CN105134531A - 轴对称气体储能压电变换城市地铁列车减震发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种轴对称气体储能压电变换城市地铁列车减震发电装置，由两个结构相同的长方形减震发电机构和一个长方形主减振机构构成，两个减震发电机构对称的设置主减振机构的两侧，该装置即可以实现地铁列车运行中的减震功能，又可将列车运行中的震动动能转化为电能为列车车厢照明提供电能，可用来取代现有的城市地铁列车减震装置。
Description
技术领域：
本发明涉及一种地铁列车减震发电应用技术，特别是一种轴对称气体储能压电变换城市地铁列车减震发电装置，该装置通过气体储能机电转换将城市地铁列车运行中的机械能转换为电能，为城市地铁列车车箱内照明提供电能，可降低城市地铁列车运营成本，节能环保。
背景技术：
城市地铁是城市交通中重要的基础设施，是社会经济正常运行的必要基础，是缓解交通拥堵、满足社会经济发展和居民出行需求的重要手段。
随着国民经济的快速发展以及城市居民出行需求的日益增长，各大城市都加快了公共交通的发展速度。但是由于地铁运量大，其耗电总量十分巨大，并且电力是地铁消耗的最主要能源，地铁供电通常来自城市电网，通过地铁供电系统实现变换和传输。其电力能耗主要分为列车运行牵引电能和车厢照明设备所消耗的电能两部分。
在当前我国建设节约型社会的大背景下，如何建设节能型轨道交通系统已经成为轨道交通系统规划设计与建设管理中的一个重要研究课题。也是行业发展的方向和追求的目标。
由于城市地铁是在地下运行，车厢的照明设备需要24小时不间断供电，如果能将地铁列车运行中多余的动能转换为电能，为车厢的照明设备提供电能，将为国家节约大量的电能，即节能环保，又可降低城市地铁运营成本。
发明内容:
为了节约能源和降低地铁运营耗电量和运营成本，建设节能型轨道交通系统,本发明针对城市地铁列车现有减震技术存在的不足，对现有减震技术进行了改进,提出了一种轴对称气体储能压电变换城市地铁列车减震发电装置，它即可以实现地铁列车运行中的减震功能，又可将列车运行中的震动动能转化为电能为列车车厢照明提供电能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一个城市地铁列车减震发电装置由两个结构、各项尺寸和工作过程相同的长方形减震发电机构和一个长方形主减振机构构成，两个减震发电机构对称的设置主减振机构的两侧，
主减振机构由一个长方形上承压板、一个长方形下承压板和多个主减震弹簧构成，主减震弹簧设置在上承压板和下承压板之间，两个减震发电机构通过下承压板连接在一起，
两个减震发电机构都由一个长方形箱体、一个长方形高压储气腔、一个压电形变发电机构和多个结构、各项尺寸和工作过程相同的压力储能减震机构构成，
在第一个减震发电机构中，压力储能减震机构整齐的安装在长方形箱体的上部，高压储气腔安装在长方形箱体的中部，压电形变发电机构安装在长方形箱体的下部，
当地铁列车的振动施加在上承压板上，列车的一部分压力通过上承压板传递到主减振机构上，列车的另一部分压力对称的分布在位于主减振机构两侧的两个减震发电机构上，上述结构设置即可吸收列车纵向震动，还可减少列车横向振动，
各压力储能减震机构都由一个气缸、一个气缸活塞、一个单向通气阀门、一个辅减震弹簧和一个行程变换机构构成，辅减震弹簧和气缸活塞设置在气缸内，辅减震弹簧安装在气缸的底部和气缸活塞之间，气缸的底部通过单向通气阀与高压储气腔相通，
