基于車輛運行的軌道振動能量回收系統(tǒng)研究.pdf

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

2、動位移響應；建立鼓型壓電振子的機電能量轉換耦合模型,得到發(fā)電量與變形量之間的關系,揭示了軌道振動能量采集的機制和機理。本文對整個軌道振動能量回收系統(tǒng)進行了解析建模,進行了數(shù)值仿真,并通過實驗進行驗證。
　　研究了軌道振動的激勵源——軌道不平順的相關概念,對比了各國軌道譜的區(qū)別；基于周期圖法,研究了軌道隨機不平順功率譜的反演,得到了軌道隨機不平順的時域數(shù)據(jù)樣本,并將其作為第三章中車輛—軌道—壓電耦合振動模型的激勵輸入。
　

3、　研究了軌道振動能量回收系統(tǒng)的動力學建模問題,基于車輛—軌道耦合動力學,通過將壓電振子等效為質量塊和彈簧系統(tǒng),建立了車輛—軌道—壓電耦合振動模型。詳細研究了該動力學系統(tǒng)的物理模型和數(shù)學模型,得到了該模型的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣,并詳細研究了方程算法。
　　研究軌道振動能量回收系統(tǒng)的輸出特性,基于第一類壓電方程,對自行設計的鼓型壓電振子進行了力學建模和機—電耦合建模,仿真得到了在不同外負載條件下的輸出電壓、電流和功率,完成了

4、軌道振動能量回收系統(tǒng)的采集裝置的建模工作。
　　進行了軌道振動能量回收問題的實驗研究,基于軌道振動能量回收試驗臺,加工制作了包含16個鼓型壓電振子的壓電組件,在不同車輛負載和電學負載的條件下,進行了實驗研究。實驗結果與理論仿真結果取得較好的一致性,證明了軌道振動能量回收的可行性和理論仿真的可靠性。
　　理論研究結果表明,在列車滿載工況下,200 個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。設計制作了軌