【摘要】：隨著環(huán)境污染的加重,發(fā)展新能源已經(jīng)成為我國推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的現(xiàn)實(shí)需求;另一方面,隨著減速帶的廣泛使用,汽車通過減速帶時所產(chǎn)生的大量振動能未被合理利用。減速帶振動能量捕獲器能將這部分振動能進(jìn)行收集并轉(zhuǎn)化成電能,代替?zhèn)鹘y(tǒng)供電方式為小型用電設(shè)備提供可持續(xù)電源,能夠帶來良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。目前減速帶振動能量捕獲器多采用線性系統(tǒng)進(jìn)行能量捕獲,工作帶寬很窄,發(fā)電效率較低。本文以提高減速帶振動能量捕獲器的發(fā)電效率為目標(biāo),提出了一種新型的雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器,采用理論建模和數(shù)值仿真的方法,深入研究了不同激勵條件下雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)的動力學(xué)特性。主要研究工作如下:根據(jù)車輛振動的簡化模型,建立了車輛一減速帶系統(tǒng)和雙穩(wěn)態(tài)發(fā)電系統(tǒng)的力學(xué)模型。在1/4和1/2車輛模型下,研究了減速帶形狀對系統(tǒng)的平均輸出功率及動力學(xué)響應(yīng)的影響,得到了最優(yōu)減速帶形狀;研究了車型對系統(tǒng)輸出功率及動力學(xué)響應(yīng)的影響,得出雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)的發(fā)電量隨著車重的增加而增大。同時研究了負(fù)載電阻對系統(tǒng)輸出功率的影響,得到了最優(yōu)負(fù)載電阻。研究了車型和車速分別符合正態(tài)隨機(jī)分布時,均值和方差對雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)均方根功率的影響。在車輛類型呈正態(tài)分布時,研究了質(zhì)量均值對系統(tǒng)均方根功率的影響,得出激勵頻率不變,激勵幅值越大,發(fā)電性能越好;通過分析質(zhì)量方差對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響,得出質(zhì)量方差越大,激勵幅值變化越大,大型車輛增多,發(fā)電量增大。在車速服從正態(tài)分布時,研究了車速均值和方差對系統(tǒng)均方根功率的影響,得到了系統(tǒng)具有較好發(fā)電效果的車速范圍。在車型和車速同時符合正態(tài)分布的基礎(chǔ)上,研究均值和方差對雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)發(fā)電性能的影響。研究了不同速度方差下質(zhì)量均值對發(fā)電性能的影響,得出系統(tǒng)的均方根功率隨著質(zhì)量均值的增大而逐漸增大,最后趨于穩(wěn)定;通過分析不同質(zhì)量均值下質(zhì)量方差對系統(tǒng)發(fā)電性能的影響,得出當(dāng)通過減速帶的汽車質(zhì)量較小時,系統(tǒng)的均方根功率值會隨著質(zhì)量方差的增大而緩慢變大,但當(dāng)汽車質(zhì)量增大到一定值時,系統(tǒng)的輸出功率又隨著質(zhì)量方差的增大而減小。研究了不同條件下速度均值和方差對發(fā)電性能的影響,得到了雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)最大均方根功率時的最佳車速均值。通過以上研究工作,得出了不同車速和車重對雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律,為雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ),有利于實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。
【圖文】：

1 緒論 緒論.1 研究背景和意義能源是社會繁榮昌盛和人類賴以生存的保障。中國飛速發(fā)展，各項(xiàng)能源需求不斷增大別是電能的需求無處不在[1-4]，目前的發(fā)電方式可分為兩大類，第一類傳統(tǒng)形式的發(fā)電如火力發(fā)電；第二類新能源發(fā)電，，比如海洋能發(fā)電[5-6]、太陽能發(fā)電[7-8]、風(fēng)能發(fā)電[9-1；而在各種發(fā)電方式中，80%以上是火力發(fā)電[11-12]，且由于煤炭資源具有不可再生性致能源缺乏問題越來越突出。相較于傳統(tǒng)能源，新能源的可再生性、污染少等優(yōu)點(diǎn)使對新能源越來越青睞，但是新能源發(fā)電受到一些條件限制會制約其廣泛應(yīng)用[13]，比如理?xiàng)l件不同會制約風(fēng)能發(fā)電，天氣情況會影響太陽能發(fā)電，所以設(shè)計(jì)一種不受傳統(tǒng)能制、不受環(huán)境影響的新型發(fā)電方式迫在眉睫。

圖 1-2 機(jī)械式能量捕獲裝置Fig.1-2 Mechanical energy harvesterHayder Aqeel[18]等人提出了一種機(jī)械式振動能量捕獲裝置，當(dāng)汽車從減速帶上減速帶受力垂直向下運(yùn)動，把齒條的垂直運(yùn)動轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電生電能，最后通過儲存裝置把電壓存儲到電池中。研究表明該能量捕獲器可給路號燈供電。梅瀟[19]也設(shè)計(jì)了一種機(jī)械式的減速帶能量捕獲裝置，主要通過純機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行發(fā)電，但是汽車經(jīng)過減速帶的不連續(xù)以及不確定性使該裝置的使用壽降。李珂[20]設(shè)計(jì)了一種利用齒輪組來增大位移的減速帶能量捕獲裝置，如圖 1-3 所從減速帶上方經(jīng)過時，減速帶下方的彈簧 2 將被壓縮，彈簧產(chǎn)生形變并且儲存滑塊機(jī)構(gòu) 3 帶動齒輪組轉(zhuǎn)動，用齒輪放大機(jī)構(gòu)來放大電機(jī) 7 的轉(zhuǎn)動速度，從而快感線進(jìn)行發(fā)電。最后通過計(jì)算得出每一次的發(fā)電量為 0.0175 度，但未進(jìn)行試驗(yàn)正確性有待考證。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM61

