一种牲畜发电装置及发电方法与流程

本发明涉及发电技术领域，尤其是涉及一种利用牲畜发电的装置及相应的发电方法。

背景技术：
目前常见的发电方法有水力发电、火力发电、风力发电、核电等，上述发电方法或者需要消耗宝贵的煤、油等不可再生能源，或者需要极大地前期投入，不适合偏僻地区的小规模发电需求。为此，人们发明了各种小型或微型的发电装置和相应的发电方法，例如，在中国专利文献上公开了了一种“牲畜发电方法”，公开号为CN1811176A，该发电方法是通过牲畜的拉动力带动发电机转动，从而产生电能供人类使用，该方法简单易行，对于解决农村及边远地区的农民用电，提高农民生活质量，带动畜牧业发展，具有现实意义。但是上述发电方法存在如下问题：首先，由于牲畜本身固有的特点，使其很难保持长时间的连续工作，因而无法保持连续有效的发电；其次，牲畜的拉动力无法在很长的时间内保持恒定，也就是说，发电机的输入功率无法保持稳定，转速也容易产生波动，因而会影响发电机的输出功率和供电质量。

技术实现要素：
本发明的一个目的是为了解决现有的牲畜发电方法所存在的无法连续发电、以及发电时输出功率不稳定、供电质量差的问题，提供一种可连续有效发电、并且输出功率和供电质量稳定的牲畜发电装置及发电方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种牲畜发电装置，包括设有支承轴的支架、转动连接在支承轴上的摩天轮、以及可驱动摩天轮转动的启动机构，摩天轮通过增速机构与发电机相关联，在摩天轮的周边等间距地设有若干水平的支承板，支承板的下侧中间位置设有转动轴，支承轴与各转动轴上分别设有联动链轮，支承轴和转动轴之间通过绕设在各联动链轮上的联动链条相关联，在靠近摩天轮的最高点上方设有二根平行的第一轨道，第一轨道上设有若干牲畜容置笼，牲畜容置笼底部的左右两侧设有滚轮，从而与第一轨道形成滚动连接，牲畜容置笼的前后两侧分别设有自动门，支承板的上侧中间位置设有可连接牲畜容置笼的挂钩，在靠近摩天轮的最低点旁侧设有第二轨道，在第一轨道和第二轨道之间设有牲畜容置笼提升机构，在摩天轮的旁侧还设有牲畜上行坡道，所述牲畜上行坡道上端靠近第一轨道，下端靠近第二轨道。本发明的牲畜发电装置在工作时，首先通过启动机构使摩天轮转动，摩天轮上的各支承板跟随转动。然后驱使牲畜沿着牲畜上行坡道到达上端的第一轨道处，从而形成一个势能。此时牲畜容置笼的自动门开启，牲畜即可依次进入各牲畜容置笼内并关闭自动门。当其中一个支承板转动到摩天轮最高点时，其上侧的挂钩勾住牲畜容置笼，从而使牲畜容置笼离开第一轨道并连接在水平的支撑板上，而后续的牲畜容置笼则沿着第一轨道跟随到达摩天轮最高点。以此类推，后续的支承板上侧的挂钩依次勾住后续跟随的牲畜容置笼，从而使各牲畜容置笼依次离开第一轨道并连接在水平的支撑板上。随着摩天轮的转动，各牲畜容置笼逐步降低高度，此时牲畜容置笼内的牲畜所具有的势能逐步释放，并驱动摩天轮继续转动，进而使摩天轮通过增速机构使发电机高速转动而发电，而此时的启动机构则可停止工作，从而使摩天轮完全依靠牲畜的势能连续转动。由于支承板的转动轴与支架上的支承轴之间通过联动链轮、联动链条相连接，因此，转动轴和支承轴始终保持相同的状态，因而可确保支承板在跟随摩天轮转动时始终处于水平状态，进而可避免牲畜容置笼的倾覆。当牲畜容置笼转动到下部靠近第二轨道时，牲畜容置笼的自动门开启，牲畜离开牲畜容置笼而进入牲畜上行坡道，并重新沿着牲畜上行坡道到达上端的第一轨道处。而牲畜容置笼则停留在第二轨道上，并通过牲畜容置笼提升机构提升到第一轨道上，从而形成循环。由于本发明中摩天轮的转动是通过牲畜的势能转换而来，因此其驱动的功率稳定，进而可确保发电机的输出功率和供电质量的稳定。