專利名稱：無能耗升降裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以節(jié)能減排為主要目的升降運(yùn)輸機(jī)械 背景技術(shù) 本裝置利用杠桿原理將升和降的矛盾同時利用起來，完成幾乎沒 有能源消耗的升降功能.而目前世界普遍采用的是升降機(jī)、電梯等來完成升降任務(wù)， 公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸以及山地運(yùn)輸?shù)鹊纳祹缀踹€停留在純粹依靠車輛自身去完成， 其上和下、升和降同時都要消耗大量能量.本裝置則可將降的勢能貯存起來以備升之 所用.它是一個很好的節(jié)能裝置.它的廣泛應(yīng)用可以為全球節(jié)能降耗、減少溫室氣體 排放發(fā)揮巨大作用.

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)今世界人口巨增，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，工業(yè)化不斷加速.與此同時， 旅游業(yè)、商業(yè)日傾發(fā)達(dá)，國與國之間、地區(qū)與地區(qū)之間交往越來越密切，人員往來為 數(shù)大增.大量的流動人口、貨物貿(mào)易帶來交通運(yùn)輸飛速發(fā)展.城市化致使高樓建筑林 立.大量的車輛運(yùn)輸和高樓電梯的使用使能源消耗猛增.不可再生能源如煤、石油、 天燃?xì)獾裙┙o日傾緊張，價格也在不斷攀升.石油從短短幾年前的三十美元左右一桶 陡升至一百多美元一桶,煤價也翻了一倍多.另一方面，大量煤、石油的消耗產(chǎn)生了大 量溫室氣體，為整個地球氣候和生態(tài)環(huán)境帶來了空前壓力.不堪重負(fù)的地球環(huán)境隨時 都有可能給人類報以災(zāi)難.在此前提下，人們在開發(fā)新能源的同時,如何降低能耗成 了各國乃至全人類的戰(zhàn)略要務(wù).
我們知道，汽車運(yùn)輸爬坡下坡、火車翻山越嶺，高樓人員上樓下樓都要消耗大量 能量.尤其是我國山地、丘陵多^^原少,運(yùn)輸上的上下坡非常多，能耗更是巨大.火車 上山要耗能、下山也要耗能.汽車爬坡要耗能、下坡返回也要耗能.居住高樓的人們 乘坐電梯上樓要耗能、下樓也要耗能.人們的這些行為更加加劇了能源的消耗.
如果火車不爬山下山，就只有挖隧道.但是像上西藏這樣的鐵路是必須上山的. 如果我們計劃修一條鐵路連接中國和印度,就必須穿越喜馬拉雅山脈,要打隧道并非 易事，且耗資巨大.還有沒有什么更好的辦法可以避免打那么長的隧道呢？這就是我 所發(fā)明的升降裝置可以完成的任務(wù).此裝置不僅可以解決火車上山下山的難題，而且 還可以節(jié)省絕大部分能耗.它的廣泛應(yīng)用，每年可以為全世界節(jié)省成百上千億美元的 能源開支.
