基于車(chē)輛運(yùn)行的軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)研究.pdf

1、　　隨著軌道交通的發(fā)展,無(wú)線傳感器、射頻線圈等軌旁設(shè)備大量得被運(yùn)用到信號(hào)系統(tǒng)中去。由于偏遠(yuǎn)地區(qū)電力缺乏,輸電成本較高,這些軌旁設(shè)備大多采用電池供電。這種方法既增加了維護(hù)成本,又存在污染環(huán)境的可能。由此本文設(shè)想利用軌道振動(dòng)能量作為新的能源來(lái)為這些設(shè)備供電,既為這些設(shè)備提供了電源,又減少了野外供電的成本。本文提出了一種軌道垂向振動(dòng)能量采集方法,通過(guò)采集軌道振動(dòng)能量來(lái)為軌道側(cè)設(shè)備提供電源。通過(guò)建立車(chē)輛—軌道—壓電耦合振動(dòng)模型,得到壓電振子的振

2、動(dòng)位移響應(yīng)；建立鼓型壓電振子的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換耦合模型,得到發(fā)電量與變形量之間的關(guān)系,揭示了軌道振動(dòng)能量采集的機(jī)制和機(jī)理。本文對(duì)整個(gè)軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行了解析建模,進(jìn)行了數(shù)值仿真,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　研究了軌道振動(dòng)的激勵(lì)源——軌道不平順的相關(guān)概念,對(duì)比了各國(guó)軌道譜的區(qū)別；基于周期圖法,研究了軌道隨機(jī)不平順功率譜的反演,得到了軌道隨機(jī)不平順的時(shí)域數(shù)據(jù)樣本,并將其作為第三章中車(chē)輛—軌道—壓電耦合振動(dòng)模型的激勵(lì)輸入。
　

3、　研究了軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模問(wèn)題,基于車(chē)輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué),通過(guò)將壓電振子等效為質(zhì)量塊和彈簧系統(tǒng),建立了車(chē)輛—軌道—壓電耦合振動(dòng)模型。詳細(xì)研究了該動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型,得到了該模型的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣,并詳細(xì)研究了方程算法。
　　研究軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)的輸出特性,基于第一類(lèi)壓電方程,對(duì)自行設(shè)計(jì)的鼓型壓電振子進(jìn)行了力學(xué)建模和機(jī)—電耦合建模,仿真得到了在不同外負(fù)載條件下的輸出電壓、電流和功率,完成了

4、軌道振動(dòng)能量回收系統(tǒng)的采集裝置的建模工作。
　　進(jìn)行了軌道振動(dòng)能量回收問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究,基于軌道振動(dòng)能量回收試驗(yàn)臺(tái),加工制作了包含16個(gè)鼓型壓電振子的壓電組件,在不同車(chē)輛負(fù)載和電學(xué)負(fù)載的條件下,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論仿真結(jié)果取得較好的一致性,證明了軌道振動(dòng)能量回收的可行性和理論仿真的可靠性。
　　理論研究結(jié)果表明,在列車(chē)滿載工況下,200 個(gè)鼓型壓電振子輸出功率峰值在3.5W 左右,具有明顯的脈沖特點(diǎn)。設(shè)計(jì)制作了軌