基于涡卷弹簧的汽车制动能量再利用装置研究

  【摘要】跟着社会发展，汽车已经成为许多家庭不可或缺的交 通工具，汽车能耗也已成为人类日常生活能耗的主要组成部分之 一。本说明书从汽车起步细节出发，利用涡卷弹簧回收汽车制动 时的机械能，再利用回收的机械能辅助汽车起动，由此减少了发 动机出力和废气排放，达到了节能减排的目的。该方案具有低能耗、 低排放、高效率等优点，较普通汽车节能减排效果非常明显，具有很 大的市场空间和推广价值。

  【摘要】建筑工程的成本控制，需综合考虑工程项目施工所需的劳 务成本、材料成本和机械成本等，基于动态管理的视角，把控好 每个环节的成本费用。文章将在认识建筑工程成本控制普遍的问题 的基础上，针对问题提出对应的成本动态操控方法，可供相关工 程参考借鉴。

  其中 µ 为附着系数，是附着力与车轮法向（与路面垂直的方向） 压力的比值，它可以看成是轮胎和路面之间的静摩擦系数。这个 系数越大，可利用的附着力就越大，汽车就越不容易打滑 [2]。

  附着系数的大小，主要根据路面的种类和干燥状况，并且 和轮胎的结构、胎面花纹以及行驶速度都有关系。一般来说，干燥、 良好的沥青或混凝土路面的附着系数最大，可达 0.7 一 0.8，路面 有水时附着系数会降低，而冰雪路面的附着系数最小，最容易打滑。 车轮制动力和侧向力附着系数如图 3-1 所示。

  引言 在安哥拉 K.K. 一期工程，我们中铁十四局项目部承建了房建 工程Ⅳ标段的 16、17、18、20/21# 五个地块，总建筑面积约 58.5 万 m2，包括 71 栋 5 层砖混结构公寓、52 栋框架结构公寓、4 所 幼儿园、3 所小学、4 座泵房以及社区市政道路、给水、排水、绿 化、庭院工程、一处二级公园。合同签订于 2008 年 5 月份，合同 工期为 36 个月，施工全套工艺流程中顺延至 54 个月，合同造价 34251.25 万美元，折合人民币 210987.7 万元。经过项目部 2500 多名中、 安员工历时 4 年的艰苦奋斗，于 2012 年 9 月 15 日全部竣工验收， 是参建企业中第一个无任何甩项工程的交工单位。我有幸参与这 些工程的施工建设，在实际工程当中，归纳总结了工程成本动态 控制的若干实践经验，在此将予以阐述共享。 １建筑工程劳务成本控制问题及动态操控方法 建筑工程劳务成本，产生于各项人工费用。在工程项目施工期间， 劳务成本所占比例大约占总成本 20% 左右，尽管比例不大，但考 虑到工程项目施工人员的流动性比较强，给劳务成本的控制带来一定 的难度。劳务人员是一线施工和管理的中坚力量，出现人员流动后， 虽然能够马上实现人员补充，但由于每个岗位的人员安排数量是 固定的，在岗位人员缺失后，相应的施工和管理工作可能会暂时 出现空白，必然会影响工程施工的进度、质量、成本和安全管理， 即使有新的人员补充，窝工浪费的问题也是无法避免的。 对于建筑工程劳务成本控制问题，动态视角的控制方法，首 先要求针对每日工程的消费情况，按照工程的综合价格定额标准， 以及根据承包合同的规定，检验劳务成本消耗的情况，如果劳务 成本消耗异常，则要重新调整劳动力资源，以及劳动力和人机配 套等，以较高的劳动效率，缩短工程施工的时间，即可降低人工 费用，减少不必要的劳务费用支出；其次是加强合同的管理工作， 为避免劳务纠纷，在与实施工程人员、管理人员确定劳务合作关系之后， 即刻签订劳务合同，其中就劳务纠纷的内容、风险和关键问题等， 进行详细的附注说明，并由签订者进行签名确认，在施工期间， 则安排职能部门的专业人员，根据劳务合同的内容，跟踪收集、 整理和分析劳务合同的执行信息，提前做出战略部署调整，这样 就能够保证合同段的顺利执行，杜绝劳务纠纷损失情况的出现； 再次是人工成本的科学化管理，相关的举措包括人工成本预测、 计划、控制、分析等，在管理期间，每一项内容都是环环相扣的， 正面要求紧扣整个工程的成本核算目标，检验劳务成本与施工计 划的匹配程度，精准地进行人工成本的预测和计划，最终形成完 整的劳务成本控制体系；最后是劳务成本经济的分析，以月作为 基本时间单位，在规定的时间内容，逐条检查劳务成本计划的执 行情况，将节约、超支的情况详细列出，同时寻找超支的具体原 因，以成本分析报告的模式，在成本分析会议中，进行归纳总结， 必要时对劳务成本计划做出相应调整。 ２建筑工程材料成本控制问题及动态控制方法 在整个工程成本控制体系当中，材料成本所占的比例最大，