各压力储能减震机构的单向通气阀门都由一个阀门壳体、一个橡胶塞和一个压力弹簧构成，阀门壳体的上部设置有一个阀门进气孔，阀门壳体的下部设置有一个阀门出气孔，压力弹簧和橡胶塞设置在阀门壳体内部，压力弹簧安装在阀门壳体的底部与橡胶塞之间，在气缸内的气体作用下通过压力弹簧和橡胶塞可打开和关闭阀门进气孔，
各压力储能减震机构的行程变换机构都由一个主驱动杆、一个辅驱动杆、一个驱动连接杆和一个活塞连接杆构成，主驱动杆的一端与上承压板相连接，主驱动杆的中部通过第一连接轴与设置在长方形箱体上部的第一支撑柱相连接，主驱动杆的另一端通过第二连接轴与驱动连接杆的上端相连接，驱动连接杆的下端通过第三连接轴与辅驱动杆的一端相连接，辅驱动杆的中部通过第四连接轴与安装在长方形箱体上部的第二支撑柱相连接，辅驱动杆的另一端通过第五连接轴与活塞连接杆的上端相连接，活塞连接杆的下端通过第六连接轴与气缸活塞相连接，
压电形变发电机构由往复驱动机构一、往复驱动机构二、一个压电连接杆和两组压电陶瓷片构成，
往复驱动机构一由第一往复驱动气缸、第一往复驱动活塞、第一换气塞、第一换气驱动连杆构成，第一往复驱动活塞设置在第一往复驱动气缸内，第一往复驱动活塞和第一往复驱动气缸轴线相互重合，并且第一往复驱动活塞可以在第一往复驱动气缸内沿着第一往复驱动气缸轴线方向滑动，第一换气驱动连杆的中部沿轴线开有一个长方形换气驱动孔，第一换气塞的中部穿过该换气驱动孔与第一换气驱动连杆相连接，并且第一换气塞的中部可沿着该长方形换气驱动孔滑动，第一换气驱动连杆与第一往复驱动活塞轴线相互重合的连接在一起，在第一往复驱动气缸的上部开有一个进气孔，第一往复驱动气缸的上部通过该进气孔与高压储气腔相通，在第一往复驱动气缸的下部开有一个出气孔，第一往复驱动气缸的下部通过该出气孔与第一往复驱动气缸外部相通，
往复驱动机构二由第二往复驱动气缸、第二往复驱动活塞、第二换气塞、第二换气驱动连杆构成，第二往复驱动活塞设置在第二往复驱动气缸内，第二往复驱动活塞和第二往复驱动气缸轴线相互重合，并且第二往复驱动活塞可以在第二往复驱动气缸内沿着第二往复驱动气缸轴线方向滑动，第二换气驱动连杆的中部沿轴线开有一个长方形换气驱动孔，第二换气塞的中部穿过该换气驱动孔与第二换气驱动连杆相连接，并且第二换气塞的中部可沿着该长方形换气驱动孔滑动，第二换气驱动连杆与第二往复驱动活塞轴线相互重合的连接在一起，在第二往复驱动气缸的上部开有一个进气孔，第二往复驱动气缸的上部通过该进气孔与高压储气腔相通，在第二往复驱动气缸的下部开有一个出气孔，第二往复驱动气缸的下部通过该出气孔与第二往复驱动气缸外部相通，
压电连接杆的两端分别与第一往复驱动活塞和第二往复驱动活塞相连接，压电连接杆与第一往复驱动活塞和第二往复驱动活塞的轴线相互重合，两组压电陶瓷片的两边被安装在长方形箱体上，两组压电陶瓷片的中部分别被等距离的安装在压电连接杆上面和下面，压电连接杆可带动两组压电陶瓷片的中部同时同向的沿压电连接杆的轴线移动。
当地铁列车的振动施加在上承压板时，列车的一部分压力通过上承压板传递到主减震弹簧上，列车的另一部分压力通过各压力储能减震机构的行程变换机构的主驱动杆、驱动连接杆、辅驱动杆、活塞连接杆和气缸活塞传递到各压力储能减震机构的辅减震弹簧和气缸内的空气上，上承压板的上下移动通过行程变换机构的行程幅度放大，带动各压力储能减震机构的气缸活塞压缩各压力储能减震机构的气缸内的空气，并通过各压力储能减震机构气缸底部的单向通气阀与将高压气体压入高压储气腔内，通过上述过程将地铁列车的振动动能转化为高压气体内能存储在高压储气腔内，