凡是懂得物理學(xué)能量守恒定律和功能轉(zhuǎn)化原理知識的人都知道,將重物提高需 要消耗能量.但重物在被提高的同時，它的勢能也隨之增大.汽車從山下上到山上是 要消耗能量的，而山上的汽車則具備著相應(yīng)的勢能.我們可不可以將這山上的汽車的 勢能利用起來同時化作汽車上山的能源呢？同理，要下樓的樓上的人們是否可以與需 要上樓的樓下的人們交換勢能呢？這是完全可以的.當(dāng)然這種交換必須要同時才能進(jìn) 行.即上樓的人與下樓的人必須同時上下.對此,我們只要用一個簡單的定滑輪就可 以辦到了.即利用一個定滑輪把樓上的人的重力勢能將樓下的人不斷提升，當(dāng)樓上的 人下到樓下時,相當(dāng)重量的樓下的人同時也被提升到了樓上.這個前提條件是,樓上 下樓的人的質(zhì)量大于或等于上樓的人的質(zhì)量.如果下樓的人質(zhì)量小于上樓的人的質(zhì) 量,則需輔以外在動力才能完成勢能交換.如果上、下樓的人們不在同時怎么辦呢？一是可以等待到同時.但如果需要等待的時間過長也是不行的.怎么辦 那就是另一 個辦法一薛助法碼.當(dāng)有人要上樓時,若沒有其他人需要下樓，我們就可以將預(yù)先 準(zhǔn)備在樓上的法碼將樓下的人吊上去.反之,下樓的人也可以把樓下的法碼吊上樓以 備返回樓上時使用.這就是勢能的貯備.有了貯備勢能的機(jī)理,我們就再也不用上樓 耗能、下樓也耗能了.汽車也不用上山耗能、下山也耗能了.如此以至,我們可以推而 廣之，到火車、到一切可以上下的人或物.這就是本無能耗升降裝置的原理和作用之 所在.而其具體應(yīng)用到公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸以及高樓人貨升降、商場人流等又有所不 同.


圖1為公路運(yùn)輪垂直升降的示意圖。 圖2為公路運(yùn)輸從斜坡升降的示意圖. 圖3為鐵路運(yùn)輸升降示意圖。 圖4為高樓升降示意圖。 圖5為農(nóng)業(yè)灌溉和自來水取水示意圖。 圖6 (摘要附圖)為山地運(yùn)輸升降示意圖。
圖l中K地磅2、滑輪3、砝碼4、汽車5、預(yù)備砝碼6、貯水池 7、纜繩8、公路斷面9、低端公路10、高端公路
圖2中1、地磅2、滑輪3、砝碼車4、汽車5、預(yù)備砝碼6、貯水 池7、纜繩8、山地斜坡9、低端公路10、高端公路
圖3中1、低端鐵路2、高端鐵路3、活動鐵軌4、跳板式導(dǎo)軌5、 火車6、砝碼車7、預(yù)備砝碼8、滑輪9、支架掛鉤10、統(tǒng)繩11、斜 坡軌道12、砝碼車軌道B、貯水池
圖4中1、籠子2、定滑輪3、纜繩4、預(yù)備砝碼5、高樓
圖5中1、水庫2、下游河道3、貯水池4、梯田5、升水箱6、降 水箱7、定滑輪8、纜繩9、下滑軌道h、升水高度s、降水距離 a 、 下滑軌道仰角
圖6中1、滑輪車2、籠子3、定滑輪4、纜繩5、斜坡軌道6、貯 水池7、山下公路8、山上公路9、山間公路具體實(shí)施方式
一、公路運(yùn)輸
汽車翻山越嶺是常見之事，比走平原大壩總是要多耗大量燃油。尤其在我國山 地多平原少,盤山公路非常多見。本升降裝置應(yīng)用在公路運(yùn)輸上是直接將汽車通過 升降平臺垂直升降(如圖l),或通過升降平臺從斜坡軌道上滾動升降(如圖2), 以達(dá)到翻山越嶺的目的。
當(dāng)汽車需要從低端上到髙端時，它首先經(jīng)過地磅稱量，然后開進(jìn)籠子，這時操 作人員則根據(jù)低端籠子的重量往高端籠子加入相當(dāng)重量的砝碼，待一切就緒，放開 剎車，讓髙端籠子下降，同時將低度端籠子提升。待其到達(dá)頂點(diǎn)，先讓汽車開出籠 子，然后再將降下的籠子里的砝碼取出。這樣就完成了一次升的操作。