特别是，由于牲畜是非连续性工作，也就是说，牲畜并非直接拉动摩天轮转动，因此，当发电机运转一定时间后，其中的牲畜可依次从牲畜上行坡道的下端离开，而新的牲畜则可从牲畜上行坡道的下端补充进来，从而使发电机形成一个连续循环的运转，确保发电机连续有效的发电。作为优选，所述挂钩向上倾斜设置，挂钩与支承板之间形成的开口由外至内逐步缩小从而呈三角形。由于挂钩的开口外大里小，因此，当支承板转动到摩天轮最高点时，其上侧挂钩较大的开口与挂钩的运动方向一致，因而可方便地勾住牲畜容置笼。当牲畜容置笼转动到下部靠近第二轨道时，牲畜容置笼被第二轨道架起，而此时的挂钩开口方向与运动方向相反，因而使挂钩轻易地与牲畜容置笼脱离。作为优选，所述牲畜容置笼提升机构包括环形地设置在第一轨道和第二轨道之间的C型导轨，C型导轨的开口朝向摩天轮的外侧，C型导轨内设有传动链条，传动链条上间隔地设有穿出C型导轨开口的吊钩，牲畜容置笼的上侧设有吊环，在靠近第一轨道和第二轨道处分别设有驱动链轮，C型导轨在靠近驱动链轮处设有连接通孔，驱动链轮通过连接通孔与传动链条相啮合。驱动链轮可驱动传动链条在C型导轨内运动，从而使传动链条上的吊钩沿着C型导轨循环移动，进而将停留在第二轨道上的牲畜容置笼提升到第一轨道上。作为优选，所述支承板的上侧面为外凸弧面，牲畜容置笼的下侧面为与支承板上侧面适配的内凹弧面，第一轨道最外端的牲畜容置笼的下侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离比支承板转动到摩天轮的最高点时上侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离小3-5mm。由于支承板的上侧面与牲畜容置笼的下侧面通过弧面相贴合并接合，因而可避免支承板与牲畜容置笼接合时产生干涉，并与牲畜容置笼的下侧面良好贴合。特别是，第一轨道最外端的牲畜容置笼的下侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离比支承板转动到摩天轮的最高点时上侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离小3-5mm，也就是说，当支承板转动到牲畜容置笼的下方并与其接合时，支承板会对牲畜容置笼形成一个微量的提升作用，一方面可使支承板与牲畜容置笼可靠接合，同时确保支承板上的牲畜容置笼在越过摩天轮的最高点位置后能顺利地脱离第一轨道。一种牲畜发电方法，包括如下步骤：a.通过启动机构使一个摩天轮转动，该摩天轮的周边等间距地设有若干水平的支承板；b.驱赶牲畜，使其沿着向上倾斜的牲畜上行坡道由低处走动到高处，并依此进入滚动连接在位于摩天轮最高点上方的第一轨道上的牲畜容置笼内，其中第一轨道最外端的牲畜容置笼位于靠近摩天轮最高点上方处；c.当摩天轮上的第一个支承板转动到第一轨道最外端的牲畜容置笼下方时，通过支承板上侧中间位置的挂钩勾住该牲畜容置笼，使其脱离第一轨道并停留在支承板上，此时后续的牲畜容置笼沿着第一轨道移动到靠近摩天轮最高点上方处；d.摩天轮继续转动，位于第一个支承板上的牲畜容置笼同步向下转动，并将其势能逐步释放，以驱动摩天轮转动，摩天轮的支承轴通过增速机构使发电机高速转动发电；e.当与第一个支承板相邻的第二个支承板转动到靠近摩天轮最高点上方时，再次通过挂钩勾住位于第一轨道最外端的牲畜容置笼，使其脱离第一轨道并停留在第二支承板上，此时后续的牲畜容置笼再次沿着第一轨道移动到靠近摩天轮最高点上方，以此类推，第一轨道上的牲畜容置笼被依次转移到摩天轮周边的支承板上，从而驱动摩天轮连续稳定地转动，以便使发电机连续地发电；f.