当第一换气驱动连杆带动第一换气塞打开第一往复驱动气缸上部的进气孔关闭第一往复驱动气缸下部的出气孔时，第二换气驱动连杆也同时带动第二换气塞关闭第二往复驱动气缸上部的进气孔打开第二往复驱动气缸下部的出气孔，高压储气腔内气体充入第一往复驱动气缸，推动第一换气驱动连杆、第一往复驱动活塞、压电连接杆、第二往复驱动活塞和第二换气驱动连杆一起向右运动，并通过压电连接杆带动两组压电陶瓷片的中部向右运动，
当第一换气驱动连杆带动第一换气塞关闭第一往复驱动气缸上部的进气孔打开第一往复驱动气缸下部的出气孔时，第二换气驱动连杆也同时带动第二换气塞打开第二往复驱动气缸上部的进气孔关闭第二往复驱动气缸下部的出气孔，高压储气腔内气体充入第二往复驱动气缸，推动第一换气驱动连杆、第一往复驱动活塞、压电连接杆、第二往复驱动活塞和第二换气驱动连杆一起向左运动，并通过压电连接杆带动两组压电陶瓷片的中部向左运动，在高压储气腔内的高压气体推动下，上述往复运动会不断进行下去，并通过压电连接杆带动两组压电陶瓷片的中部按照往复运动的频率震动，两组压电陶瓷片不断的输出交变电流，
本发明的有益效果是：通过主减震弹簧、辅减震弹簧和多个气缸内气体的反作用力构成了地铁列车的三级减震机构，同时通过行程变换机构、高压储气腔和压电形变发电机构可将地铁列车的振动动能转化电能，构成了地铁列车的自发电系统，即节约了能源又降低了地铁运营成本。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体结构俯视图。
图2是本发明的A-A剖视图。
图3是本发明的B-B剖视图。
图4是本发明的C-C剖视图。
图5是本发明的D-D剖视图。
图6是本发明的单向通气阀门结构剖视图。
图7是本发明的E-E剖视图。
具体实施方式：
在图1、图2、图3和图4中，地铁列车减震发电装置由两个结构、各项尺寸和工作过程相同的长方形减震发电机构和一个长方形主减振机构构成，两个减震发电机构对称的设置主减振机构的两侧，
两个减震发电机构都由一个长方形箱体、一个长方形高压储气腔、一个压电形变发电机构和多个结构、各项尺寸和工作过程相同的压力储能减震机构构成，
主减振机构由上承压板10、下承压板11、主减震弹簧8-1、主减震弹簧8-2、主减震弹簧8-3和主减震弹簧8-4构成，主减震弹簧8-1、主减震弹簧8-2、主减震弹簧8-3和主减震弹簧8-4设置在上承压板10和下承压板11之间，两个减震发电机构的长方形箱体通过下承压板11连接在一起，
在第一个减震发电机构中，7个压力储能减震机构整齐的安装在长方形箱体9的上部，高压储气腔12安装在长方形箱体9的中部，压电形变发电机构安装在长方形箱体9的下部，
在图1、图2和图3中，第一个压力储能减震机构由气缸活塞1-13、气缸1-14、辅减震弹簧1-15、单向通气阀门1-16和第一行程变换机构构成，辅减震弹簧1-15和气缸活塞1-13设置在气缸1-14内，辅减震弹簧1-15安装在气缸1-14的底部和气缸活塞1-13之间，气缸1-14的底部通过单向通气阀1-16与高压储气腔12相通，
在图6中，第一个压力储能减震机构的单向通气阀门1-16由阀门壳体1-16-1、橡胶塞1-16-2和压力弹簧1-16-3构成，阀门壳体1-16-1的上部设置有阀门进气孔1-16-4，阀门壳体1-16-1的下部设置有阀门出气孔1-16-5，在气缸1-14内的气体作用下，通过压力弹簧1-16-3和橡胶塞1-16-2可打开和关闭阀门进气孔1-16-4，各压力储能减震机构单向通气阀门的结构与单向通气阀门1-16相同，