汽車下山時，則要在汽車進(jìn)行稱量后，先往低端籠子加入相當(dāng)重量的砝碼后， 再讓汽車開進(jìn)高端籠子然后再進(jìn)行操作。而兩籠子分別到達(dá)頂端和底端后首先也是要將處于頂端的砝碼推出后才能開出底端的汽車。
如果同時有無數(shù)汽車需要上下，則要將進(jìn)行稱量后的處于低端的汽車先開進(jìn)籠 子后，再計算重量差，看是否還需要加入砝碼，如果低端較輕，則待加入相當(dāng)重量 的砝碼后再讓高端汽車開進(jìn)籠子。然后再進(jìn)行操作。
這就是對公路運(yùn)輸?shù)钠囘M(jìn)行升降的操作。它不僅可以節(jié)約燃油，還可以完全 消除盤山公路。對運(yùn)輸線路的堪探選擇上可以走更多捷徑。能夠減少工程造價，減 少土地占用。其在節(jié)能減排和節(jié)約增效方面功效顯著。
二、 鐵路運(yùn)輸
鐵路運(yùn)輸與公路運(yùn)輸?shù)牟煌谟?，火車比汽車長，比汽車重。我們不能用升降 平臺而只能用一條比火車更長的活動軌道來從無數(shù)條斜坡軌道上縱向滾動去完成升 降任務(wù)。活動鐵軌與高低兩端鐵路連接處用帶掛鉤的跳板式導(dǎo)軌連接。火車從高端 駛向低端時將砝碼吊上，以備返車使用或反向車使用?；疖噺牡投笋傁蚋叨藭r降落 的砝碼可備返程或反向車使用?；顒予F軌下部及砝碼車下部均可設(shè)計為可注水容器 以備調(diào)節(jié)火車與砝碼的重量，使其盡量平衡。水來自高山流水，可在高低兩端分別 建一貯水池。(如圖3)
圖中的兩條砝碼車軌道與火車斜坡軌道不是在同一平面而是凹下去的，這樣火 車與砝碼車在升降過程中才不會相互沖撞。而具體應(yīng)用時砝碼車的滑向與坡度、高 度均可以根據(jù)具體地形選定。但要保證滑向距離與火車活動鐵軌的滑向距離相等， 提升力與火車?yán)|繩張力相等。
我們設(shè)火車及活動鐵軌重量G1，斜坡軌道仰角a ，砝碼車重量G2，滑向軌道仰 角b，則有
Gl * sin a =G2 * sin b
其具體操作與汽車升降的操作類似。所不同的是，活動鐵軌只能承載火車，而 砝碼車只能承載砝碼，我們設(shè)計活動鐵軌與砝碼車對纜繩的張力相等，如果火車要 下Li^時活動鐵軌處于低端，則只要我們將活動鐵軌放下，同時將砝碼車吊上就可以 進(jìn)行操作了。
三、 高樓升降
住在高層樓房的人們總是離不開電梯的，他們幾乎每天都上下樓一兩次甚至多 次，他們消耗著大量的電能。而樓房的高度少則七、八層，多則十幾層甚至幾十層。 還有很多高層商場、醫(yī)院等，其人流量非常大，他們也普遍使用電梯上下樓。可見 用本升降裝置取代電梯完成升降任務(wù)其節(jié)能潛力十分可觀。
在具體應(yīng)用上，對于商場、醫(yī)院等人流量較大的場合可以采用固定樓層固定高 度，把同時上下樓的人員同時升降，再輔以砝碼調(diào)節(jié)。而對于高層住宅由于其人員 上下樓時間不統(tǒng)一，所到樓層又多有不同，我們只能使用一臺升降機(jī)而不能使用多 臺升降機(jī)。這種情況下，要求我們在每層放置足夠的砝碼。砝碼的增減與人員的上 下必須同時進(jìn)行。對砝碼的增減最好是輔以微電腦操作。在升降臺的籠子外圍設(shè)置 標(biāo)準(zhǔn)砝碼擺放區(qū)，用電腦操縱推桿對砝碼進(jìn)行增減。
