CN105201763B - 轴对称弹性形变储能压电变换城市地铁列车减震发电装置 - Google Patents

Abstract

一种轴对称弹性形变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

轴对称弹性形变储能压电变换城市地铁列车减震发电装置

技术领域

本发明涉及一种地铁列车减震发电应用技术，特别是一种轴对称弹性形变储能压电变换城市地铁列车减震发电装置，该装置通过共振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, 提出了一种轴对称弹性形变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震机构构成，两个减震发电机构对称的设置在主减震机构的两侧，

主减震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，

两个减震发电机构都由一个长方形箱体和多个结构、各项尺寸和工作过程相同的弹簧储能二次减震机构构成，两个减震发电机构通过下承压板连接在一起，

各弹簧储能二次减震机构都由一个行程变换机构、两个弹性储能机构和两个机电转换机构构成，行程变换机构设置在长方形箱体的上端，两个弹性储能机构和两个机电转换机构设置在长方形箱体内，两个弹性储能机构和两个机电转换机构对称的位于行程变换机构的下方，

两个弹性储能机构的结构、各项尺寸和工作过程相同，两个机电转换机构的结构、各项尺寸和工作过程相同，

地铁列车的震 动施加在上承压板，列车的一部分压力通过上承压板传递到主减震机构上，列车的另一部分压力对称的分布在位于主减震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，还可减少列车横向震 动，

各弹簧储能二次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、长齿条连接板、一个长齿条、一个弹簧杆、一个弹簧杆连接柱、一个摆动弹簧和一个弹簧座构成，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长齿条连接板的中部相连接，

长齿条的上端通过齿条连接轴安装在长齿条连接板的下面，弹簧座安装在长齿条连接板的下面，摆动弹簧设置在长齿条的上端和弹簧座之间，

长齿条的下端通过第六连接轴与弹簧杆的上端相连接，弹簧杆的下端通过第七连接轴与弹簧杆连接柱相连接，弹簧杆连接柱安装在长方形箱体的下面，

弹簧杆由一个外弹簧帽、一个内弹簧帽、一个内弹簧、外帽连接杆和内帽连接杆构成，

外弹簧帽扣在内弹簧帽上，内弹簧设置在内弹簧帽内，外帽连接杆与外弹簧帽相连接，内帽连接杆与内弹簧帽相连接，

各弹簧储能二次减震机构的两个弹性储能机构都由一个主驱动齿轮、一个辅驱动齿轮、一个辅驱动齿轮套管、一个转向控制器、蜗卷弹簧、第一塔齿轮、第二塔齿轮构成，

第一驱动轴、第二驱动轴和第三驱动轴相互平行的固定安装在长方形箱体上，

转向控制器内设置有第一推力弹簧、第二推力弹簧、第一转向控制齿和第二转向控制齿，第一推力弹簧和第一转向控制齿串接在转向控制器的上端，第二推力弹簧和第二转向控制齿串接在转向控制器的下端，

第一驱动轴穿过主驱动齿轮中心所开圆孔与主驱动齿轮光滑的相连接，主驱动齿轮可绕第一驱动轴转动，

转向控制器设置在主驱动齿轮一侧，转向控制器的中部固定安装在第一驱动轴上，转向控制器的转向控制齿从转向控制器上下两端伸出并与主驱动齿轮的内齿弹性的相啮合，

转向控制器可控制主驱动齿轮单方向转动，

辅驱动齿轮套管穿过辅驱动齿轮中心所开圆孔与辅驱动齿轮轴线相互重合的固定安装在辅驱动齿轮的中心位置上，辅驱动齿轮套管可转动的套在第一驱动轴上，

蜗卷弹簧安装在主驱动齿轮另一侧，蜗卷弹簧的一端通过第一插销固定安装在主驱动齿轮的内侧，蜗卷弹簧的另一端通过第二插销固定安装在辅驱动齿轮套管上，

长齿条的中部通过弹簧杆与主驱动齿轮弹性的相啮合，长齿条向下运动时长齿条的中部可在弹簧杆推动下与主驱动齿轮弹性的相啮合，长齿条向上运动时长齿条的中部可在摆动弹簧的推动下与主驱动齿轮脱开，

第一塔齿轮可转动的安装在第二驱动轴上，第二塔齿轮可转动的安装在第三驱动轴上，辅驱动齿轮与第一塔齿轮的小齿轮相啮合，第一塔齿轮的大齿轮与第二塔齿轮的小齿轮相啮合，第四驱动轴固定安装在第二塔齿轮的大齿轮边缘上，第四驱动轴与第二塔齿轮垂直，

