【论文精选】如何设计路面减速带发电装置?

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

       路面减速带发电装置安装在公路收费站以及需要车辆减速慢行的路段,发电装置吸收原本汽车经过减速带而浪费的振动能量,将能量收集起来并在需要时使用,既节能又达到使车辆减速的效果。本文所设计的路面减速带发电装置主要应用于城市中车流量密集的地方。本文研究对象为基于液压原理的减速带发电系统,在明确路面减速带发电装置方案的基础上,对发电装置建立了数学模型,并借助虚拟样机进行仿真确定了装置的部件参数与工作参数。最后搭建了路面减速带发电装置样机进行了试验,以验证仿真的正确性。

以下文字摘编自《重庆理工大学学报(自然科学)》2016年第30卷第11期


路面减速带发电装置设计与试验

摘     要


为了将车辆通过道路减速带时产生的振动能量加以回收,设计了一种路面减速带发电装置。提出了发电装置的设计方案,并介绍了其工作原理;建立了路面减速带发电装置的数学模型,确定了影响路面减速带发电装置回收能量的因素;以数学模型为基础建立减速带发电装置的虚拟样机并进行仿真,确定了系统主要部件的型号与工作参数;通过搭建试验样机并进行试验验证了仿真结果的正确性。试验结果表明:路面减速带能量回收装置每次发电量在30KJ左右,如果每天有 30000辆车经过减速带,则大概可以产生5KW.H 的电量,足够给路边照明设施进行供电。


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本文引用格式:

引用格式:何仁,许肠.路面减速带发电装置设计与试验[J].重庆理工大学学报(自然科学),2016(11):96一104.

Citation format: HE Ren, XU Yang. Design and Experiment of Vibration Energy Recovery System of Speed Control Hump[J]. Journal of Chongqing University of Technology(Natural Soience) ,2016(11):96一104.

一、路面减速带发电装置工作原理


路面减速带发电装置主要由换能器、蓄能器、液压马达、发电机、电磁阀等组成。减速带发电装置安装在城市中车流量密集且需要汽车减速的路段。减速带下安装有2个并联的换能器,每个换能器设有出油管和回油管。油液通过出油管路到蓄能器,当蓄能器中压力达到设定值,压力传感器控制电磁阀开启,油液经过液压马达,液压马达带动发电机发电,然后油液注入到油箱中。每次换能器都是通过回位弹簧的作用将油液重新吸入换能器中用以进行下一次能量收集。

二、 路面减速带发电装置数学模型


在车辆与减速相互作用时,车辆-换能器系统可以看成是由“车辆 -减速带 -液压系统”构成的一个多自由度复杂振动系统。为了简化模型以提高求解效率,对振动系统进行如下简化:

1)在车辆与减速带相互作用过程中,车身几乎没有横摆运动。车辆经过减速带时间很短,汽车的俯仰振动基本上可以忽略,汽车在减速带上的过程主要是竖直振动。

2)与减速带的竖直运动相比,减速带的水平运动忽略不计。

3)减速带宽度与车辆轴距相比很小,因此在作用过程中车辆前后轴的相互干涉忽略不计。

4)在作用过程中,车辆除了轮胎悬架各组成部件外,其余的部件认为是绝对的刚体。

三、 路面减速带发电装置虚拟样机


 1、换能器结构

换能器结构,包括减速带1、钢板2、限位块3、回位弹簧4。换能器部件装配过程如下:将减速带通过铆钉连接在钢板上,与减速带固定连接的钢板通过6个回位弹簧支撑,减速带下平面必须与地面齐平,减速带、钢板、回位弹簧的运动均被限制在竖直方向。

 2、车辆-换能器模型的建立

由于研究重点在于轮胎与减速带接触过程的分析,所以简化了整车建模。在ADAMS/view中建立了车辆 -换能器模型。本文由于减速带布置在城市中车流量密集的地方,城市车辆中以整车质量为1500kg左右的轿车占绝大多数,所以本文主要研究小轿车经过减速带时可回收的能量。

3、发电装置液压系统模型

为了精确地对路面发电装置进行建模,本文采用 了AMEsim与ADAMS软 件 联 合 仿 真,在ADAMS软件中创立减速带位移的测量函数作为ADAMS的 输 出 变 量,减 速 带 的 位 移 变 量 作 为AMEsim中液压缸位移的输入变量,创建 ADAMS的输入变量力,F为AMEsim中液压缸压力的输出变量。

四、路面减速带发电装置部件参数设计


路面发电装置部件的型号与工作参数的选取直接关系到发电装置能否正常工作以及能量回收效果。本文的路面减速带发电装置需要进行选型的部件有液压缸、回位弹簧、蓄能器、管道、发电机和液压马达,所需要确定的工作参数有系统工作压力。

1、液压缸

2、系统压力

3、蓄能器参数

4、管道参数

5、发电机与液压马达

五、 路面减速带发电装置实验


本次试验首先以测试该装置换能器能量吸收量为目标,当车辆以不同车速经过减速带,测量换能器位移的变化情况,再通过测试不同压力之下减速带能量回收装置中换能器回收能量的多少来确定系统压力。

六、 结束语


本文在明确路面减速带发电装置方案的基础上,对发电装置建立了数学模型,明确了路面发电装置能量收集量主要与车型、车速、液压系统的压力以及回位弹簧的刚度有关。以小轿车为主要行驶车辆,并选取整车质量1500kg左右的小轿车作为研究对象,对其他影响因素进行仿真,确定了装置的部件参数与工作参数,并以此为基础搭建了试验样机。在完成试验样机搭建之后进行试验并验证了仿真的正确性。试验结果表明:路面减速带能量回收装置每次发电量在30KJ左右,如果每天有30000辆车经过减速带,则大概可以回收 5kW·h的电量,足够给路边照明设施进行供电。


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