在图1、图2和图3中，第一行程变换机构由主驱动杆1-1、辅驱动杆1-7、驱动连接杆1-5和活塞连接杆1-11构成，主驱动杆1-1的一端与上承压板10相连接，主驱动杆1-1的中部通过第一连接轴1-2与设置在长方形箱体9上部的第一支撑柱1-3相连接，主驱动杆1-1的另一端通过第二连接轴1-4与驱动连接杆1-5的上端相连接，驱动连接杆1-5的下端通过第三连接轴1-6与辅驱动杆1-7的一端相连接，辅驱动杆1-7的中部通过第四连接轴1-8与安装在长方形箱体9上部的第二支撑柱1-9相连接，辅驱动杆1-7的另一端通过第五连接轴1-10与活塞连接杆1-11的上端相连接，活塞连接杆1-11的下端通过第六连接轴1-12与气缸活塞1-13相连接，
上述各压力储能减震机构的结构、各项尺寸和工作过程与第一压力储能减震机构相同，
在图2、图5和图7中，压电形变发电机构由往复驱动机构一、往复驱动机构二、压电连接杆15和两组压电陶瓷片构成，
第一组压电陶瓷片由压电陶瓷片17-1、压电陶瓷片17-2、压电陶瓷片17-3、压电陶瓷片17-4、压电陶瓷片17-5、压电陶瓷片17-6、压电陶瓷片17-7构成，
第二组压电陶瓷片由压电陶瓷片17-8、压电陶瓷片17-9、压电陶瓷片17-10、压电陶瓷片17-11、压电陶瓷片17-12、压电陶瓷片17-13、压电陶瓷片17-14构成，
往复驱动机构一设置在长方形箱体9的一侧，往复驱动机构二设置在长方形箱体9的另一侧，磁体连接杆15安装在复驱动机构一和往复驱动机构二之间，
在图2、图3和图5中，往复驱动机构一由第一往复驱动气缸13-1、第一往复驱动活塞13-2、第一换气塞13-4、第一换气驱动连杆13-3构成，第一往复驱动活塞13-2设置在第一往复驱动气缸13-1内，第一往复驱动活塞13-2与第一往复驱动气缸13-1轴线相互重合，并且第一往复驱动活塞13-2可以在第一往复驱动气缸13-1内沿着第一往复驱动气缸13-1的轴线方向移动，第一换气驱动连杆13-3的中部沿轴线开有长方形换气驱动孔13-5，第一换气塞13-4的中部穿过换气驱动孔13-5与第一换气驱动连杆13-3相连接，并且第一换气塞13-4的中部可沿着换气驱动孔13-5滑动，第一换气驱动连杆13-3与第一往复驱动活塞13-2轴线相互重合的连接在一起，在第一往复驱动气缸13-1的上部开进气孔13-6，第一往复驱动气缸13-1通过进气孔13-6与高压储气腔12相通，在第一往复驱动气缸13-1的下部开有出气孔13-7，第一往复驱动气缸13-1通过出气孔13-7与第一往复驱动气缸13-1的外部相通，
在图2、图3和图5中，往复驱动机构二由第二往复驱动气缸14-1、第二往复驱动活塞14-2、第二换气塞14-4、第二换气驱动连杆14-3构成，第二往复驱动活塞14-2设置在第二往复驱动气缸14-1内，第二往复驱动活塞14-2和第二往复驱动气缸14-1轴线相互重合，并且第二往复驱动活塞14-2可以在第二往复驱动气缸14-1内沿着第二往复驱动气缸14-1轴线方向滑动，第二换气驱动连杆14-3的中部沿轴线开有长方形换气驱动孔14-5，第二换气塞14-4的中部穿过换气驱动孔14-5与第二换气驱动连杆14-3相连接，并且第二换气塞14-4的中部可沿着换气驱动孔14-5滑动，第二换气驱动连杆14-3与第二往复驱动活塞14-2轴线相互重合的连接在一起，在第二往复驱动气缸14-1的上部开进气孔14-6，第二往复驱动气缸14-1的上部通过进气孔14-6与高压储气腔12相通，在第二往复驱动气缸14-1的下部开出气孔14-7，第二往复驱动气缸14-1的下部通过出气孔14-7与第二往复驱动气缸14-1的外部相通，