当摩天轮的支承板上的牲畜容置笼转动到靠近摩天轮的最低点位置时，牲畜容置笼被靠近摩天轮的最低点旁侧的第二轨道架起并与支承板分离，此时驱使牲畜容置笼内的牲畜离开牲畜容置笼进入牲畜上行坡道内，即可实现连续不间断的发电。作为优选，在步骤a与步骤b之间增加步骤如下：先在牲畜的身体上挂设配重袋，然后在配重袋内放入配重块，使每头牲畜的总重相一致。由于每头牲畜的总重相同，也就是说，其具有的势能相同，因而可确保摩天轮的匀速转动，进而使发电机形成恒定的输出功率。因此，本发明具有如下有益效果：能连续有效发电、并且输出功率和供电质量稳定。附图说明图1是本发明的一种结构示意图。图2是牲畜容置笼与支承板接合时的一种结构示意图。图3是牲畜容置笼的一种结构示意图。图4是第一轨道的一种结构示意图。图中：1、支架10支承轴11、C型导轨12、吊钩13、驱动链轮2、摩天轮3、发电机4、支承板41、转动轴42、挂钩5、联动链轮6、联动链条7、第一轨道71、引导段72、定位段8、第二轨道9、牲畜容置笼91、自动门911、翻转门912、驱动气缸913、直杆914、横杆92、支承座93、挂环94、吊环。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。如图1、图2所示，一种牲畜发电装置，其利用牲畜的体能驱动发电机运转发电，其中的牲畜是指便于驱赶的牛、马、驴、骡等大型家畜。具体地，牲畜发电装置包括固设有水平的支承轴10的支架1、转动连接在支架的支承轴上的摩天轮2、以及一个用于驱动摩天轮转动的启动机构（图中未示出），摩天轮通过增速机构（图中未示出）与发电机3相关联。这样，当摩天轮转动时，即可通过增速机构驱动发电机发电。其中的增速机构包括设置在摩天轮边缘的驱动齿圈、以及设置在发电机的输入轴上与驱动齿圈相啮合的从动齿轮。由于齿圈的直径要远大于从动齿轮的直径，因而可方便地实现增速的目的。此外，启动机构可以采用柴油或汽油发动机，并通过一个与齿圈啮合的主动齿轮驱动摩天轮转动。其次，我们需要在摩天轮的周边中间位置沿圆周方向等间距地设置若干水平布置的支承板4，支承板的上侧中间位置设置一个挂钩42，在支承板的下侧中间位置设置与摩天轮转动连接的转动轴41，从而使支承板与摩天轮形成转动连接。为了使支承板在摩天轮转动时始终保持水平状态，我们还需在支架上的支承轴与各支承板的转动轴上分别设置大小相同的联动链轮5，支承轴和转动轴之间通过绕设在各联动链轮上的联动链条6相关联。具体地，我们可用一根联动链条依次绕过各转动轴上的联动链轮外侧，然后将联动链轮向内绕过支承轴上的联动链轮，从而使支承轴和各转动轴形成联动；或者，我们也可在其中一根转动轴上设置两个联动链轮，其中一个联动链轮与支承轴上的联动链轮之间通过联动链条相连接，同时在另一个联动链轮与其它的转动轴上的联动链轮外绕设一条联动链条形成联动；还有，我们也可将相邻的几根转动轴设为一组，在支承轴上设置与转动轴组数相同的联动链轮，并且在每组转动轴的其中一根上设置两个联动链轮，这样，其中一个联动链轮与支承轴上的联动链轮之间通过联动链条相连接，同时在另一个联动链轮与该组中其它的转动轴上的联动链轮外绕设一条联动链条形成联动。由于各联动链轮的大小相同，并且支承轴是固定地设置支架上的，因此，转动轴上的各联动链轮与支承轴上的联动链轮始终保持相同的转向，从而使得所有的支承板始终保持水平状态。另外，我们需要在靠近摩天轮的最高点上方处设置二根平行的第一轨道7，在靠近摩天轮的最低点旁侧设置二根平行的第二轨道8。第一轨道上设置若干牲畜容置笼9，其中第一轨道最外端的牲畜容置笼位于靠近摩天轮最高点左侧的上方，牲畜容置笼底部的左右两侧设置滚轮，从而使牲畜容置笼与第一轨道形成滚动连接，牲畜容置笼的前后两侧分别设置可自动开闭的自动门91。还有，我们还需在摩天轮的旁侧设置倾斜的牲畜上行坡道（图中未示出），该牲畜上行坡道的上端靠近第一轨道，下端则靠近第二轨道。