CN205029576U - 弹性储能压电形变能量交换装置 - Google Patents

Abstract

一种弹性储能压电形变能量交换装置，由一个大箱体、一个行程变换机构、一个弹性储能机构和一个机电转换机构构成，该装置可将列车运行中的震动动能转化为电能，为铁路远程监控设备提供能量，在无动力无电源的环境中，可实现铁路安全运营的长期稳定的远程监控。

Description

弹性储能压电形变能量交换装置

技术领域：

本实用新型涉及一种质能转换技术，特别是一种弹性储能压电形变能量交换装置，该装置通过弹性形变储能和机电转换将铁路列车质量的震动动能转换为电能，为设置在铁路线路上的安全远程监测设备提供电能。

背景技术：

地铁是交通运输中重要的基础设施，是社会经济正常运行的必要基础，随着京津、京沪、武广、沪杭、沪宁等高速铁路建设开通，我国已经跨入了高铁时代，在高速铁路建设不断向前推进时，保障铁路运营的安全也受到极高的关注，采取有效的远距离、大范围、无障碍、不间断、多功能昼夜监控成为铁路管理部门需要实施的一个问题，

铁路运营远程监测可分为机车运行状态远程监控和铁路线路状况远程监控，铁路线路状况远程监控可以为铁路运营提供铁路路况、突发事故、山体滑坡、桥区安全、隧道安全、机车安全等远程监控信息，为了确保铁路运营安全，线路状况远程监控设备必须24小时全天候昼夜运行，

然而，远程监控设备大多设在的偏远山区，即远离城市也远离国家电网，不能利用国家电网提供能量，同时利用储电设备提供能量又需要人力经常观察和定期更换储电设备，不能及时的观察和更换储电设备，也会使远程监控设备无法正常工作，为铁路运营带来安全隐患，

因此，为远程监控设备的正常运行提供不间断的充足的能量，是保障铁路线路状况远程监控急需解决的一个问题，列车行驶中几百吨质量震动动能是十分巨大的，将这部分能量提取出来，就可以不间断的为远程监控设备的正常运行提供能量，

实用新型内容:

为了将列车行驶中大质量的震动动能提取出来，将质量的震动动能转换电能，为线路状况远程监控设备提供能量，本实用新型提出了一种弹性储能压电形变能量交换装置，它可将列车运行中的震动动能转化为电能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：由一个大箱体、一个行程变换机构、一个弹性储能机构和一个机电转换机构构成的质能转换装置，行程变换机构设置在大箱体的上端，弹性储能机构和机电转换机构设置在大箱体内，

行程变换机构由一个主驱动杆、一个辅驱动杆、一个驱动连接杆、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，主驱动杆的一端设置在一条铁轨的下方，主驱动杆的中部通过第一连接轴与设置在大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大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的上端相连接，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大箱体的下面，弹簧座安装在辅驱动杆的下面，摆动弹簧设置在长齿条上端和弹簧座之间，

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，

弹性储能机构由一个主驱动齿轮、一个辅驱动齿轮、一个辅驱动齿轮套管、一个转向控制器、一个蜗卷弹簧、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大箱体上，

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，

机电转换机构由一个往复运动驱动杆、一个驱动滑块、压电陶瓷片、第一连接板和第二连接板构成，

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，驱动滑块的上端设置在压电陶瓷片的中部，压电陶瓷片的两端分别通过第一连接板和第二连接板安装在大箱体上，

当列车的振动通过铁轨施加在主驱动杆的一端时，列车的振动通过行程变换机构的主驱动杆、驱动连接杆、辅驱动杆、长齿条传递到各弹性储能机构的主驱动齿轮上，列车的振动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振动，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，将列车的振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振动，上述振动不断的进行下去，压电陶瓷片的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振动动能转化为电能。

本实用新型的有益效果是：通过行程变换机构、弹性储能机构和机电转换机构构成的质能转换装置，可将列车的振动动能转化电能，为线路状况远程监控设备提供能量，即节约了能源，又可使位于偏远山区远程监控设备在无人管理的情况长期自动运行。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构剖视图。

图2是本实用新型的A-A剖视图。

图3是本实用新型的B-B剖视图。

图4是本实用新型的C-C剖视图。

图5是本实用新型的D-D剖视图。

图6是本实用新型的E-E剖视图。

具体实施方式：

在图1中，一个由大箱体4、行程变换机构、弹性储能机构和机电转换机构构成的质能转换装置，行程变换机构设置在大箱体4的上端，弹性储能机构和机电转换机构设置在大箱体4内，

在图1中，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与设置在大箱体4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与安装在大箱体4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1-11的上端相连接，

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安装在大箱体4的下面，弹簧座1-15安装在辅驱动杆1-7的下面，摆动弹簧1-16设置在长齿条1-11上端和弹簧座1-15之间，

在图5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1、图2、图3和图4中，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3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，

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，

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1-13-1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1-13-1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1和图6中，机电转换机构由一个往复运动驱动杆2-11、一个驱动滑块2-13、压电陶瓷片2-14、第一连接板2-15-1和第二连接板2-15-2构成，

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的上端设置在压电陶瓷片2-14的中部，压电陶瓷片2-14的两端分别通过第一连接板2-15-1和第二连接板2-15-2安装在大箱体4上，

当列车的振动通过铁轨施加在主驱动杆1-1的一端时，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、长齿条1-11传递到弹性储能机构的主驱动齿轮2-1上，通过行程变换机构的行程幅度放大，带动长齿条1-11大幅度的上下振动，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，将列车的振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，并通过驱动滑块2-13带动并通过驱动滑块2-13带动压电陶瓷片2-14大幅度的振动，上述振动不断的进行下去，压电陶瓷片2-14的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振动动能转化为电能。

Claims (1)

1.一种弹性储能压电形变能量交换装置，由一个大箱体、一个行程变换机构、一个弹性储能机构和一个机电转换机构构成，行程变换机构设置在大箱体的上端，弹性储能机构和机电转换机构设置在大箱体内，其特征是：行程变换机构由一个主驱动杆、一个辅驱动杆、一个驱动连接杆、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，主驱动杆的一端设置在一条铁轨的下方，主驱动杆的中部通过第一连接轴与设置在大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大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的上端相连接，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大箱体的下面，弹簧座安装在辅驱动杆的下面，摆动弹簧设置在长齿条上端和弹簧座之间，

弹性储能机构由一个主驱动齿轮、一个辅驱动齿轮、一个辅驱动齿轮套管、一个转向控制器、一个蜗卷弹簧、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大箱体上，

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，

机电转换机构由一个往复运动驱动杆、一个驱动滑块、压电陶瓷片、第一连接板和第二连接板构成，

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，驱动滑块的上端设置在压电陶瓷片的中部，压电陶瓷片的两端分别通过第一连接板和第二连接板安装在大箱体上。