在图2中，压电连接杆15的两端分别与第一往复驱动活塞13-2和第二往复驱动活塞14-2相连接，压电连接杆15与第一往复驱动活塞13-2和第二往复驱动活塞14-2的轴线相互重合，第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片的两端都被安装在长方形箱体上,第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片的中部被等距离的安装在压电连接杆15上，压电连接杆15可带动第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片的中部同时同向的沿压电连接杆15的轴线移动，
当地铁列车的振动施加在上承压板10时，列车的一部分压力通过上承压板10传递到主减震弹簧8-1、主减震弹簧8-2、主减震弹簧8-3和主减震弹簧8-4上，列车的另一部分压力通过行程变换机构的主驱动杆1-1、驱动连接杆1-5、辅驱动杆1-7、活塞连接杆1-11和气缸活塞1-13传递到辅减震弹簧1-15和气缸1-14内的空气上，上承压板10的上下移动通过行程变换机构的行程幅度放大，带动气缸活塞1-13压缩气缸1-14内的空气，并通过气缸1-14底部的单向通气阀1-16与将高压气体压入高压储气腔12内，通过上述过程将地铁列车的振动动能转化为高压气体内能并存储在高压储气腔12内，
当进气孔13-6和出气孔14-7打开时，进气孔14-6和出气孔13-7处于关闭状态，高压储气腔12内气体充入第一往复驱动气缸13-1内，推动第一换气驱动连杆13-3、第一往复驱动活塞13-2、压电连接杆15、第二往复驱动活塞14-2和第二换气驱动连杆14-3一起向右运动，并通过压电连接杆15带动第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片向右运动，
当第二换气驱动连杆14-3推动第二换气塞14-4关闭出气孔14-7打开进气孔14-6时，第一换气驱动连杆13-3也同时推动第一换气塞13-4关闭了进气孔13-6打开了出气孔13-7，高压储气腔12内气体充入第二往复驱动气缸14-1内，推动第一换气驱动连杆13-3、第一往复驱动活塞13-2、压电连接杆15、第二往复驱动活塞14-2和第二换气驱动连杆14-3一起向左运动，并通过压电连接杆15带动第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片向左运动，
在高压储气腔12内的高压气体推动下，上述往复运动会不断进行下去，并通过压电连接杆15带动第一组压电陶瓷片和第二组压电陶瓷片按照往复运动的频率震动，两组压电陶瓷片不断的输出交变电流。
Claims (1)
1.一种轴对称气体储能压电变换城市地铁列车减震发电装置，由两个结构、各项尺寸和工作过程相同的长方形减震发电机构和一个长方形主减振机构构成，其特征是：
主减振机构由一个长方形上承压板、一个长方形下承压板和多个主减震弹簧构成，主减震弹簧设置在上承压板和下承压板之间，两个减震发电机构通过下承压板连接在一起，
两个减震发电机构都由一个长方形箱体、一个长方形高压储气腔、一个压电形变发电机构和多个结构、各项尺寸和工作过程相同的压力储能减震机构构成，
在第一个减震发电机构中，压力储能减震机构整齐的安装在长方形箱体的上部，高压储气腔安装在长方形箱体的中部，压电形变发电机构安装在长方形箱体的下部，
当地铁列车的振动施加在上承压板上，列车的一部分压力通过上承压板传递到主减振机构上，列车的另一部分压力对称的分布在位于主减振机构两侧的两个减震发电机构上，上述结构设置即可吸收列车纵向震动，还可减少列车横向振动，