各弹簧储能二次减震机构的两个机电转换机构都由一个往复运动驱动杆、一个驱动滑块、一个压电陶瓷片、第一个连接板、第二个连接板和支撑架构成，

第一个连接板和第二个连接板安装在支撑架上，支撑架安装在长方形箱体上，压电陶瓷片的一端连接在第一个连接板上，压电陶瓷片的另一端连接在第二个连接板上，往复运动驱动杆的一端可转动的安装在第四驱动轴上，往复运动驱动杆的另一端通过第五驱动轴可转动的安装在驱动滑块的下端，驱动滑块与压电陶瓷片的中部相连接，

当地铁列车的震 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弹簧储能二次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、长齿条连接板和长齿条传递到各弹性储能机构的主驱动齿轮上，上承压板的上下移动幅度通过行程变换机构的行程幅度放大，带动长齿条大幅度的上下震 动，并通过长齿条、弹簧杆、摆动弹簧和转向控制器带动主驱动齿轮单向转动旋紧蜗卷弹簧，将地铁列车的震 动动能转化为蜗卷弹簧的弹性势能存储在蜗卷弹簧中，

蜗卷弹簧通过辅驱动齿轮套管驱动辅驱动齿轮转动，并通过辅驱动齿轮、第一塔齿轮、第二塔齿轮和往复运动驱动杆带动驱动滑块上下移动，并通过驱动滑块带动压电陶瓷片大幅度的上下震 动，上述震 动不断的进行下去，压电陶瓷片两个电极不断的输出交变电流，通过上述过程将地铁列车的震 动动能转化为电能，

本发明的有益效果是：通过主减震弹簧构成了地铁列车的减震机构，同时通过减震发电机构机构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E-E 剖视图。

图7 是本发明的F-F 剖视图。

图8 是本发明的G-G 剖视图。

图9 是本发明的H-H 剖视图。

具体实施方式：

在图1、图3和图4中，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震机构构成，两个减震发电机构对称的设置主减震机构的两侧，

主减震机构由一个长方形上承压板10、一个长方形下承压板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，两个减震发电机构通过下承压板11 连接在一起，

第一个减震发电机构由7 个设置在长方形箱体9 内的结构、各项尺寸和工作过程相同的弹簧储能二次减震机构构成，各弹簧储能二次减震机构都由一个行程变换机构、两个弹性储能机构和两个机电转换机构构成，

在图1、图2和图3中，第一个弹簧储能二次减震机构的行程变换机构设置在长方形箱体9 的上端，两个弹性储能机构和两个机电转换机构设置在长方形箱体9 内，两个弹性储能机构和两个机电转换机构对称的位于行程变换机构的下方，两个弹性储能机构和两个机电转换机构的结构、各项尺寸和工作过程相同，

第一个弹簧储能二次减震机构的行程变换机构由主驱动杆1-1、驱动连接杆1-5、辅驱动杆1-7、长齿条连接板1-11-1、长齿条1-11、弹簧杆1-13、弹簧杆连接柱5、摆动弹簧1-16和弹簧座1-15 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 与长齿条连接板1-11-1 的中部相连接，

长齿条1-11 的上端通过齿条连接轴1-11-2 安装在长齿条连接板1-11-1 的下面，弹簧座1-15 安装在长齿条连接板1-11-1 的下面，摆动弹簧1-16 设置在长齿条1-11的上端和长齿条连接板1-11-1 之间，

长齿条1-11 的下端通过第六连接轴1-12 与弹簧杆1-13 的上端相连接，弹簧杆1-13的下端通过第七连接轴1-14 与弹簧杆连接柱5 相连接，弹簧杆连接柱5 安装在长方形箱体9 的下面，

在图7中，弹簧杆1-13 由一个外弹簧帽1-13-1、一个内弹簧帽1-13-2、一个内弹簧1-13-3、外帽连接杆1-13-5 和内帽连接杆1-13-4 构成，外弹簧帽1-13-1 扣在内弹簧帽1-13-2 上，内弹簧1-13-3 设置在内弹簧帽1-13-2 内，外帽连接杆1-13-5 与外弹簧帽1-13-1 相连接，内帽连接杆1-13-4 与内弹簧帽1-13-2 相连接，

在图2、图5、图8和图9中，第一个弹簧储能二次减震机构的第一个弹性储能机构由主驱动齿轮2-1、辅驱动齿轮2-16、辅驱动齿轮套管2-18、转向控制器2-3、蜗卷弹簧2-17、第一塔齿轮2-6、第二塔齿轮2-9 构成，

第一驱动轴2-2、第二驱动轴2-4 和第三驱动轴2-7 相互平行的固定安装在长方形箱体9 上，

在图8中，转向控制器2-3 内设置有第一推力弹簧2-3-3、第二推力弹簧2-3-4、第一转向控制齿2-3-1 和第二转向控制齿2-3-2，第一推力弹簧2-3-3 和第一转向控制齿2-3-1 串接在转向控制器2-3 的上端，第二推力弹簧2-3-4 和第二转向控制齿2-3-2 串接在转向控制器2-3 的下端，

