸轮 38的转动以动力；

当列车通过后， 抽吸力消失， 平衡重块 15的重力拉动链条 13, 使抽吸板 说 明 书 回复到原来的状态； 多次列车通过， 使链轮 14多次转动， 拉簧 24不断向上拉 伸积累弹性势能， 同时， 时钟 37的发条也不断被扭紧；

当拉簧 24向上被上定位杆 231挡住后， 主动锥形摩擦轮 181 由于过载而 打滑转动， 起安全保护作用；

另一方面， 当扭紧发条的扭矩超过第一锥形摩擦轮 31 和第二锥形摩擦轮 32的传动扭矩， 第一锥形摩擦轮 31打滑转动， 从而起安全保护作用；

到了夜间， 随时间转轴 371转动中的凸轮 38的凸边推动了顶杆 39 , 顶杆 39则将主动锥形摩擦轮 181推离主动链轮的锥形孔 211 , 主动链轮 21 空转， 拉簧 24开始緩慢释放弹性势能， 靠弹性力向下收缩， 拖动形成环状的拉伸链条 23转动， 从动链轮 25随之转动， 经第三变速器 27提高转速， 经调速器 28稳 定转速， 驱动直流发电机 29转动发电， 供路灯发光件 4发光照明；

到了白天， 被压缩弹簧 182推动着的顶杆 39 , 落在了转动着的凸轮 38的 凹边上， 主动锥形摩擦轮 181与主动链轮 21接合传动扭矩， 主动链轮 21通过 拉伸链条 23将拉簧 24向上拉伸积累弹性势能，从动链轮 25空转， 直流发电机 28停止转动， 不再发电， 路灯发光件 4熄灭；

如此周而复始， 路灯发光件 4依靠列车产生的抽吸力， 在夜间发光， 在白 天熄灭。

实施例 2: 参见图 13和图 14, 用抽吸力平动装置代替所述的抽吸力摆动装 置也可以驱动链轮 14的转动， 达到发电的目的。

所述抽吸力平动装置的零部件基本上与抽吸力 摆动装置相同， 它包括设在 路灯立柱 41前部的抽吸板 11和支架 12,路灯立柱上部的两根链条 13、两只链 轮 14、 平衡重块 15、 第一变速器 16、 止回棘轮机构 5、 花键轴 18、 顶板 19、 压缩弹簧 182和主动锥形摩擦轮 181、 第二变速器 39、 两块支板 1 7;

不同的是： 支架 12—端与抽吸板 11 固连， 支架 12下部设有多只滚轮 101 , 路灯立柱 41下部固定一设有滑槽 102的底框 103, 当抽吸板 11受到抽吸力时， 滚轮 101支承着支架 12和抽吸板 11在滑槽 102内向前滚动，以此带动链条 13 和链轮 14运动。

以下零部件与抽吸力摆动装置相同： 第一变速器 16和第二变速器 39分别 通过两块支板 1 7固定于路灯立柱 41两侧，第一变速器 1 6输入轴和第二变速器 39 的输入轴分别连接链轮 14, 链轮中设有棘轮； 每个链轮上均啮合一根链条 说 明 书

13 , 每根链条的一端连接于抽吸板 11 上部， 另一端连接于平衡重块 15; 第一 变速器 16的输出轴 1 61连接止回棘轮机构 5和花键轴 18;花键轴 18通过顶板 19与路灯立柱 41铰接；花键轴 18的一端连接主动锥形摩擦轮 181 ,花键轴 18 的另一端进入变速器的输出轴 1 61 内的花键孔中， 且能在花键孔中轴向移动； 主动锥形摩擦轮 181与顶板 19之间设置压缩弹簧 182;

该抽吸力平动装置主要为拉簧弹性势能发电装 置的拉簧拉伸提供动力， 同 时也为时间设定装置中的发条扭紧提供动力；

其余相关联的拉簧弹性势能发电装置、 时间设定装置、 路灯组件， 与实施 例 1相同。