摘 要：從物理知識(shí)中獲知：有重力勢(shì)能、彈力勢(shì)能、分子勢(shì)能和電勢(shì)能，并未提及大氣壓力勢(shì)能，在生產(chǎn)生活中只利用了大氣壓力，并沒有利用大氣壓力勢(shì)能，比如用吸盤吸牢玻璃、吸管吸取液體，都是利用大氣壓力。大氣壓力勢(shì)能一般是通過拉動(dòng)真空缸底的活塞而獲得的，真空缸類似于氣缸，兩者重要的區(qū)別在于：氣缸底部有進(jìn)氣孔和排氣孔，而真空缸底部只有預(yù)排氣孔。先將活塞設(shè)置于真空缸底部通過預(yù)排氣孔排出空氣，并使預(yù)排氣孔密閉，當(dāng)有外力拉動(dòng)活塞時(shí)，活塞與缸底之間為真空或接近真空，即活塞與缸底之間存在大氣壓力勢(shì)能。

關(guān)鍵詞：大氣壓力 儲(chǔ)能 真空缸 活塞

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（c）-0076-02

大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)包括：儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括真空缸和活塞，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括牽引件、轉(zhuǎn)盤、錐齒盤、離合機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)用于控制兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)的離合以及轉(zhuǎn)盤是否處于卡住狀態(tài)。先將活塞設(shè)置于缸底通過預(yù)排氣孔排出空氣，并使缸底密閉。當(dāng)需要儲(chǔ)存能量時(shí)，通過控制系統(tǒng)使外力帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拉動(dòng)活塞，此時(shí)缸內(nèi)為真空或接近真空，外界有大氣壓力作用于活塞，即活塞與缸底之間產(chǎn)生大氣壓力勢(shì)能，則有儲(chǔ)能效果；需要釋放勢(shì)能時(shí)，再通過控制系統(tǒng)使大氣壓力帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)受力體，則有助動(dòng)效果。本裝置的目的是解決車輛剎車時(shí)動(dòng)能得不到有效利用的技術(shù)問題。

1 大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置原理

在車輛的行駛過程中，經(jīng)常因?yàn)橛龅郊t燈而必須進(jìn)行剎車，待綠燈亮起時(shí)再重新啟動(dòng)或加速；公交車則除了紅燈的情況需要?jiǎng)x車外，還需要在各個(gè)公交站點(diǎn)?？浚丛黾恿藙x車和再啟動(dòng)的頻率，眾所周知，汽車在制動(dòng)時(shí)，尚有一定的動(dòng)能，而現(xiàn)有的車輛都是通過剎車片制動(dòng)，將這部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能釋放到大氣中，使得這部分動(dòng)能被浪費(fèi)而得不到利用；或者，將這部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能或電能進(jìn)行儲(chǔ)存，這兩種方法均儲(chǔ)存能量有限、回收效率低?，F(xiàn)有氣缸和活塞是為壓縮空氣而設(shè)計(jì)的，對(duì)外是正壓，運(yùn)用逆向思維可用活塞把氣缸內(nèi)部拉成真空或接近真空，對(duì)外是負(fù)壓，用于拉成真空的密閉氣缸稱為真空缸。在用于該裝置真空缸體積要盡可能大，這樣才能儲(chǔ)存足夠的能量。