本发明中的牲畜则依次排列在牲畜上行坡道上。需要说明的是，自动门优选地采用电控门，并在每个牲畜容置笼上设置相应的蓄电池已提供相应的动力，具体地，如图3所示，自动门可采用如下结构：其包括下侧边缘的两端转动连接在牲畜容置笼下侧的翻转门911、以及设置在牲畜容置笼部外侧用以驱动翻转门翻转的驱动气缸912，翻转门下侧边缘固结有竖直向下的直杆913，在直杆的下端固结有朝向牲畜容置笼外侧水平延伸的横杆914，驱动气缸的活塞杆端部与横杆的端部铰接，驱动气缸的缸体则铰接在牲畜容置笼底部外侧的支承座92上。当需要打开自动门时，驱动气缸的活塞杆收缩，从而当需要关闭自动门时，驱动气缸的活塞杆伸出，从而通过横杆、直杆带动翻转门向内翻转关闭。可以理解的是，我们可以通过合理地设定活塞杆的伸缩行程，使得翻转门在打开状态时呈水平状态，从而与牲畜容置笼的底面保持齐平，便于牲畜进入到牲畜容置笼内。或者，我们也可通过合理设置直杆在翻转门上的位置，使得翻转门打开时，直杆逐步靠近并抵靠在牲畜容置笼的底部，进而使翻转门在完全打开状态时呈水平状态。通过相应的电磁阀，我们可方便地控制驱动气缸的动作，从而控制自动门的开闭。当然，翻转门也可通过一个直流电机驱动翻转，具体地，我们可在直流电机的电机轴上连接一根螺杆，在螺杆外螺纹连接一个套管，套管的端部与与横杆的端部铰接，直流电机的壳体则铰接在牲畜容置笼底部外侧的支承座上。这样，当直流电机正向转动时，套管在螺纹的作用下逐步靠近直流电机，从而通过横杆、直杆带动翻转门向外翻转打开；当直流电机反向转动时，套管在螺纹的作用下逐步远离直流电机，从而通过横杆、直杆带动翻转门向内翻转关闭。本发明的牲畜发电装置的发电方法，包括如下步骤：a.发动启动机构，从而带动摩天轮转动，设置在摩天轮周边的支承板随之同步转动，并始终保持水平状态；b.驱赶牲畜，使其沿着向上倾斜的牲畜上行坡道上行以靠近滚动连接在第一轨道上的牲畜容置笼，此时依次打开牲畜容置笼后侧的自动门，使牲畜依此进入第一轨道上的各牲畜容置笼内，并关闭后侧的自动门，避免牲畜随意走动，此时第一轨道最外端的牲畜容置笼刚好位于摩天轮的最高点上方。需要说明的是，驱赶牲畜可通过人工完成，而自动门的开闭可通过相应的传感器或者由操作人员利用遥控装置实现自动控制。此外第一轨道可制成V形，如图4所示，其包括向下倾斜的引导段71和向上倾斜的定位段72，引导段倾斜角度可在1度至3度之间，定位段的倾斜角度可在1度至2度之间，同时我们还需在引导段的中间位置以及定位段的末端位置分别设置一个电磁铁，在电磁铁的铁芯上设置一个限位销。这样，牲畜容置笼一开始停留在第一轨道的引导段的后半段上，并利用引导段中间位置的电磁铁实现限位。当牲畜进入第一个牲畜容置笼时，电磁铁得电回缩解除对牲畜容置笼的限位，第一个牲畜容置笼即可沿着轻微倾斜的引导段前行，相应地，电磁铁断电伸出，从而实现对后续牲畜容置笼的限位，第一个牲畜容置笼到达向上倾斜的定位段时，即可被定位在定位段处，而设置在定位段末端的电磁铁则可确保牲畜容置笼不会自动滑出定位段；c.当摩天轮上的第一个支承板转动到第一轨道最外端的牲畜容置笼下方时，由于支承板上侧中间位置的挂钩的开口方向与支承板的运动方向一致，因此挂钩可轻松地勾住该牲畜容置笼，使其脱离第一轨道并停留在支承板上，此时后续的牲畜容置笼沿着第一轨道移动到第一轨道最外端靠近摩天轮最高点上方位置。为了便于支承板和牲畜容置笼的接合，如图2所示，支承板上的挂钩向上倾斜设置，挂钩与支承板之间形成的开口由外至内逐步缩小从而呈三角形。此外，我们可在牲畜容置笼的底部设置相应的挂环93，这样，挂钩三角形的开口可方便地勾住牲畜容置笼底部的挂环。