CN112412719A - 一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统。当汽车驶过该装置时，活塞在车轮作用下向下运动，油腔的油液在压力作用下从单向阀流出，流入蓄能器，进而带动发电装置发电。采用回位弹簧与液压缸连接实现减速带自动回位，多次发电高效回收利用能量；建模分析减速带区域，合理分配液压缸位置，极大地提高了回收减速带能量的效率。
Description
技术领域
本发明涉及液压发电领域，特别是涉及一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统。
背景技术
近年来，能量回收技术越来越受到国内外研究人员的重视，为了实现对车辆通过公路减速带时的振动能量进行回收，在技术路线上主要有四种方法：电磁采集、液压采集、机械采集和压电采集。
1)电磁采集是指利用管式永磁直线电机作为回收减速带振动能量的换能器，主要难点在直线电机设计以及电能收集储存电路的设计上，工程应用难度大，且成本较高。
2)压电采集回收原理是车辆驶过路面，路面发生振动，装置的质量块随之振动，压电效应使振动转化为电能。这一发明的特点是将压电材料制成蛇形以获得更高振动能量。此装置，技术难度较高；整个系统成本较高，并且需要对路面（沥青或者水泥）进行改造，装置铺设难度较大。
3)机械采集该装置的特点是利用机械运动整流器（MMR），将车辆下压减速带时向下和向上的直线运动都转化为轴的单向旋转运动，随后轴通过齿轮箱增速，带动发电机发电。与减速带装配后要求精度高，且减速带经常受到冲击，使得机械系统长期工作在恶劣环境下，抗冲击可靠性低，寿命较低。
4)液压采集是指当汽车驶过该装置时，活塞在车轮作用下向下运动，油腔的油液在压力作用下从单向阀流出，流入蓄能器，进而带动发电装置发电。其能量损失主要是流体在液压元件和管道中流动以及液体泄露导致的压力损失，目前存在的问题是装置通过液压泵换能，利用液压马达带动发电机旋转发电，但是该装置是单向连续式回收能量，能量回收效率低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于减速带能量回收的车库入口自运行系统。
本发明所采用的技术方案是：当汽车驶过该装置时，活塞在车轮作用下向下运动，挤压缸内流体，腔体的流体在压力作用下从容器中流出，通过管道流经马达，进而带动发电装置发电。随后流体通过管道重新回到腔体进行补给，以备下一次发电。与现有技术相比，本发明的有益效果是采用回位弹簧与液压缸连接实现减速带自动回位，使流体自动回到腔体，高效回收利用能量；
与现有技术相比，本发明的有益效果是减速带分区域安置液压缸，计算车辆通过高频区，极大地提高了回收减速带能量的效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是采用蓄电池与发电机连接，发电机与用电装置连接，保证用电装置正常工作情况下多余电量可储存在蓄电池中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是采用红外测温枪与发电机连接，安置在栅栏口，记录并分析体温数据，实现与防疫自动化的结合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是红外传感器自动感温转换成电信号，放大器将放大的电信号传输到A/D转换器，使其转换成数字信号传输到单片机，最后实现数据分析与报警功能。
附图说明
图1为系统内部结构图；
图2为液压缸内部结构图；
图3为车速与车轮最大加速度关系图；
图4为发电机结构图；
图5为液压马达结构图；
图6为蓄能器结构图；
图7为测温系统电路图；
图8为测温系统原理图。
图9为整个系统应用场景的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，通过建模分析与计算得出汽车轮胎压过减速带的高概率区域，在其正下方放置活塞传递压力，活塞与油缸为一体。弹簧安置在油缸顶部。油液流经的管道口安装一个液压马达，液压马达与发电机连接，发电机与抬杆系统、蓄电池连接。
活塞与油缸部分如图2，考虑到活塞的平衡性问题，我们将装置分成两部分，将活塞安置在轮胎压过的高频区。
又考虑到减速带高低不平问题，我们设计成个体循环结构，把油缸分成上下部分，当活塞被挤压时，下部分的流体被压到蓄能器，经过流量控制阀门和液压马达流到油缸上部分，当弹簧复位，活塞反向运动时，流体又原路返回，再次进行发电。
液压缸的结构尺寸受制于最大负载和工作压力。首先，我们分析最大负载，减速带受到的最大载荷压力计算公式为：
根据城市公路限速标准，合理设计、布置减速带可以使得绝大多数车辆经过减速带的车速为10~20km/h，以此车速为研究对象，结合文献给出的车辆经过减速带时车速与车轮最大加速度的关系，可得到关系图如图3。
由图3可知，车轮最大加速度先增后减，则减速带对车辆的作用随着车速增加也呈现先增后减的趋势。结合本项目减速带规格（3m*0.35m*0.1m），代入*式可得：在过减速带最大车速30km/h处车辆对减速带的最大负载Fmax=400kN；因此选择中低压力范围，则最大压力为4MPa。
液压缸的工作腔直径：
由式
计算得出D=252mm
由于项目中车辆并非直接作用于液压系统，而是活塞传动，且弹簧会消耗部分能量。所以实际直接作用于液压系统的力小于Fmax，则液压缸直径选择250mm。
由液压缸工作状况可知，液压缸主要受压作用，所以根据计算公式(1)，活塞杆直径d=0.5~0.7D，综上d选择125mm。
式中：
为屈服强度；n为安全系数。