在此我們假設(shè)一棟八層的樓房(如圖4所示)，從一樓至八樓都預(yù)備了足夠的砝 碼以備本層人員上下樓時使用。由于全樓的人都要從樓底上到所在樓層，我們必須 在八樓即頂樓預(yù)置全樓總?cè)藬?shù)的砝碼。上八樓的人將砝碼降至一樓，上七樓的人要 將砝碼從頂樓降到二樓，依此類推，上六樓則砝碼從頂樓降到三樓，上五樓砝碼降到四樓，上四樓砝碼降到五樓，上三樓砝碼降到六樓，上二樓砝碼降到七樓。反之， 八樓的人下一樓，將一樓相應(yīng)的砝碼升至八樓，七樓的人下一樓則將二樓砝碼升至 頂樓。依此類推六樓下一樓升三樓砝碼，五樓下一樓升四樓砝碼，四樓下一樓升五 樓砝碼，三樓人下一樓升六樓砝碼，二樓人下一樓升七樓砝碼。如此所有砝碼都升 回頂樓。如果有人從三樓升四樓，則反之將六樓砝碼降至五樓。當(dāng)他又從四樓返回 三樓時，則再將相應(yīng)的砝碼從五樓升至六樓。這樣就保證了每層居民都能及時如愿 愿獲得升降用的砝碼。如果某樓砝碼用完(例如八樓砝碼用完)時，有人要上該(八) 樓怎么辦？可以首先看二樓和七樓的砝碼情況，如果二樓和七樓都有相當(dāng)多的砝碼， 則先將二樓的砝碼降至一樓，同時七樓的砝碼升至八樓。然后再從八樓放下砝碼把 一樓上八樓的人升上。待更多八樓的人下到一樓時，再將砝碼歸至七樓和二樓。這 樣就完成了砝碼的調(diào)節(jié)操作。
重量方面，對需上下樓的人先進(jìn)行地磅稱量，再調(diào)節(jié)砝碼，使上下籠子保持重 力平衡。我們可以在每層設(shè)一小貯水池，隨時可向籠子注入一定重量的水以對上下 籠子進(jìn)行微調(diào)。將水作為砝碼調(diào)節(jié)不僅可以使操作更加簡單，而且能使重力平衡更 加精確。它是將液體作為砝碼以拉動任何形態(tài)的固體或其他物質(zhì)。舉個例子來說
七樓一人地磅稱量為65公斤，他按了下到一樓，這時電腦操作就將正在二樓的50公 斤的標(biāo)準(zhǔn)砝碼推上上升的籠子，另外再注入15公斤水，同時一并升到八樓。這樣就 將七樓該65公斤的人送到了一樓，完成了這一次操作。
高樓升降除了人，有時還有貨物。貨物的升降在重量上總是不能平衡的。如果 升的貨物多降的貨物少，勢必減少樓上砝碼的貯備數(shù)量。這時為了盡量節(jié)能，我們 可以充分利用生活污水排放的勢能。也就是說，我們在每層的貯水池貯備的盡可能 是生活污水。
安全方面，可以在兩支點(diǎn)處各加裝一條帶小重物的纜繩，它能隨同籠子一道升 降。 一旦工作纜繩出現(xiàn)緊急情況，用加大摩擦力或其它手段同時扼住兩條安全纜繩， 阻止籠子下滑，然后減去籠子負(fù)荷，更換工作纜繩，放開剎車，繼續(xù)操作。 四、山地運(yùn)輸
山地人貨運(yùn)輸目前在國內(nèi)國外除了使用纜繩外，幾乎還是空白。在旅游地區(qū)人 們坐著纜車爬山，但這是要消耗電能的。再說，其成本也很高，不是一般人都能享 有的。山上的煤窯主也常將挖出的煤用纜繩放到山下，但很難將更多的人或貨物從 山下升到山上?？梢姡瑔渭兪褂美|繩是難以解決山地運(yùn)輸難題的。
我們的升降裝置則可以同時解決上和下的運(yùn)輸問題，且能為廣大民眾普遍使用。 它將軌道和纜繩結(jié)合起來，同時充分利用山地的水資源，完成山地民眾上山下山的 難題。是一個一勞永逸的節(jié)能運(yùn)輸裝置。(如圖6所示)圖中的滑輪車下部是可以注 入水的容器。山上、山下和山間均建有一貯水池，我們可以根據(jù)需要隨時將貯水池 的水注入滑輪車，或?qū)⒒嗆囍械乃呕刭A水池。
山間公路應(yīng)在山下公路和山上公路的二分之一處。另外，在四分之一和四分之 三處也可分設(shè)站點(diǎn)。我們在每個站點(diǎn)均安裝電動控制裝置，就像控制電梯一樣，一 旦有人或貨物上山下山，只要按下按鈕，升降籠子就會升降到該站點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)。
