轨道扣件处振动能量收集装置研究
发布时间：2020-12-29 01:29
随着化石能源等不可再生的传统型能源不断被开采利用,能源变得越来越紧缺,因此各国学者都投入到新型能源的开发中,但目前使用较为广泛的太阳能、风能等新型能源易受到环境、天气以及地域等诸多方面的限制,因此越来越多的学者开始对生活中最普遍的振动能进行研究,尤其是振动能量巨大的铁路轨道处;另一方面也可以将收集到的电能为轨道两侧的无线传感器等设备供电。为了收集轨道处的振动能量,学者们以采用压电、电磁和磁致伸缩技术为主,但通过研究发现,同样的装置安装在轨道不同位置时转换的电能大小是不同的,即安装位置也起到一定作用。于是对目前各国学者研制的安装在轨道钢轨、轨枕各个位置处的能量收集装置进行研究以及优缺点对比,确定本文所设计的能量收集装置安装在直接承受较大载荷以及结构较为简单的扣件处,使用磁致伸缩材料进行能量转换。以下为研究的几个方面:首先对钢轨进行受力分析,搭建出钢轨-扣件的振动微分方程,并采用校正积分法运用MATLAB软件求解出其中的扣件支反力,结果为最大值为30kN;选择磁致伸缩材料中的Galfenol作为能量转换材料并引入其特性,在Armstrong模型的基础上结合维拉里（Villari）效应,并根...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 轨道处振动能量收集装置的研究现状
1.2.1 钢轨处的振动能量收集装置
1.2.2 轨枕顶部的振动能量收集装置
1.2.3 轨枕底端的振动能量收集装置
1.3 轨道振动能量收集装置选择
1.4 论文主体思想和具体章节安排
1.4.1 论文主体思想
1.4.2 论文章节内容安排
第二章 钢轨-扣件-能量收集装置耦合振动模型
2.1 钢轨—扣件振动微分方程建立
2.2 钢轨—扣件振动微分方程数值求解
2.3 扣件—能量收集装置数学模型的建立
2.3.1 磁致伸缩材料的特性与种类选择
2.3.2 磁致伸缩材料Galfenol的维拉里效应
2.3.3 磁致伸缩材料Galfenol的磁滞特性
2.3.4 磁致伸缩材料Galfenol的Armstrong模型
2.4 钢轨-扣件-能量收集装置耦合振动模型的建立
2.5 本章小结
第三章 轨道扣件处振动能量收集装置设计
3.1 钢轨-扣件-能量收集装置的整体结构设计
3.2 扣件处的能量收集装置的优化设计
3.2.1 磁致伸缩材料Galfenol薄片的安装位置选择
3.2.2 施加偏置磁场的设计
3.2.3 线圈骨架的设计
3.2.4 感应线圈的设计
3.2.5 导磁外壳的设计以及永磁体安装位置选择
3.2.6 外部电路的设计
3.3 扣件处的能量收集装置的仿真分析
3.3.1 输出感应电动势的仿真分析
3.3.2 输出功率的仿真分析
3.4 本章小结
第四章 轨道扣件处振动能量收集装置实验研究
4.1 轨道扣件处振动能量收集装置样机制作
4.2 实验平台搭建
4.2.1 实验原理
4.2.2 实验仪器以及实验思路介绍
4.3 实验研究与结果分析
4.4 总结
第五章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 论文创新点
5.3 论文不足与展望
致谢
参考文献
附录一
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动能量收集技术的研究现状与发展趋势[J]. 刘成龙,孟爱华,陈文艺,李厚福,宋红晓. 装备制造技术. 2013(12)
[2]超磁致伸缩材料磁滞建模方法国内外研究现状评述[J]. 王彬,屈稳太,邬义杰,刘孝亮,彭黄湖. 功能材料. 2013(16)
[3]超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术[J]. 王博文,曹淑瑛,黄文美,孙英. 河北工业大学学报. 2013(01)
[4]电磁型振动能量收集器研究及发展现状[J]. 陈勇,丁杰雄. 微纳电子技术. 2012(08)
[5]微型压电能量收集器的研究现状和发展趋势[J]. 陈定方,孙科,李立杰,杨艳芳,梅杰. 湖北工业大学学报. 2012(04)
[6]钕铁硼永磁材料的性能及研究进展[J]. 胡文艳. 现代电子技术. 2012(02)
[7]微机电系统(MEMS)技术及发展趋势[J]. 王亚珍,朱文坚. 机械设计与研究. 2004(01)
[8]无线传感器网络[J]. 任丰原,黄海宁,林闯. 软件学报. 2003(07)
[9]稀土超磁致伸缩材料的研究[J]. 黎文献,余琨,谭敦强,马正青,陈鼎. 矿冶工程. 2000(03)
[10]非线性结构动力分析的Newmark预测-校正积分模式[J]. 翟婉明. 计算结构力学及其应用. 1990(02)
博士论文
[1]基于车辆动态响应的轨道不平顺智能感知算法研究[D]. 史红梅.北京交通大学 2013