  一般在全部成本的 50% 以上。在相关建筑工程项目施工管理实践当中， 笔者认为有几个材料成本的控制问题，值得在此探讨：在材料的 采购环节，缺少科学的预算，导致施工时材料的数量、规格和质 量不过关，而需要重新采购或者退换货，此时必然会增加预算之 后的其他成本费用；材料进场后，没有进行严格的质量把关，某 些质量不合格的材料鱼目混杂投入使用，给工程带来质量隐患， 而需要返工重修，此时工程需要增加额外的施工工作费用；在材 料保管时，缺乏科学合理的保管措施，出现材料损失、变质、报 废等问题。

  这里，本文以干燥、良好的沥青或混凝土路面为汽车行驶路 面进行计算，附着系数取 0.75，易得：

  综上，汽车起动所需最小牵引力大小是 11025N。 3、从节能角度 通过查找文献不同驾驶操作方法下的汽车运行燃料消耗量分 析，汽车在平路起步时，驾驶员反复多次不同程度地操控加速踏 板并连续换挡，使车辆从静止状态加速，由以上文献摘要可见， 一般汽车在起动时都会比较耗油。如果装上汽车制动能量再利用 装置，每一辆车每起步一次就可以近百毫升的汽油。这对于现如 今上亿辆的车来说，将为节约能源，减少排放做出巨大贡献 [3]。 四、工作原理及其性能分析 1、传统汽车起步原理 传统汽车起步工作原理：钥匙点火，电池带动起动电机，起 动电机带动压缩缸运动压缩。被压缩的雾化汽油点燃爆炸，爆炸 产生动力，并提供下次循环的动力，发动机自己开始进入运作。 2、节能减排原理 本装置将涡卷弹簧安装在一根轴上，轴的另外一端装有锥齿 轮，另外本装置将在汽车的驱动轮的轴上装上两个相对的锥齿轮。 当汽车制动的时候，装有涡卷弹簧的轴上的锥齿轮与驱动轮轴上 的一颗锥齿轮啮合，将汽车制动的能量存储到涡卷弹簧中。当汽 车起动的时候由于涡卷弹簧释放能量将让轴向相反方向转动，所 以我们让涡卷弹簧轴上的锥齿轮与驱动轮轴上的另外一个锥齿轮 啮合，释放涡卷弹簧的能量从而驱动汽车起动。由于汽车起动瞬 间需要较大动力，并且汽油燃烧不充分，所以该装置不仅降低了 油耗，还减少了尾气排放。 3、结构原理 液压控制部分为装置动作提供动力 , 机械储能部分实现装置 能量的储存和释放，电路控制部分实现动作的选择操作，驱动轮 轮轴带动锥齿轮部分实现能量盒与车轴的可靠啮合，最终实现制 动时节能而加速时释能的过程。能量盒的输出轴固定连接一锥齿 轮，后轮车轴固定一对面对面放置的锥齿轮，能量盒位于双轨滑 行轨道内，相对轨道中位的位置放置输出端连接有固定卡盘的液 压缸，防止能量的自由释放，所有的动力来源于液压传动，控制 回路控制电磁换向阀选择动作，最终完成整个装置的设计。 五、结论 本文介绍了基于涡卷弹簧的汽车制动能量再利用装置的设计 思路及工作原理，以及如何实现节能减排的效果。具体有以下几 点结论：1、整个装置由液压控制部分 , 机械储能部分，电路控制 部分，驱动轮轮轴带动锥齿轮部分组成。2、整个装置利用涡卷弹 簧进行储能和释能，利用锥齿轮的密切配合实现汽车制动和加速

  本装置设计一个弹簧储能器，由多个齿轮连动以辅助能量收集与 释放。弹簧储能器安放在一个特制盒子当中，通过一个传动轴（轴 的另外一端安装一个锥齿轮）与驱动轮上的锥齿轮相作用。

  三、理论设计计算 1、一般汽车起动所需牵引力的计算 本文以排量 2.0、质量 1.5 吨的汽车作为研究对象，若起动瞬 间只考虑摩擦力 f 的阻碍的作用，那么牵引力 F 和摩擦力的关系为：

  加强建筑工程材料成本的控制，要将其视为成本管理的核心 重点，其中在采购环节，要做好全方位的市场调查工作，在选择 物美价廉的材料后，严格按照计划中的材料数量、规格和质量标 准等，进行材料的科学材料，尽量缩小材料材料实际成本和计划 成本之间的偏差；其次是材料进场时，严格检查材料的质量情况， 对于质量不合格的材料，不得入库和使用，而要求进行及时退货 处理，将采购损失降低在最低范围内，同时可规避质量问题材料 带来的工程损失；最后材料保管期间，加强材料的保管工作，为 材料提供良好的保存环境，避免材料出现损失、变质和报废等问题， 适时可通过一系列的核算工作，判断库存材料的超耗节约情况， 及时控制材料的成本。

