健身器材能量利用裝置

摘 要：基于液壓傳動理論，提出了一種利用杠桿原理將人體做功轉換成機械能、并通過水流發電機將機械能轉換成電能的能量利用裝置。本文設計了一種新的能量利用裝置，介紹了其工作原理，對其能量轉換過分進行了詳細的計算分析，并進行了試驗驗證。該文提出的新裝置具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：液壓傳動 杠桿 水流發電機 健身器材 節約能源

中圖分類號：R19 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0252-01

近年來，越來越多的人到健身房進行鍛煉，人體做功產生的能量大多以熱能的形式散失了。對此，本文提出了這種健身器材能量利用裝置，實現了將人體運動消耗的一部分能量轉換為電能的功能。將水流發電機終端產生的的電能存儲到蓄電池中，通過USB接口可為手機等電子設備充電，方便實用，具有廣泛的應用前景。本裝置可用于具有垂直方向往復運動特點的健身器材，對于其它運動方向的器材，亦可通過滑輪改變力的作用方向而實現。

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、質量塊、缸體和活塞構成，將人體做功的能量轉化為液體（水）的機械能；第二部分由液體、水管和兩個逆回閥構成，作為中間部分將液體的機械能傳遞給第三部分；第三部分由水流發電機和能量收集裝置（如蓄電池）構成，將電能進行儲存。裝置實物模型見圖1。

2 工作原理

2.1 人體做功過程

人體在健身器材上運動時，通過杠桿做功，在大氣壓強作用下通過管路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。

2.2 發電機發電過程

在人體做功的回程過程中，質量塊下降，所釋放的重力勢能壓縮缸體內的水，從而使水流沿管路②內流動，推動水流發電機進行發電，管路①在逆止閥的作用下沒有水流通過。

2.3 水力發電機的相關參數及特性曲線

3 效率計算與分析

4 創新點及應用前景

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型水流發電機的參數后，通過實驗研究與理論分析建模，計算分析了能量收集效率與鍛煉強度及手臂運動速度的關系，獲得了在不同鍛煉強度及手臂不同運動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際應用提供了技術支持。本裝置在幫助健身者實現最佳鍛煉的同時收集了盡可能多的能量，將健身與節能減排融為一體，對于全民倡導節能減排、推廣全民健身意識具有重要意義。

5 結語

集健身、節能減排于一體，收集利用人體往復運動時的能量?？珊唵胃难b后應用于現有的諸如自由重量訓練器、彈簧拉力器、重錘拉力器、啞鈴等器材，同時也可根據需要做適當調整取代部分現有同類健身器材。收集的能量可用于手機充電，亦可集成后為室內外節能燈具等裝置供電。本裝置可廣泛應用于現有及新建健身房，具有廣泛的應用前景。

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