健身器材能量利用裝置

摘 要：基于液壓傳動(dòng)理論，提出了一種利用杠桿原理將人體做功轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、并通過水流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的能量利用裝置。本文設(shè)計(jì)了一種新的能量利用裝置，介紹了其工作原理，對(duì)其能量轉(zhuǎn)換過分進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。該文提出的新裝置具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：液壓傳動(dòng) 杠桿 水流發(fā)電機(jī) 健身器材 節(jié)約能源

中圖分類號(hào)：R19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（c）-0252-01

近年來，越來越多的人到健身房進(jìn)行鍛煉，人體做功產(chǎn)生的能量大多以熱能的形式散失了。對(duì)此，本文提出了這種健身器材能量利用裝置，實(shí)現(xiàn)了將人體運(yùn)動(dòng)消耗的一部分能量轉(zhuǎn)換為電能的功能。將水流發(fā)電機(jī)終端產(chǎn)生的的電能存儲(chǔ)到蓄電池中，通過USB接口可為手機(jī)等電子設(shè)備充電，方便實(shí)用，具有廣泛的應(yīng)用前景。本裝置可用于具有垂直方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的健身器材，對(duì)于其它運(yùn)動(dòng)方向的器材，亦可通過滑輪改變力的作用方向而實(shí)現(xiàn)。

1 裝置組成

此能量利用裝置由三部分組成：第一部分由杠桿、質(zhì)量塊、缸體和活塞構(gòu)成，將人體做功的能量轉(zhuǎn)化為液體（水）的機(jī)械能；第二部分由液體、水管和兩個(gè)逆回閥構(gòu)成，作為中間部分將液體的機(jī)械能傳遞給第三部分；第三部分由水流發(fā)電機(jī)和能量收集裝置（如蓄電池）構(gòu)成，將電能進(jìn)行儲(chǔ)存。裝置實(shí)物模型見圖1。

2 工作原理

2.1 人體做功過程

人體在健身器材上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過杠桿做功，在大氣壓強(qiáng)作用下通過管路①流向缸體，另一管路②由于逆止閥的作用限制了水流流動(dòng)。

2.2 發(fā)電機(jī)發(fā)電過程

在人體做功的回程過程中，質(zhì)量塊下降，所釋放的重力勢(shì)能壓縮缸體內(nèi)的水，從而使水流沿管路②內(nèi)流動(dòng)，推動(dòng)水流發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，管路①在逆止閥的作用下沒有水流通過。

2.3 水力發(fā)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)及特性曲線

3 效率計(jì)算與分析

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用前景

本文提出了一種利用健身器材收集能量的新裝置。研究小組在分析了HV-368型水流發(fā)電機(jī)的參數(shù)后，通過實(shí)驗(yàn)研究與理論分析建模，計(jì)算分析了能量收集效率與鍛煉強(qiáng)度及手臂運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系，獲得了在不同鍛煉強(qiáng)度及手臂不同運(yùn)動(dòng)速度情況下的能量收集效率曲線，為本裝置在健身房中的實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)支持。本裝置在幫助健身者實(shí)現(xiàn)最佳鍛煉的同時(shí)收集了盡可能多的能量，將健身與節(jié)能減排融為一體，對(duì)于全民倡導(dǎo)節(jié)能減排、推廣全民健身意識(shí)具有重要意義。

5 結(jié)語

集健身、節(jié)能減排于一體，收集利用人體往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。可簡(jiǎn)單改裝后應(yīng)用于現(xiàn)有的諸如自由重量訓(xùn)練器、彈簧拉力器、重錘拉力器、啞鈴等器材，同時(shí)也可根據(jù)需要做適當(dāng)調(diào)整取代部分現(xiàn)有同類健身器材。收集的能量可用于手機(jī)充電，亦可集成后為室內(nèi)外節(jié)能燈具等裝置供電。本裝置可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有及新建健身房，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]齊鄂榮，曾玉紅.工程流體力學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，2005：437.

[2]聞邦椿，宋錦春，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].5版.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]劉鴻文.簡(jiǎn)明材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]王杰偉.防逆水封閥原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].給水排水，2005，31（6）：16.

[5]王驥等.手機(jī)鋰電池充放電過程的研究[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2009，22（4）：30.