列车垂向振动机械激励发电性能设计

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1、第33卷第04期计算机仿真2016年4月文章编号：1006—9348(2016)04—0212—05列车垂向振动机械激励发电性能设计石燕超，杨俭，袁天辰，宋瑞刚(上海工程技术大学城市轨道交通学院，上海201620)摘要：针对列车运行振动发电能量回收问题，为了将列车轨道振动机械能转换电能，需要对收回能量装置建立机电转换模型。能量回收装置可以为列车线路小功率监测设备使用，从而保障行车安全。通过利用正压电方程以及材料力学受力理论，建立城市轨道列车运行所产生的轮轨垂向振动作用下Cymbal俘能器组件回收装置转换模型。再利用MATLAB软件进行仿真，获得Cymbal俘能器组件输出电压、输

2、出功率等电学特性。仿真结果表明，获得了有效输出电压为54．3V，有效输出功率为1．46w。上述方法为列车运行能量回收设计提供了科学依据。关键词：垂向振动；压电方程；发电性能中图分类号：TP391．9文献标识码：BPerformanceDesignofMechanicalExcitationElectricitygenerationofVerticalVibrationofTrainSHIYan—chao，YANGJian，YUANTian—chen，SONGRui—gang(CollegeofUrbanRailwayTransportationofShanghaiUnivers

3、ityofEngineeringScience，Shanghai201620，China)ABSTRACT：Thepaperaimedattheproblemofenergyrecoveryofvibrationgeneratingbyrunningtrain．Inordertoconvertthemechanicalenergyofthetraintrackvibration，itisnecessarytoestablishthemechanicalandelectricalconversionmodelfortherecoveryofenergy．Energyrecover

4、ydeviceCanbeusedforsmallpowermonitoringequip-mentofthetrainline，thusensuringthedrivingsafety．Basedonpositivepressurepiezoelectricequationandme-chanicalstresstheory，weestablishedtheconvertmodelofassemblyrecoverydeviceofcymbalharvesterunderthewheelrailverticalvibrationcausedbyurbanrailtrain．MA

5、TLABsimulationsoftwareWasusedtoobtaintheoutputvoltageandoutputpowerofelectricalcharacteristics．Thesimulationresultsshowthattheoutputvoltageis54．3Vandtheoutputpoweris1．46W．Theabovemethodprovidesascientificbasisfortheenergyrecoveryofthetrainrun-ning．KEYWORDS：Verticalvibration；Piezoelectricequa

6、tion；Electricitygenerationl引言轨道车辆运行引起的轨道振动具有机械能，轨道车辆运行产生的振动能量大部分被轨道本身、轨枕以及路基吸收并无价值的?肖耗掉。轨道车辆运行引起的低频振动，则通过轨道结构向轨下基础及周边建筑物传播，对地面建筑物产生危害。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51575334)；上海市教育委员会科研创新重点项目(14ZZl58)；上海工程技术大学研究生科研创新项目资助(14KYl003)；上海市研究生教育创新计划学位点引导布局与建设培育项目(13se002)收稿日期：2015—06—18修回日期：2015—07—12—212一近年来随

7、着轨道交通的发展，无线传感器、射频线圈、信号灯等轨旁设备大量被应用到列车安全运行控制系统中。而偏远地区电力缺乏，架设输电线路成本较高，轨旁监测设备大多采用电池供电，这种供电方式既增加了维护成本，又存在稳定性不佳的问题。限制了铁路线路桥梁、涵洞、轨道无线安全监测传感器设备的大规模普及使用，给行车带来了极大的安全隐患；由此通过利用列车运行时轨道振动所产生的机械能，经过机电转换装置将产生的电能为这些设备供电，既可为这些设备提供了可靠电能，又可降低偏远地区线路监测设备供电成本，进而提高线路行车安全。