健身器材能量利用装置

摘 要：基于液压传动理论，提出了一种利用杠杆原理将人体做功转换成机械能、并通过水流发电机将机械能转换成电能的能量利用装置。本文设计了一种新的能量利用装置，介绍了其工作原理，对其能量转换过分进行了详细的计算分析，并进行了试验验证。该文提出的新装置具有广泛的应用前景。

关键词：液压传动 杠杆 水流发电机 健身器材 节约能源

中图分类号：R19 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0252-01

近年来，越来越多的人到健身房进行锻炼，人体做功产生的能量大多以热能的形式散失了。对此，本文提出了这种健身器材能量利用装置，实现了将人体运动消耗的一部分能量转换为电能的功能。将水流发电机终端产生的的电能存储到蓄电池中，通过USB接口可为手机等电子设备充电，方便实用，具有广泛的应用前景。本装置可用于具有垂直方向往复运动特点的健身器材，对于其它运动方向的器材，亦可通过滑轮改变力的作用方向而实现。

1 装置组成

此能量利用装置由三部分组成：第一部分由杠杆、质量块、缸体和活塞构成，将人体做功的能量转化为液体（水）的机械能；第二部分由液体、水管和两个逆回阀构成，作为中间部分将液体的机械能传递给第三部分；第三部分由水流发电机和能量收集装置（如蓄电池）构成，将电能进行储存。装置实物模型见图1。

2 工作原理

2.1 人体做功过程

人体在健身器材上运动时，通过杠杆做功，在大气压强作用下通过管路①流向缸体，另一管路②由于逆止阀的作用限制了水流流动。

2.2 发电机发电过程

在人体做功的回程过程中，质量块下降，所释放的重力势能压缩缸体内的水，从而使水流沿管路②内流动，推动水流发电机进行发电，管路①在逆止阀的作用下没有水流通过。

2.3 水力发电机的相关参数及特性曲线

3 效率计算与分析

4 创新点及应用前景

本文提出了一种利用健身器材收集能量的新装置。研究小组在分析了HV-368型水流发电机的参数后，通过实验研究与理论分析建模，计算分析了能量收集效率与锻炼强度及手臂运动速度的关系，获得了在不同锻炼强度及手臂不同运动速度情况下的能量收集效率曲线，为本装置在健身房中的实际应用提供了技术支持。本装置在帮助健身者实现最佳锻炼的同时收集了尽可能多的能量，将健身与节能减排融为一体，对于全民倡导节能减排、推广全民健身意识具有重要意义。

5 结语

集健身、节能减排于一体，收集利用人体往复运动时的能量。可简单改装后应用于现有的诸如自由重量训练器、弹簧拉力器、重锤拉力器、哑铃等器材，同时也可根据需要做适当调整取代部分现有同类健身器材。收集的能量可用于手机充电，亦可集成后为室内外节能灯具等装置供电。本装置可广泛应用于现有及新建健身房，具有广泛的应用前景。

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