第一驱动轴2-2 穿过主驱动齿轮2-1 中心所开圆孔与主驱动齿轮2-1 光滑的相连接，主驱动齿轮2-1 可绕第一驱动轴2-2 转动，

在图5和图8中，转向控制器2-3 设置在主驱动齿轮2-1 一侧，转向控制器2-3 的中部固定安装在第一驱动轴2-2 上，转向控制器2-3 的转向控制齿从转向控制器2-3 上下两端伸出并与主驱动齿轮2-1 的内齿弹性的相啮合，转向控制器2-3 可控制主驱动齿轮2-1 单方向转动，

辅驱动齿轮套管2-18 穿过辅驱动齿轮2-16 中心所开圆孔与辅驱动齿轮2-16 轴线相互重合的固定安装在辅驱动齿轮2-16 的中心位置上，辅驱动齿轮套管2-18 可转动的套在第一驱动轴2-2 上，

在图5和图8中，蜗卷弹簧2-17 安装在主驱动齿轮2-1 另一侧，蜗卷弹簧2-17 的一端通过第一插销2-19 固定安装在主驱动齿轮2-1 的内侧，蜗卷弹簧2-17 的另一端通过第二插销2-20 固定安装在辅驱动齿轮套管2-18 上，

长齿条1-11 的中部通过弹簧杆1-13 与主驱动齿轮2-1 弹性的相啮合，长齿条1-11 向下运动时长齿条1-11 的中部可在弹簧杆1-13 推动下与主驱动齿轮2-1 弹性的相啮合，长齿条1-11 向上运动时长齿条1-11 的中部可在摆动弹簧1-16 的推动下与主驱动齿轮2-1脱开，

第一塔齿轮2-6 可转动的安装在第二驱动轴2-4 上，第二塔齿轮2-9 可转动的安装在第三驱动轴2-7 上，辅驱动齿轮2-16 与第一塔齿轮2-6 的小齿轮相啮合，第一塔齿轮2-6的大齿轮与第二塔齿轮2-9 的小齿轮相啮合，第四驱动轴2-10 固定安装在第二塔齿轮2-9的大齿轮边缘上，第四驱动轴2-10 与第二塔齿轮2-9 垂直，

在图2、图5和图6中，第一个弹簧储能二次减震机构的第一个机电转换机构由往复运动驱动杆2-11、驱动滑块2-13、一个压电陶瓷片2-14、第一连接板2-15-1、第二连接板2-15-2 和支撑架2-27-1 构成，

第一连接板2-15-1 和第二连接板2-15-2 安装在支撑架2-27-1 上，支撑架2-27-1 安装在长方形箱体9 上，压电陶瓷片2-14 的一端连接在第一连接板2-15-1 上，压电陶瓷片2-14 的另一端连接在第二连接板2-15-2 上，往复运动驱动杆2-11 的一端可转动的安装在第四驱动轴2-10 上，往复运动驱动杆2-11 的另一端通过第五驱动轴2-12 可转动的安装在驱动滑块2-13 的下端，驱动滑块2-13 与压电陶瓷片2-14 的中部相连接，

当地铁列车的震 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由主驱动杆1-1、驱动连接杆1-5、辅驱动杆1-7、长齿条连接板和长齿条1-11等构成的行程变换机构传递主驱动齿轮2-1 上，上承压板10 的上下移动幅度通过行程变换机构的行程幅度放大，带动长齿条1-11 大幅度的上下震 动，并通过长齿条1-11、弹簧杆1-13、摆动弹簧1-16 和转向控制器2-3 带动主驱动齿轮2-1 单向转动旋紧蜗卷弹簧2-17，通过主驱动齿轮2-1 的单向转动旋紧蜗卷弹簧2-17 将震 动动能转化为蜗卷弹簧2-17 的弹性势能存储在蜗卷弹簧2-17 中，

蜗卷弹簧2-17 通过辅驱动齿轮套管2-18 驱动辅驱动齿轮2-16 转动，并通过辅驱动齿轮2-16、第一塔齿轮2-6、第二塔齿轮2-9 和往复运动驱动杆2-11 带动驱动滑块2-13 上下移动，驱动滑块2-13 带动压电陶瓷片2-14 大幅度的上下震 动，上述震 动不断的进行下去，

在压电陶瓷片2-14 两个电极不断的输出交变电流，通过上述过程将地铁列车的震 动动能转化为电能，

第一个弹簧储能二次减震机构的第二个弹性储能机构和第二个机电转换机构与第一个弹性储能机构和第一个机电转换机构的结构、各项尺寸和工作过程相同。

Claims (1)