在運(yùn)輸過程中，由于纜繩自身的重量在較遠(yuǎn)的運(yùn)輸距離和不是很大的運(yùn)載負(fù)荷 前提下不能忽略不計，它的升降變化會明顯地改變上下籠子的重力平衡，對此我們 可以采用對下降的籠子進(jìn)行不斷放水的辦法以抵消由于下降時纜繩增長而增加的重量。這樣可以使上下籠子始終保持重力平衡。具體可以安裝一個類似羅茨泵的排水 裝置，滑輪車每轉(zhuǎn)一圈，羅茨泵則向外泵出一定量的水以使由于纜繩重量偏移引起 滑輪車重量消長后始終能夠保持平衡。
在速度控制方面，我們在上下籠子的輪子上均安裝一個剎車，當(dāng)車速過快時就 能通過剎車以減緩車速。同時也起到平衡重力的作用。
五、 農(nóng)業(yè)灌溉、自來水取水
俗話說，人往高處走，水往低處流。所以，我們需要灌溉和取水時總是要在處 于較低的溏、河及水庫等處利用柴油機(jī)或電動機(jī)進(jìn)行抽取。這不僅消耗大量能源， 而且極為不便。我們可不可以直接利用水自身的勢能對水進(jìn)行抽取呢？根據(jù)本裝置 的原理我們是完全能夠辦到的。因為即使處于較低處的溏、河或水庫的水也往往還 具有流向更低處的勢能的。
本升降裝置應(yīng)用在農(nóng)業(yè)灌溉和自來水取水方面有著非常廣闊的前景。它就是直 接利用水能的重力勢能將具有一定落差的水把另一部分水提高到一定高度，以供農(nóng) 業(yè)灌溉或自來水取水之用。它比起古人發(fā)明的水車來，其優(yōu)點(diǎn)是升水高度不受地勢、 落差和水車轉(zhuǎn)輪半徑限制。只要有哪怕一米的落差，也能將水提升數(shù)米的高度。且 其對水能的利用率能達(dá)到90%以上。
如圖5所示。這是一個自動無人取水系統(tǒng)。圖中的升水箱的箱體質(zhì)量m升比降水 箱質(zhì)量nw乘以sina (a為下滑軌道仰角)的積稍大。當(dāng)升降水箱的水均放完后，升 水箱可以自動將降水箱拉回頂端。而升水高度h總是等于降水箱的降水距離s。當(dāng)升 降水箱同時裝滿水時，升水箱的質(zhì)量M升乘以h的積總是比降水箱的質(zhì)量M降乘以s再乘 以sina的積小。當(dāng)升水箱裝滿水后其重量將不再增加，而降水箱容積較大，待降水 箱內(nèi)的水裝到一定量時，其拉動力必將超過升水箱重力，此時升水箱上升，降水箱 下降。當(dāng)升水箱到達(dá)貯水池上方時我們安裝的一個機(jī)械頂針自動將箱體一側(cè)下邊的 球閥打開，使箱內(nèi)的水及時注入貯水池。與此同時，降水箱降到最低點(diǎn)，預(yù)先安裝 的機(jī)械頂針同樣自動將箱體下端的球閥打開，將箱內(nèi)的水放入下游河道。待箱內(nèi)水 放到一定程度，其箱體對纜繩的拉力將小于升水箱的重力，在升水箱重力的拉動下， 降水箱上升，升水箱下降，又開始了第二次運(yùn)作。
要補(bǔ)充說明一點(diǎn)，有時受具體情形限制，升水箱也不一定是垂直升降，也可以 設(shè)計為從斜坡軌道升降。但我們必須保證的一點(diǎn)是，升水箱上升時，其對纜繩的張 力小于降水箱對纜繩的張力。而水箱內(nèi)的水放完后，升水箱對纜繩的張力則略大于 降水箱對纜繩的張力。只有這樣才能使本裝置能夠自動運(yùn)行。
六、 其它應(yīng)用
除了上述五種較為廣泛的應(yīng)用外，本升降裝置還可以有其它一些應(yīng)用。如修建 山頂機(jī)場、大型多層汽車站及停車場等。還可用于橫跨河流的運(yùn)輸以及碼頭貨物裝 卸甚至江河船泊航運(yùn)等等。