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉金;張娜娜;郭靜靜;易高強(qiáng);邱忠亮;張圓;;一種多功能道路減速帶的設(shè)計(jì)[J];廣東蠶業(yè);2018年12期

2 袁小慧;歸文強(qiáng);;兩種減速帶的減速效果研究[J];測試技術(shù)學(xué)報(bào);2018年04期

3 應(yīng)發(fā)寶;;減速帶的物理學(xué)原理分析[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2014年11期

4 謝恩東;;減速帶前為何要減速[J];中學(xué)物理教學(xué)參考;2010年08期

5 艾成祥;崔有正;牟海晶;張洪軍;陳子建;蔣超;尚會敏;;一種基于現(xiàn)代測試技術(shù)的獎罰式智能減速帶的設(shè)計(jì)[J];齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

6 曾誠;孫永勝;楊智勇;;連續(xù)減速帶激勵下非線性車輛半車模型振動分析[J];西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年02期

7 楊朝江;陳珂;王猛;王松;段志偉;;馬路“剎”手[J];物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);2017年02期

8 安博;;印度出名的“恨天高”——減速帶[J];人民交通;2017年08期

9 ;世界上第一款智能液體減速帶,以柔克剛[J];起重運(yùn)輸機(jī)械;2017年09期

10 羅那德;;安全不傷車的過減速帶技巧[J];駕駛園;2016年04期

相關(guān)會議論文 前4條

1 靜靜的原野;;印度的“山寨”減速帶[A];養(yǎng)護(hù)與管理2017年第7期（總第77期）[C];2017年

2 周軍魏;李韶華;張志達(dá);;重型汽車通過彎道減速帶時穩(wěn)定性仿真及分析[A];第十屆動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2016年

3 胡文;楊林;;基于SWIFT輪胎模型的減速帶特性仿真[A];2016中國汽車工程學(xué)會年會論文集[C];2016年

4 吳瑩;農(nóng)多敏;李佳佳;劉少寶;;減速帶激勵下汽車的非線性振動特性分析[A];第十四屆全國非線性振動暨第十一屆全國非線性動力學(xué)和運(yùn)動穩(wěn)定性學(xué)術(shù)會議摘要集與會議議程[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 徐振宇;把“減速帶”裝在心上[N];紹興日報(bào);2019年

2 周慧虹;網(wǎng)貸公司搶灘校園需設(shè)“減速帶”[N];中國審計(jì)報(bào);2016年

3 周慧虹;網(wǎng)貸公司搶灘校園須設(shè)“減速帶”[N];中國信息報(bào);2016年

4 楊泓生;晉寧縣人大追蹤設(shè)置減速帶[N];云南經(jīng)濟(jì)日報(bào);2016年

5 本報(bào)記者 范媛;美國股市設(shè)立“減速帶”[N];中國經(jīng)濟(jì)時報(bào);2016年

6 河南省夏邑縣公安局交警大隊(duì) 周學(xué)峰;莫讓減速帶成為“事故帶”[N];人民公安報(bào)·交通安全周刊;2015年

7 本報(bào)記者 李超;三季度險企凈利潤增長駛?cè)搿皽p速帶”[N];中國證券報(bào);2015年

8 于永華 楊紅梅;擅設(shè)水泥減速帶 致人損害當(dāng)賠償[N];檢察日報(bào);2013年

9 高劍;“坑爹”的減速帶是怎樣煉成的[N];東莞日報(bào);2014年

10 李成林;減速帶的變化凸顯以人為本[N];新疆日報(bào)(漢);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊智勇;連續(xù)減速帶激勵下多自由度車輛懸架系統(tǒng)的混沌振動與控制[D];重慶大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 位強(qiáng);雙穩(wěn)態(tài)減速帶振動能量捕獲器動力學(xué)特性研究[D];西安理工大學(xué);2019年

2 謝達(dá);路面減速帶液壓式振動能量回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D];江蘇大學(xué);2017年

3 王亮;基于減速帶與路面作用救護(hù)車平順性仿真與多目標(biāo)優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2017年

4 朱子豪;基于車輛運(yùn)行的減速帶振動能量回收方法研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2016年

5 吳冠霖;液壓型減速帶發(fā)電裝置理論分析與研究[D];五邑大學(xué);2014年

6 張森淼;道路減速帶激勵下輕型貨車動力學(xué)響應(yīng)分析[D];山東大學(xué);2014年

7 韓奧;連續(xù)型減速帶及發(fā)動機(jī)激勵下車輛系統(tǒng)混沌識別及智能抑制[D];重慶交通大學(xué);2017年

8 孫永勝;連續(xù)減速帶激勵下車輛懸架系統(tǒng)非線性振動與控制[D];重慶大學(xué);2014年

9 范井麗;基于駕駛員心理與生理評價的草原公路減速設(shè)施研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2016年

10 李燦;基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的重型載貨汽車平順性及道路友好性研究[D];石家莊鐵道大學(xué);2013年

本文編號：2595065