1.一种轴对称弹性形变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震机构构成，其特征是：主减震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，

两个减震发电机构都由一个长方形箱体和多个结构、各项尺寸和工作过程相同的弹簧储能二次减震机构构成，两个减震发电机构通过下承压板连接在一起，

各弹簧储能二次减震机构都由一个行程变换机构、两个弹性储能机构和两个机电转换机构构成，行程变换机构设置在长方形箱体的上端，两个弹性储能机构和两个机电转换机构设置在长方形箱体内，两个弹性储能机构和两个机电转换机构对称的位于行程变换机构的下方，

两个弹性储能机构的结构、各项尺寸和工作过程相同，两个机电转换机构的结构、各项尺寸和工作过程相同，

地铁列车的震 动施加在上承压板，列车的一部分压力通过上承压板传递到主减震机构上，列车的另一部分压力对称的分布在位于主减震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，还可减少列车横向震 动，

各弹簧储能二次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、长齿条连接板、一个长齿条、一个弹簧杆、一个弹簧杆连接柱、一个摆动弹簧和一个弹簧座构成，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长齿条连接板的中部相连接，

长齿条的上端通过齿条连接轴安装在长齿条连接板的下面，弹簧座安装在长齿条连接板的下面，摆动弹簧设置在长齿条的上端和弹簧座之间，

长齿条的下端通过第六连接轴与弹簧杆的上端相连接，弹簧杆的下端通过第七连接轴与弹簧杆连接柱相连接，弹簧杆连接柱安装在长方形箱体的下面，

弹簧杆由一个外弹簧帽、一个内弹簧帽、一个内弹簧、外帽连接杆和内帽连接杆构成，外弹簧帽扣在内弹簧帽上，内弹簧设置在内弹簧帽内，外帽连接杆与外弹簧帽相连接，内帽连接杆与内弹簧帽相连接，

各弹簧储能二次减震机构的两个弹性储能机构都由一个主驱动齿轮、一个辅驱动齿轮、一个辅驱动齿轮套管、一个转向控制器、蜗卷弹簧、第一塔齿轮、第二塔齿轮构成，

第一驱动轴、第二驱动轴和第三驱动轴相互平行的固定安装在长方形箱体上，

转向控制器内设置有第一推力弹簧、第二推力弹簧、第一转向控制齿和第二转向控制齿，第一推力弹簧和第一转向控制齿串接在转向控制器的上端，第二推力弹簧和第二转向控制齿串接在转向控制器的下端，

第一驱动轴穿过主驱动齿轮中心所开圆孔与主驱动齿轮光滑的相连接，主驱动齿轮可绕第一驱动轴转动，

转向控制器设置在主驱动齿轮一侧，转向控制器的中部固定安装在第一驱动轴上，转向控制器的转向控制齿从转向控制器上下两端伸出并与主驱动齿轮的内齿弹性的相啮合，转向控制器可控制主驱动齿轮单方向转动，

辅驱动齿轮套管穿过辅驱动齿轮中心所开圆孔与辅驱动齿轮轴线相互重合的固定安装在辅驱动齿轮的中心位置上，辅驱动齿轮套管可转动的套在第一驱动轴上，

蜗卷弹簧安装在主驱动齿轮另一侧，蜗卷弹簧的一端通过第一插销固定安装在主驱动齿轮的内侧，蜗卷弹簧的另一端通过第二插销固定安装在辅驱动齿轮套管上，

长齿条的中部通过弹簧杆与主驱动齿轮弹性的相啮合，长齿条向下运动时长齿条的中部可在弹簧杆推动下与主驱动齿轮弹性的相啮合，长齿条向上运动时长齿条的中部可在摆动弹簧的推动下与主驱动齿轮脱开，

第一塔齿轮可转动的安装在第二驱动轴上，第二塔齿轮可转动的安装在第三驱动轴上，辅驱动齿轮与第一塔齿轮的小齿轮相啮合，第一塔齿轮的大齿轮与第二塔齿轮的小齿轮相啮合，第四驱动轴固定安装在第二塔齿轮的大齿轮边缘上，第四驱动轴与第二塔齿轮垂直，

各弹簧储能二次减震机构的两个机电转换机构都由一个往复运动驱动杆、一个驱动滑块、一个压电陶瓷片、第一个连接板、第二个连接板和支撑架构成，

第一个连接板和第二个连接板安装在支撑架上，支撑架安装在长方形箱体上，压电陶瓷片的一端连接在第一个连接板上，压电陶瓷片的另一端连接在第二个连接板上，往复运动驱动杆的一端可转动的安装在第四驱动轴上，往复运动驱动杆的另一端通过第五驱动轴可转动的安装在驱动滑块的下端，驱动滑块与压电陶瓷片的中部相连接。