山頂機(jī)場可以提高飛機(jī)起飛高度，減少對城市的噪聲污染，還可避免大霧天氣 造成的起降困難。雙層及多層汽車站或停車場可以在不增加能耗的前提下增加車站 的客貨車轉(zhuǎn)運(yùn)量，增加停車場的停車數(shù)量，同時節(jié)省城市建筑占地面積。
可以看出，本升降裝置具有非常廣泛的應(yīng)用前景，是一個非常值得推廣的很有 價值的項目。
權(quán)利要求
1、本發(fā)明涉及一種升降裝置，尤其涉及一種幾乎不消耗能源就能對人、貨物及車輛進(jìn)行升降的升降裝置，其特點(diǎn)是將斜坡軌道、滑輪、纜繩和砝碼四者與不同的升降平臺及其它設(shè)施有機(jī)地結(jié)合起來，(當(dāng)垂直升降時，把升降平臺用纜繩連接起來繞過定滑輪并通過砝碼的增減來完成升降任務(wù)，當(dāng)從斜坡升降時，則用滑輪車承載的升降平臺在斜坡軌道上用纜繩繞定滑輪連接起來、再通過砝碼增減來完成升降任務(wù))用降來完成升，用升來貯備降，從而完成幾乎沒有能源消耗的升降功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的升降裝置，其特點(diǎn)是采用斜坡軌道作為升降設(shè)施，以使升降運(yùn)動能夠平穩(wěn):進(jìn)行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的升降裝置，其特點(diǎn)是以砝碼作為勢能K:備和重力平衡的工具，以保證升降運(yùn)動不受時間限制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升降裝置，其特點(diǎn)是以水作為重力調(diào)節(jié)的砝碼或重力調(diào)節(jié)的輔助砝碼，以達(dá)到 經(jīng)濟(jì)和精準(zhǔn)的目的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的升降裝置，其應(yīng)用在火車升降上采用活動鐵軌作為火車升降平臺，以解決因火 車較長而難以對其實(shí)施升降的難題。
6、 利用權(quán)利要求1所述的升降裝置對水進(jìn)行升降以用于農(nóng)業(yè)灌溉和自來水取水的方法。
7、 利用權(quán)利要求1所述的升降裝置，將其應(yīng)用于山頂機(jī)場建設(shè)的設(shè)想。
8、 利用權(quán)利要求1所述的升降裝置，將其應(yīng)用于雙層或多S大型車站和停車場建設(shè)的設(shè)想。
9、 利用權(quán)利要求1所述的升降裝置，將其應(yīng)用于其它建設(shè)的設(shè)想。
全文摘要
本發(fā)明無能耗升降裝置是一種以節(jié)能減排為主要目的的運(yùn)輸機(jī)械類升降裝置。它根據(jù)能量守恒原理，利用斜坡軌道、滑輪、纜繩、砝碼四者與不同的升降平臺及其它設(shè)施有機(jī)地結(jié)合起來，將處于高處的人、貨物及車輛等與處于低處的人、貨物及車輛等進(jìn)行同時或不同時的勢能交換，從而達(dá)到無能耗升降的目的。此裝置可以廣泛用于公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、高樓人貨升降、商場人流，以及山地人貨運(yùn)輸和自來水取水、農(nóng)業(yè)灌溉等。
文檔編號E04H6/08GK101407301SQ20081021110
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者呂安文 申請人:呂安文