对选择的活塞杆直径进行校验：液压杆材料选择45#钢。45#钢对应的材料屈服强度不小于335MPa。又由于液压缸受冲击力，取较大的安全系数10。代入（1）式可以得到活塞直径d需要大于87.2mm，则之前选取的直径125mm是合适的。
由于减速带形变最大行程限制为100mm，则液压缸活塞的最大行程应大于100mm，根据国家标准，选择最大行程为120mm。
由于本项目中液压缸将受到冲击载荷，所以采用厚壁计算公式：
式中：pa为液压缸试验压力（Pa）；σb为许用应力（Pa）。
经计算：液压缸壁厚必须大于5.8mm，为制造方便，取液压缸壁厚为6mm。
如图4发电机选择Y80M1-4型号，输出功率550W，额定转速1390r/min，效率73％，功率因数0.76。
如图5液压马达选择双作用叶片式液压马达。选取型号为YM-40叶片式液压马达，理论排量43ml/r，连续时最高压力为15.5MPa，断续时最高压力为17.5MPa，转矩范围为108.5~122.5Nm，转速范围100~2200r/min，重量20kg左右，容积效率90%，总效率70%。根据参数可计算出额定压力下，输出转矩为110Nm时符合要求，
排量为：
；
额定流量为：
如图6蓄能器型号选择NxQ
-L16型囊式蓄能器（螺纹连接），公称容积16L，公称压力31.5MPa。
蓄能器有效工作容积
。其中，V0为蓄能器的容积(L)，Vx为蓄能器的有效工作容积(L)；P1为系统最高工作压力(MPa)；P2为系统最低工作压力(MPa)；P0为蓄能器充气压力(MPa)，做液体补充装置时，P0=P1；n为多变指数，隔热时n=1.4。
储存的液压约为6.12L，相对于额定流量50.03L/min，完全释放能量需要大约7.34s，这期间带动电动机正常工作下所产生的电能W=7.34×550=4037J。一辆车经过大约产生16KJ的电能。
由于液压发电装置产生的原始电流是不稳定的交流电，需要将其转换为稳定的直流电或交流电才能储存和使用。所以我们采用图7中的电路对原始电流进行处理。
Claims (6)
1.一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：当汽车驶过该装置时，活塞在车轮作用下向下运动，挤压缸内流体，腔体的流体在压力作用下从容器中流出，通过管道流经马达，进而带动发电装置发电；
随后流体通过管道重新回到腔体进行补给，以备下一次发电。
2.根据权利要求1一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于所述的于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：采用蓄电池与发电机连接，发电机与用电装置连接，保证用电装置正常工作情况下多余电量可储存在蓄电池中。
3.根据权利要求1一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于所述的于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：采用回位弹簧装置实现减速带自动回位，流体反复流经马达实现多次发电。
4.根据权利要求1一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于所述的于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：减速带分区域安置液压缸，计算车辆通过高频区，极大地提高了回收减速带能量的效率。
5.根据权利要求1一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于所述的于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：采用红外测温枪与发电机连接，安置在栅栏口，最后通过装置收集数据并分析报警。
6.根据权利要求1一种基于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于所述的于减速带能量回收的车库入口自运行系统，其特征在于：红外传感器自动感温转换成电信号，放大器将放大的电信号传输到A/D转换器，使其转换成数字信号传输到单片机，最后实现数据分析与报警功能。
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| CN (1) | CN112412719A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114662193A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-24 | 常州工学院 | 基于多源数据融合的减速带振动能量回收性能评价方法 |
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2020
- 2020-10-28 CN CN202011176145.9A patent/CN112412719A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114662193A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-06-24 | 常州工学院 | 基于多源数据融合的减速带振动能量回收性能评价方法 |
| CN114662193B (zh) * | 2022-03-22 | 2023-10-13 | 常州工学院 | 基于多源数据融合的减速带振动能量回收性能评价方法 |
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