2 大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)介紹

大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示：1為第一離合機(jī)構(gòu)；2為第二離合機(jī)構(gòu)；31、32、33、34為四邊錐齒盤；41、46為轉(zhuǎn)盤；42、47為牽引件；43、48為活塞；44、49為真空缸；5為車輛傳動(dòng)軸；45為定滑輪；441、491為密閉的腔體；442、492為與外界大氣相通的腔體。儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)包括：活塞、真空缸，活塞設(shè)置在真空缸的內(nèi)部，將真空缸分隔為密閉的腔體（441）和與大氣連通的腔體（442），傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：牽引件、轉(zhuǎn)盤、四邊錐齒盤、離合機(jī)構(gòu)。牽引件的一端與活塞相連，另一端設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤與相連的錐齒盤相連，離合機(jī)構(gòu)用于離合車輛傳動(dòng)軸與相應(yīng)兩個(gè)錐齒盤?？刂葡到y(tǒng)用于控制兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)的離合，以及轉(zhuǎn)盤是否處于卡住狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)處于分離狀態(tài)時(shí)，錐齒盤不隨車輛的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)其中一個(gè)離合機(jī)構(gòu)處于合并狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的錐齒盤隨車輛的傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)盤處于卡住狀態(tài)時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法受力運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)盤處于非卡住狀態(tài)時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以受力運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制不需要駕駛員另行操作。眾所周知，車輛的傳動(dòng)軸是隨車輛運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的。車輛正常行駛時(shí)兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)都處于分離狀態(tài)，在正常剎車減速時(shí)，該裝置先于原有剎車系統(tǒng)啟用，或與原有剎車系統(tǒng)一起啟用，通過控制系統(tǒng)使第一離合機(jī)構(gòu)合上，即車輛傳動(dòng)軸與錐齒盤（31）連上，則帶動(dòng)其他錐齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，通過牽引件拉動(dòng)活塞，即開始儲(chǔ)存車輛動(dòng)能（一般可設(shè)計(jì)車輛在低速行駛時(shí)，用此方法代替原有剎車系統(tǒng)），在車輛停止的一刻，此時(shí)再通過控制系統(tǒng)使轉(zhuǎn)盤處于卡住狀態(tài)，則傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法受力運(yùn)轉(zhuǎn)。需要前進(jìn)時(shí)通過控制系統(tǒng)使轉(zhuǎn)盤處于非卡住狀態(tài)，在此同時(shí)使第二離合機(jī)構(gòu)合上，即車輛傳動(dòng)軸與錐齒盤（33）連上，并使第一離合機(jī)構(gòu)分離，大氣對(duì)活塞的壓力通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)車輛傳動(dòng)軸，使車輛前進(jìn)。當(dāng)活塞被壓到缸底時(shí)，再通過控制系統(tǒng)使第二離合機(jī)構(gòu)分離，這樣兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)都在分離狀態(tài)，車輛又回到正常行駛狀態(tài)。使用兩個(gè)離合機(jī)構(gòu)目的是：在釋放能量助動(dòng)時(shí)使車輛傳動(dòng)軸保持原有轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

3 大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置運(yùn)用實(shí)踐

以上是大氣壓力勢(shì)能用于車輛節(jié)能的原理，但在實(shí)際設(shè)計(jì)制造時(shí)，可對(duì)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以減小儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)的體積，使大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置更為實(shí)用。相同的儲(chǔ)能要求下優(yōu)化后的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，體積大為縮小，這樣優(yōu)化的缺點(diǎn)是當(dāng)活塞被拉到接近缸頂時(shí)，氣壓會(huì)過大，相應(yīng)的部件容易有所損傷。為避免這種情況下可對(duì)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)再進(jìn)行優(yōu)化，把圓柱體的真空缸設(shè)置在一個(gè)長(zhǎng)方體空腔內(nèi)，使真空缸外壁與長(zhǎng)方體內(nèi)壁吻合，使長(zhǎng)方體與真空缸長(zhǎng)度相等，也使長(zhǎng)方體兩端密閉，真空缸與長(zhǎng)方體之間形成四個(gè)獨(dú)立密閉的小空間，在真空缸頂部設(shè)置通道，使真空缸頂部氣體能排入到4個(gè)封閉的小空間內(nèi)。也可根據(jù)設(shè)計(jì)需要使真空缸頂部的氣體只排入其中一個(gè)或二個(gè)或三個(gè)密閉的小空間內(nèi)。這樣能解決活塞被拉到真空缸頂部時(shí)壓力過大的問題，且?guī)缀醪徽加每臻g。

根據(jù)這一方案，公交車、火車或公交列車都可將大氣壓儲(chǔ)能助動(dòng)裝置設(shè)計(jì)安裝在車輛的大缸內(nèi)，這樣幾乎不占用原有車輛空間。小型車也可設(shè)計(jì)安裝這套裝置，但要占用一些空間，甚至自行車上也可以設(shè)計(jì)安裝。

由于車輛在減速時(shí)還受其他阻力，動(dòng)能不可能全部?jī)?chǔ)存；在能量釋放時(shí)也會(huì)受到其他阻力，大氣壓力勢(shì)能不可能全部用于助動(dòng)。所以實(shí)際節(jié)約的能量要比以上計(jì)算結(jié)果要小一些。

大氣壓力勢(shì)能的計(jì)算：大氣壓力勢(shì)能即為大氣壓力潛在所做的功，其大小與相對(duì)于真空的大氣壓強(qiáng)和真空的體積有關(guān)。任何形狀的真空體都可視為由若干微小的高度為h底面積之和為s的柱體構(gòu)成，高度h可視為大氣壓力做功時(shí)經(jīng)過的距離，面積之和s可視為大氣壓力的受力面。設(shè)大氣壓力勢(shì)能為E、大氣壓力所做的功為W、大氣壓力為F、大氣壓強(qiáng)為P、真空的體積為V。根據(jù)大氣壓力與大氣壓強(qiáng)的關(guān)系以及功與力的關(guān)系可得：

即E=PV。由式中可知：大氣壓力勢(shì)能與相對(duì)于真空的大氣壓強(qiáng)和真空的體積有關(guān)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)計(jì)算，每立方米真空儲(chǔ)存大氣壓力勢(shì)能約為105J。對(duì)于不是真空的空間，在此不作大氣壓力勢(shì)能的計(jì)算。

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