各压力储能减震机构都由一个气缸、一个气缸活塞、一个单向通气阀门、一个辅减震弹簧和一个行程变换机构构成，辅减震弹簧和气缸活塞设置在气缸内，辅减震弹簧安装在气缸的底部和气缸活塞之间，气缸的底部通过单向通气阀与高压储气腔相通，
各压力储能减震机构的单向通气阀门都由一个阀门壳体、一个橡胶塞和一个压力弹簧构成，阀门壳体的上部设置有一个阀门进气孔，阀门壳体的下部设置有一个阀门出气孔，压力弹簧和橡胶塞设置在阀门壳体内部，压力弹簧安装在阀门壳体的底部与橡胶塞之间，在气缸内的气体作用下通过压力弹簧和橡胶塞可打开和关闭阀门进气孔，
各压力储能减震机构的行程变换机构都由一个主驱动杆、一个辅驱动杆、一个驱动连接杆和一个活塞连接杆构成，主驱动杆的一端与上承压板相连接，主驱动杆的中部通过第一连接轴与设置在长方形箱体上部的第一支撑柱相连接，主驱动杆的另一端通过第二连接轴与驱动连接杆的上端相连接，驱动连接杆的下端通过第三连接轴与辅驱动杆的一端相连接，辅驱动杆的中部通过第四连接轴与安装在长方形箱体上部的第二支撑柱相连接，辅驱动杆的另一端通过第五连接轴与活塞连接杆的上端相连接，活塞连接杆的下端通过第六连接轴与气缸活塞相连接，
压电形变发电机构由往复驱动机构一、往复驱动机构二、一个压电连接杆和两组压电陶瓷片构成，
往复驱动机构一由第一往复驱动气缸、第一往复驱动活塞、第一换气塞、第一换气驱动连杆构成，第一往复驱动活塞设置在第一往复驱动气缸内，第一往复驱动活塞和第一往复驱动气缸轴线相互重合，并且第一往复驱动活塞可以在第一往复驱动气缸内沿着第一往复驱动气缸轴线方向滑动，第一换气驱动连杆的中部沿轴线开有一个长方形换气驱动孔，第一换气塞的中部穿过该换气驱动孔与第一换气驱动连杆相连接，并且第一换气塞的中部可沿着该长方形换气驱动孔滑动，第一换气驱动连杆与第一往复驱动活塞轴线相互重合的连接在一起，在第一往复驱动气缸的上部开有一个进气孔，第一往复驱动气缸的上部通过该进气孔与高压储气腔相通，在第一往复驱动气缸的下部开有一个出气孔，第一往复驱动气缸的下部通过该出气孔与第一往复驱动气缸外部相通，
往复驱动机构二由第二往复驱动气缸、第二往复驱动活塞、第二换气塞、第二换气驱动连杆构成，第二往复驱动活塞设置在第二往复驱动气缸内，第二往复驱动活塞和第二往复驱动气缸轴线相互重合，并且第二往复驱动活塞可以在第二往复驱动气缸内沿着第二往复驱动气缸轴线方向滑动，第二换气驱动连杆的中部沿轴线开有一个长方形换气驱动孔，第二换气塞的中部穿过该换气驱动孔与第二换气驱动连杆相连接，并且第二换气塞的中部可沿着该长方形换气驱动孔滑动，第二换气驱动连杆与第二往复驱动活塞轴线相互重合的连接在一起，在第二往复驱动气缸的上部开有一个进气孔，第二往复驱动气缸的上部通过该进气孔与高压储气腔相通，在第二往复驱动气缸的下部开有一个出气孔，第二往复驱动气缸的下部通过该出气孔与第二往复驱动气缸外部相通，
压电连接杆的两端分别与第一往复驱动活塞和第二往复驱动活塞相连接，压电连接杆与第一往复驱动活塞和第二往复驱动活塞的轴线相互重合，两组压电陶瓷片的两边被安装在长方形箱体上，两组压电陶瓷片的中部分别被等距离的安装在压电连接杆上面和下面，压电连接杆可带动两组压电陶瓷片的中部同时同向的沿压电连接杆的轴线移动。
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2015
- 2015-09-02 CN CN201510558188.6A patent/CN105134531A/zh active Pending
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151209 |