[2]超磁致伸缩换能器滞回非线性模型的研究[D]. 郑加驹.天津大学 2009
[3]新型Fe-Ga磁致伸缩合金物性研究[D]. 徐世峰.吉林大学 2008
硕士论文
[1]基于车辆运行的轨道振动能量回收系统研究[D]. 袁天辰.上海工程技术大学 2014
[2]基于无线传感器网络的列车跟踪研究[D]. 朱琎.兰州交通大学 2013
[3]基于列车运动的轨道与地面振动能量回收机理研究[D]. 汪杰.上海工程技术大学 2011
本文编号：2944736
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 轨道处振动能量收集装置的研究现状
1.2.1 钢轨处的振动能量收集装置
1.2.2 轨枕顶部的振动能量收集装置
1.2.3 轨枕底端的振动能量收集装置
1.3 轨道振动能量收集装置选择
1.4 论文主体思想和具体章节安排
1.4.1 论文主体思想
1.4.2 论文章节内容安排
第二章 钢轨-扣件-能量收集装置耦合振动模型
2.1 钢轨—扣件振动微分方程建立
2.2 钢轨—扣件振动微分方程数值求解
2.3 扣件—能量收集装置数学模型的建立
2.3.1 磁致伸缩材料的特性与种类选择
2.3.2 磁致伸缩材料Galfenol的维拉里效应
2.3.3 磁致伸缩材料Galfenol的磁滞特性
2.3.4 磁致伸缩材料Galfenol的Armstrong模型
2.4 钢轨-扣件-能量收集装置耦合振动模型的建立
2.5 本章小结
第三章 轨道扣件处振动能量收集装置设计
3.1 钢轨-扣件-能量收集装置的整体结构设计
3.2 扣件处的能量收集装置的优化设计
3.2.1 磁致伸缩材料Galfenol薄片的安装位置选择
3.2.2 施加偏置磁场的设计
3.2.3 线圈骨架的设计
3.2.4 感应线圈的设计
3.2.5 导磁外壳的设计以及永磁体安装位置选择
3.2.6 外部电路的设计
3.3 扣件处的能量收集装置的仿真分析
3.3.1 输出感应电动势的仿真分析
3.3.2 输出功率的仿真分析
3.4 本章小结
第四章 轨道扣件处振动能量收集装置实验研究
4.1 轨道扣件处振动能量收集装置样机制作
4.2 实验平台搭建
4.2.1 实验原理
4.2.2 实验仪器以及实验思路介绍
4.3 实验研究与结果分析
4.4 总结
第五章 总结与展望
5.1 论文总结
5.2 论文创新点
5.3 论文不足与展望
致谢
参考文献
附录一
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动能量收集技术的研究现状与发展趋势[J]. 刘成龙,孟爱华,陈文艺,李厚福,宋红晓. 装备制造技术. 2013(12)
[2]超磁致伸缩材料磁滞建模方法国内外研究现状评述[J]. 王彬,屈稳太,邬义杰,刘孝亮,彭黄湖. 功能材料. 2013(16)
[3]超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术[J]. 王博文,曹淑瑛,黄文美,孙英. 河北工业大学学报. 2013(01)
[4]电磁型振动能量收集器研究及发展现状[J]. 陈勇,丁杰雄. 微纳电子技术. 2012(08)
[5]微型压电能量收集器的研究现状和发展趋势[J]. 陈定方,孙科,李立杰,杨艳芳,梅杰. 湖北工业大学学报. 2012(04)
[6]钕铁硼永磁材料的性能及研究进展[J]. 胡文艳. 现代电子技术. 2012(02)
[7]微机电系统(MEMS)技术及发展趋势[J]. 王亚珍,朱文坚. 机械设计与研究. 2004(01)
[8]无线传感器网络[J]. 任丰原,黄海宁,林闯. 软件学报. 2003(07)
[9]稀土超磁致伸缩材料的研究[J]. 黎文献,余琨,谭敦强,马正青,陈鼎. 矿冶工程. 2000(03)
[10]非线性结构动力分析的Newmark预测-校正积分模式[J]. 翟婉明. 计算结构力学及其应用. 1990(02)
博士论文
[1]基于车辆动态响应的轨道不平顺智能感知算法研究[D]. 史红梅.北京交通大学 2013
[2]超磁致伸缩换能器滞回非线性模型的研究[D]. 郑加驹.天津大学 2009
[3]新型Fe-Ga磁致伸缩合金物性研究[D]. 徐世峰.吉林大学 2008
硕士论文
[1]基于车辆运行的轨道振动能量回收系统研究[D]. 袁天辰.上海工程技术大学 2014
[2]基于无线传感器网络的列车跟踪研究[D]. 朱琎.兰州交通大学 2013
[3]基于列车运动的轨道与地面振动能量回收机理研究[D]. 汪杰.上海工程技术大学 2011
本文编号：2944736
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2944736.html
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