进一步地，我们还可将支承板的上侧面制成外凸弧面，而牲畜容置笼的下侧面为与支承板上侧面适配的内凹弧面，从而可避免支承板在转动到牲畜容置笼下方并与其接合时产生干涉。而第一轨道最外端的牲畜容置笼的下侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离应比支承板转动到摩天轮的最高点时上侧面的最高点与支承轴的轴心之间的距离小3-5mm，也就是说，当支承板转动牲畜容置笼的下方并与其接合时，随着支承板的转动会对牲畜容置笼形成一个微量的提升作用，一方面可使支承板与牲畜容置笼可靠接合，同时确保支承板上的牲畜容置笼在越过摩天轮的最高点位置后能顺利地脱离第一轨道，当然，此时设置在定位段末端的电磁铁得电回缩从而解除对牲畜容置笼的锁止，当该牲畜容置笼离开第一轨道后，电磁铁断电伸出，重新形成对后续牲畜容置笼的锁止；d.摩天轮继续转动，位于第一个支承板上的牲畜容置笼同步向下转动，并将其势能逐步释放，以驱动摩天轮转动，摩天轮的支承轴通过增速机构使发电机高速转动发电。可以理解的是，此时我们可关闭启动机构，从而单纯地利用牲畜容置笼的势能驱动摩天轮转动；e.当与第一个支承板相邻的第二个支承板转动到靠近摩天轮最高点的第一轨道最外端的牲畜容置笼下方时，再次通过挂钩勾住第一轨道最外端的牲畜容置笼，使其脱离第一轨道并停留在第二个支承板上，此时后续的牲畜容置笼再次沿着第一轨道移动到靠近摩天轮最高点上方位置，以此类推，第一轨道上的牲畜容置笼被依次转移到摩天轮周边的支承板上，从而驱动摩天轮连续稳定地转动，以便使发电机连续地发电。需要说明的是，为了确保每个牲畜容置笼具有相同的重量和势能，以便使摩天轮能连续匀速转动，进而使发电机具有稳定的功率输出，我们可在在步骤a与步骤b之间增加如下步骤：先在牲畜的身体上挂设一个类似马鞍的配重袋，然后在配重袋的两侧内放入配重块，并对此时的牲畜称重，以便使每头牲畜的总重相一致；f.当摩天轮的支承板上的牲畜容置笼转动到靠近摩天轮的最低点位置时，牲畜容置笼被靠近摩天轮的最低点旁侧的第二轨道架起，随着摩天轮的继续转动，由于此时支承板的挂钩开口方向与挂钩运动方向相反，因此，支承板的挂钩可轻松地从牲畜容置笼底部的挂环处脱出，牲畜容置笼与支承板分离，此时牲畜容置笼前侧的自动门开启，我们即可驱使牲畜容置笼内的牲畜离开牲畜容置笼进入牲畜上行坡道内，然后如同步骤b一样，使牲畜沿着牲畜上行坡道上行重新进入牲畜容置笼内，从而形成循环往复，即可使发电机实现连续不间断的发电。需要说明的是，我们需要设置相应的机构以便使停留在第二轨道上的牲畜容置笼重新回到上方的第一轨道上，具体地，我们可在在第一轨道和第二轨道之间设置牲畜容置笼提升机构，牲畜容置笼提升机构可以是一个简单的缆车，通过缆车工作人员可轻松地将第二轨道上的牲畜容置笼输送的第二轨道上。或者，牲畜容置笼提升机构也可采用如下结构：如图1所示，牲畜容置笼提升机构包括环形地设置在第一轨道和第二轨道之间的C型导轨11，C型导轨的开口朝向摩天轮的外侧，C型导轨内设置传动链条，传动链条上间隔地设置穿出C型导轨开口的吊钩12，同时在牲畜容置笼的上侧设置吊环94，在靠近第一轨道和第二轨道的C型导轨转弯处分别设置一个驱动链轮13，C型导轨在靠近驱动链轮处设置连接通孔，从而使驱动链轮通过连接通孔与C型导轨内的传动链条相啮合。这样，两个驱动链轮可同时拖动传动链条在C型导轨内循环移动，当连接在传动链条上的吊钩从C型导轨的上侧移动到C型导轨的下侧时，吊钩刚好位于第二轨道上的牲畜容置笼上方，当吊钩沿着C型导轨的下侧逐步上行时，即可轻松地勾住吊环，从而将牲畜容置笼吊离第二轨道，并沿着C型导轨的下侧逐步上升到达第一轨道处；接着吊钩绕回到C型导轨的上侧并逐步反向下行，从而将牲畜容置笼搁置在第一轨道上，而吊钩则随之脱离吊环与牲畜容置笼分离。