  一、研制背景及意义 随着生活水平的提高，汽车已成为许多家庭的必备品。至 2013 年底，全国机动车数量突破 2.5 亿辆，且以 10 年增加亿辆的 速度保持增长，汽车在给人们带来方便的同时，也加剧了能源的 消耗，是雾霾天气的罪魁祸首。因此，国家越来越关注汽车方面 的节能减排。 降低汽车油耗，也是人们越来越关心的问题，一般小汽车的 运行动力几乎完全由汽油发动机提供，在起动瞬间，油耗量竟可 达到惊人的 30L-40L/100km，能量浪费严重；此时汽油不充分燃 烧的可能性也大大提高，排放废气更多；这种工作模式下，不仅 不节能，还增加了废气排放，实在不是一种好的方案 [1]。如果能 在汽车结构上做一些改动，哪怕仅仅降低一点的油耗，减少看似 微不足道的排放，由于汽车数量基数巨大，也将会对能源节省、 空气污染的治理做出巨大贡献。 二、设计方案 频繁的制动和起动是汽车耗油的主要原因。汽车制动时，动 能以热能的形式损失掉，起动时耗油量比正常行驶耗油量大，因 此本文设计了一个装置，把汽车制动时的动能储存起来，用于辅 助汽车起动。 整个装置由液压控制部分 , 机械储能部分，电路控制部分， 驱动轮轮轴带动锥齿轮部分组成。其中驱动轮轮轴部分的原理就 是在汽车的驱动轮轮轴上固定安装两个锥齿轮，利用锥齿轮的变 向作用，把涡卷弹簧在汽车制动过程中储存回收的能量在汽车启 动或加速的时候再次进行利用，从而达到实现节能减排的目的。 本装置整体设计简图如图 2-1 所示：

  ３建筑工程机械成本控制问题及动态控制 建筑工程机械成本费用，由购置费、租赁费、保养费、维修 费等组成，在购置和租赁机械设备时，由于没有根据工程的规模 状态和实际施工需求，所计划的购置和租赁数量、规格型号等不 合理，使得购置和租赁的机械设备不适合工程项目施工，或者有严重 闲置情况，增加了机械的成本费用。与此同时，在施工期间没有 做好机械设备的保养工作，为了节约保养费用，超负荷使用机械 设备，使得机械设备的寿命水平大大缩短，反而需要耗费更多的 维修费用，这一点也违背了机械成本控制的科学化原则。 为减少机械成本，在施工之前，综合工程的规模状态，以及 实际的施工需求，确定所需机械设备的数量、规格型号等，并根 据实际所需，制定机械购置和租赁计划，将购置和租赁成本控制 在一个弹性范围内。在购置和租赁机械之后，根据机械的数量、 规格型号、性能特征后，科学计划机械的保养上班时间，严格按 照时间保养机械，杜绝机械设备的超负荷运行，将机械设备的损 坏率降至最低状态，就可以有效控制机械维修成本的产生。 ４结束语 文章通过研究，基本明确了建筑工程成本费用控制的方法， 笔者结合相关的实际工程管理经验，从劳务成本、材料成本、机 械成本三个方面，归纳总结了相关的管理经验，在实际工程当中， 我们可紧扣工程成本管理的要求和条件，灵活参考借鉴以上提到 的管理方法。

  图 2-1 装置结构简图 1、控制部分 我们从传统的汽车制动原理中得到启发，将整个装置的控制 部分进行了改进，采取了液压传动原理，让装置与汽车制动踏板连 接起来，实现对能量回收与利用的控制。控制管理系统设计了一个由 三个液压缸组成的装置，其中一个液压缸体的传动装置连接在安 装有涡卷弹簧的能量盒上。液压缸 1 中的活塞需特殊设计，活塞 的两面分别通过弹簧与端盖相连接，活塞处于中位时，左右两个 弹簧都处于原长状态。 2、机械储能部分 1）驱动轮上锥齿轮：在汽车的驱动轮的轮轴上，固定两枚小 端相对放置的锥齿轮 , 如图 2-6 中的锥齿轮 A 和 B，A 和 B 之间 留出一定的间隙用于给第三枚锥齿轮 C 在两锥齿轮间来回移动， 当汽车制动时，锥齿轮 B 和锥齿轮 C 形成制动啮合，完成储能动作， 当汽车加速时，锥齿轮 A 和锥齿轮 C 形成加速啮合，完成释能动 作。同时保证储能和释能过程中后轮车轴同向转动。2）集能盒：