برداشت انرژی الکتریکی از ارتعاشات خطوط راه‌آهن در اثر عبور قطار توسط برداشت‌کننده الکترومغناطیسی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1031-ISAV2024 (R2)
نویسندگان
1دانشجو
2استاد دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی مکانیک
3دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
در این پژوهش، یک دستگاه برداشت‌کننده انرژی از خطوط راه‌آهن بررسی شده است. این دستگاه شامل دو بخش مکانیکی و الکتریکی می‌باشد. بخش مکانیکی آن مبتنی بر مکانیزم بال‌اسکرو و یکسوساز حرکت مکانیکی می‌باشد که این یکسوساز شامل دو عدد چرخدنده‌ی مخروطی بزرگ، یک عدد چرخدنده‌ی مخروطی کوچک و دو عدد بلبرینگ یک طرفه می‌باشد که در واقع حرکت خطی رفت و برگشتی ریل قطار ناشی از عبور قطار از روی ریل را به حرکت چرخشی تک جهته برای چرخش محور ژنراتور تبدیل می‌کند. بخش الکتریکی آن شامل یک ژنراتور متناوب سه فاز که دور چرخش خود را از خروجی یکسوساز و جعبه‌دنده‌ی سیاره‌ای دریافت می‌کند. در نوشتن معادله‌های مربوطه، یک ریل با طول 52/139 متر که تعداد 255 تراورس در طول آن قرار گرفته است، به عنوان یک تیر اویلر برنولی در نظر گرفته شده و هم‌چنین یک قطار دو واگنی که هر واگن آن دارای چهار محور می‌باشد به عنوان بار عبوری از روی آن در نظر گرفته شده است. با توجه به ابعاد بزرگ ماتریس‌ها و دستگاه معادلات دیفرانسیل به دست آمده، جهت تشکیل ماتریس‌ها و هم‌چنین حل دستگاه معادلات دیفرانسیل از نرم افزار متلب استفاده شده است. در نهایت پارامترهای موجود در مسئله تغییر داده شده‌اند و نتایج حاصل از این تغییرات بر میزان ولتاژ، توان و انرژی به دست آمده، آورده شده است. مشاهدات حاکی از آن است که پارامترهای سختی فنرهای استفاده شده و جرم واحد طول ریل، بر میزان انرژی برداشت شده تأثیر گذار نمی‌باشند. با افزایش پارامترهای نسبت انتقال دور چرخدنده‌ها، سرعت قطار و نیروی محوری قطار، میزان انرژی برداشتی افزایش می‌یابد. با افزایش پارامترهای مقاومت خارجی مصرف کننده و گام بال اسکرو، مقدار انرژی برداشت شده کاهش می‌یابد.
کلیدواژه ها
 
Title
Electrical energy harvesting from vibration of railroads due to passing trains using an electromagnetic energy harvester
Authors
Masoud Alisadeghi Rizi, Saeed Ziaei-Rad, Ali Bidram
Abstract
In this research, an energy harvesting device from railway lines has been investigated. This device includes two mechanical and electrical parts. Its mechanical part is based on a ball screw mechanism and a mechanical movement rectifier, which includes two large bevel gears, one small bevel gear and two one-way bearings, which actually turns the reciprocating linear motion of the train rail caused by the train passing over the rail into a unidirectional rotary motion for the rotation of the generator axis. Its electrical part includes a three-phase alternating generator that receives its rotation from the output of the rectifier and the planetary gearbox. In writing the relevant equations, a rail with a length of 139.52 meters, which has 255 traverses along its length, is considered as an Euler-Bernoulli beam, and also a two-carriage train, each of which has four axles, is considered as a passing load. Due to the large dimensions of the obtained matrices and the differential equation machine, MATLAB software was used to form the matrices and also to solve the differential equation machine. Finally, the parameters in the problem have been changed and the results of these changes have been given on the amount of voltage, power and energy obtained. Observations indicate that the spring stiffness parameters of the used springs and the mass of the unit length of the rail do not affect the amount of energy harvested. By increasing the parameters of the transmission ratio of the gears, the train speed and the axial force of the train, the amount of harvested energy increases. By increasing the external resistance parameters of the consumer and the lead of the ball screw, the amount of harvested energy decreases.
Keywords
Electrical energy harvesting, Electromagnetic harvester, Railway lines, Rectifier mechanism