检索结果-内蒙古大学图书馆

机械强度 2025年第3期47卷 23-31页

作者：李竞周贺扬州大学机械工程学院扬州225127

为了消除含全波机械整流器减速带馈能装置的发电量和系统可靠性受到复位弹簧刚度的约束,提出了一种基于半波机械整流器的双减速带馈能装置(Dual-speed Bump Energy Harvester,DBEH)。该装置利用机械传动模块将两条减速带在车轮驱动下的... 详细信息

为了消除含全波机械整流器减速带馈能装置的发电量和系统可靠性受到复位弹簧刚度的约束,提出了一种基于半波机械整流器的双减速带馈能装置(Dual-speed Bump Energy Harvester,DBEH)。该装置利用机械传动模块将两条减速带在车轮驱动下的向下线性运动转换成单个发电机轴的单向旋转运动,将机械能转换成电能。单向的运动转换降低了对复位弹簧载荷的要求。建立了车轮激励以及减速带动力学理论模型并通过了道路试验的验证。基于理论模型的数值仿真研究了双馈能减速带的发电性能。研究结果表明,系统的均方根(Root Mean Square,RMS)功率与输出电能随着外部激励幅值的增加,以及弹簧刚度的减小而增加;当负载电阻阻值为7~9Ω时,系统的输出性能最优;与减小小齿轮半径相比,增大齿轮箱的增速比对系统输出的提升影响更明显;小惯量的飞轮更能有效提高系统对机械能的捕获与机械能到电能的转化率。

关键词：半波机械整流器单向离合器馈能减速带道路能量收集发电性能

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面向智能交通系统的半波机械整流式双减速带馈能装置发电性能及应用研究

面向智能交通系统的半波机械整流式双减速带馈能装置发电性能及应...

引用

作者：周贺扬州大学

学位级别：硕士

交通系统智能化发展导致道路上电子设备不断增加,能源需求量增大,道路可再生能源的产生及收集成为解决这一问题的关键。基于这一研究背景,综合分析现有道路能量收集方式的主要特点,本文以半波机械整流式双减速带馈能装置为研究对象,在... 详细信息

交通系统智能化发展导致道路上电子设备不断增加,能源需求量增大,道路可再生能源的产生及收集成为解决这一问题的关键。基于这一研究背景,综合分析现有道路能量收集方式的主要特点,本文以半波机械整流式双减速带馈能装置为研究对象,在结构设计、理论模型仿真、发电性能以及应用方面开展了相关研究。 (1)半波机械整流式馈能装置的工作原理以及阻尼与馈能特性分析。首先简要分析了半波机械整流器的运动转换机制,并揭示了单向离合器的传动特性和飞轮特性。其次剖析了装置阻尼力的组成及其馈能特性,最后进行数值仿真以及台架试验验证。仿真与试验结果均表示出装置阻尼力及输出电压与激励幅值、频率和负载电阻之间存在线性相关关系;通过分离比定量分析出系统的分离现象主要受到激励频率的影响;在台架试验中当频率为3 Hz,幅值为30 mm,负载为10Ω时,系统收获最高机械效率为58.24%。 (2)设计双减速带馈能装置并建立其动力学理论模型。首先模块化设计双减带馈能装置的结构,包括能量输入模块、运动转换及整流模块以及发电机模块,并细述其工作原理。其次建立系统动力学理论模型,理论模型分为机械系统以及馈能系统;其中将机械系统等效为单自由度质量弹簧阻尼模型,并根据系统结合与分离特性,将馈能系统理论模型等效成质量项与阻尼项建立机-电耦合进动力学模型。 (3)在MATLAB/Simulink中建立理论仿真模型,研究装置激励响应以及车辆与结构等参数对装置发电性能的影响,结果表明:减速带在车轮激励下的激励响应分为三个阶段,且在回弹阶段存在残余振动,其受复位弹簧刚度和负载电阻影响;车型越大且在一定的范围内速度越快,越有利于系统的输出;弹簧刚度在满足下限条件时宜选用刚度较小的弹簧;系统的电力输出在负载电阻为7～9Ω时输出最优;增加传动结构的增速比比减小小齿轮半径更有利于提高系统输出;附加小惯量的飞轮可提升装置对于机械能的捕获及转化率。 (4)为验证所建立理论模型的正确性以及双减速带馈能装置应用可行性,首先,进行了样机制作及道路模拟试验,并将试验结果仿真结果进行比对,结果表明仿真模型可以很好的预测系统的输出性能。其次,对装置的节能减排效益进行了合理的预测,得到我国城市道路的年电力回收总值约为247.8 k Wh/台。最后,提出了一种基于该装置输出信号的车辆参数识别方法,进一步论证了其未来在智能交通系统中应用的巨大潜力。

关键词：智能交通系统半波机械整流器馈能减速带道路能量收集发电性能

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