一种高寒地区轨道能量采集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种高寒地区铁路轨道在列车经过时所造成的轨道上下小幅度振动所产生的能量，对该能量进行采集存储的装置，该装置安装在轨道与道床之间。其特征在于，该装置有振动能量采集结构、轮系增速结构、发电结构、储存结构、基座，提供了一种可自行采集振动机械能量并转化为电能的装置，该装置利用齿条与齿轮将上下振动转换为旋转运动，再进过轮系增速将转速增大，最后通过齿轮带动发电机进行发电，并进行利用，为实现铁路安全提供坚实基础，同时本实用新型专利技术具有结构简单、制造方便、节能环保、耐高寒等特点。

A kind of track energy acquisition device in Alpine Region

The utility model relates to a device for collecting and storing the energy generated by the small vibration of the track up and down caused by the train passing through the track in the high cold area. The device is installed between the track and the track bed. It is characterized in that the device has a vibration energy collection structure, a gear train growth structure, a power generation structure, a storage structure, and a base. It provides a device that can collect vibration mechanical energy by itself and convert it into electrical energy. The device uses racks and gears to convert up and down vibration into rotary motion, and then increases the speed through gear train growth, and finally drives the generator to generate electricity through gears The utility model has the advantages of simple structure, convenient manufacture, energy conservation and environmental protection, high cold resistance, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种高寒地区轨道能量采集装置
本技术属于轨道交通中的能量回收
，具体涉及一种高寒地区轨道能量采集装置，尤其是涉及到一种利用铁路轨道上下小幅振动的机械能发电装置。
技术介绍
目前能源危机和环保已经成为世界关注的问题。我国是铁路大国，列车运行时会引起轨道振动，特别是诸如内燃机车等火车行驶所产生的振动能量，这些振动能量会被道床和轨道吸收并且造成一定的伤害，这些能量被认为是废弃能量而消耗掉，如果利用能量采集装置对这部分振动能量进行采集和利用，将会极大地节约能源并且解决一些电能无法到达的地方的能源缺乏问题。尤其是当前修建的高寒地区的铁路，在部分高寒地区架接电网是十分困难的，低温大雪环境也不利于风能、太阳能发电装置的使用，能源无法顺利输送。部分高寒地区的铁路轨道和周边环境需要进行监控和信息反馈，所以采集轨道的振动能量，并把能量用于轨道传感器、监控设备等的供电，将具有十分重要的有意义。目前我国有很多的能量采集装置，如利用压电材料进行发电、利用机械结构将机械能转换为电能等。但需要在轨道和路基之间的狭小的空间里安装装置，就限制了装置的尺寸，从而使装置无法承受轨道带来的强大压力，寿命不长，容易损坏，如果经常进行维修或更换就造成了成本的增加，故当前如何使用一个安全、简单、高效、便宜的能量采集装置来将这部分振动能量采集并利用就成了急需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中用于轨道的能量采集装置结构过于复杂，难以在狭小的空间中安装使用的问题，本技术的目的在于：提供一种高效的能量采集装置，简化装置的结构，从而使其能够安装在狭小的空间内。本技术采用的技术方案如下：一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：包括用于与铁轨连接的连接架，所述连接架下方竖直设置有齿条Ⅰ和齿条Ⅱ，所述齿条Ⅰ和齿条Ⅱ之间设置有转轴Ⅰ，所述转轴Ⅰ上分别通过单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ连接有齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ，所述单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ的锁止方向相同，所述齿条Ⅰ与齿轮Ⅰ配合，齿条Ⅱ与齿轮Ⅱ配合；所述转轴Ⅰ上还固定连接有齿轮Ⅲ，所述齿轮Ⅲ通过传动机构与发电结构连接。采用该技术方案后，连接架与铁轨连接，使得铁轨的振动能够带动齿条Ⅰ和齿条Ⅱ往复上下运动，随后通过齿条Ⅰ和齿条Ⅱ与齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ的配合，将上下的往复运动转化为齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ的转动，由于单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ的锁止方向相同，因而，齿条Ⅰ和齿条Ⅱ的上下往复运动能够驱动转轴Ⅰ朝向同一个方向转动，而后转轴Ⅰ的转动传动到发电结构将机械能转化为电能。此外，齿条Ⅰ和齿条Ⅱ分别设置在转轴Ⅰ的两侧，这样无论齿条Ⅰ和齿条Ⅱ是向上运动还是向下运动，总有一条齿条能够维持对转轴Ⅰ的驱动，不存在齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ同时空转的情况，提高了能量采集的效率和稳定性。这样通过简单的结构能够保证高效稳定地采集铁轨的振动能量，减小了设备的体积，便于安装在铁轨与道床之间。优选的，齿轮Ⅲ和发电结构之间设置有轮系增速结构，所述轮系增速结构包括数级齿轮组。进一步优选的，轮系增速结构包括转轴Ⅱ，所述转轴Ⅱ上固定连接有齿轮Ⅳ和齿轮Ⅴ，齿轮Ⅳ的直径小于齿轮Ⅴ的直径，齿轮Ⅳ与齿轮Ⅲ配合，齿轮Ⅴ通过传动机构与发电结构连接。采用上述优选方案后，轮系增速结构能够放大转轴的转动速度，从而提高传动给发电结构的转动速度，使得发电量增加。优选的，还包括基座，所述转轴Ⅰ、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ和发电结构设置在基座内，所述基座内设置有滑槽Ⅰ和滑槽Ⅱ，所述齿条Ⅰ设置在滑槽Ⅰ中，所述齿条Ⅱ设置在滑槽Ⅱ中。采用该技术方案后，能够限定齿条Ⅰ和齿条Ⅱ的活动方向，避免脱落或运动偏离。优选的，还包括储存结构，所述发电结构与储存结构直接连接，储存结构后接有用于向外围设备供电的转换电路。采用该优选方案后，主要通过转换电路调节电压并使其稳定，以方便电能后续用于向外围设备供电。进一步优选的，转换电路的稳压芯片选择LM2940。部分高寒地区的温度对芯片的选择影响极大，所以要使装置能在-40摄氏度工作，本优选方案选定LM2940，其不但能在高寒地区稳定工作，还具有反向电池保护、电流限制和热关断、镜像插入保护，且成本低廉的特点。进一步优选的，转换电路中稳压芯片的输入端并联有去耦电容(C33)和滤波电容(C32)。设置去耦电容(C33)和滤波电容(C32)后，能够使得输入的电压近似稳恒。进一步优选的，转换电路中稳压芯片的输入端串联有电感(L1)。本优选方案串联一个大电感，用于保持电流的恒稳。进一步优选的，储存结构包括多个串联的耐低温的超级电容。本优选方案中，既考虑到元器件需要在高寒地区工作(参考青藏铁路最低温地段风火山隧道为-38度)，又尽量做到单次能量储存大、减少人力成本。采用串联的方式，能够增加超级电容容量和耐压值。所述储存结构的电路中串联设置有二极管。起保护作用，防止超级电容在未充电时放电驱动发电机。综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：1.齿条Ⅰ和齿条Ⅱ分别设置在转轴Ⅰ的两侧，这样无论齿条Ⅰ和齿条Ⅱ是向上运动还是向下运动，总有一条齿条能够维持对转轴Ⅰ的驱动，不存在齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ同时空转的情况，提高了能量采集的效率和稳定性。2.通过简单的结构能够保证高效稳定地采集铁轨的振动能量，减小了设备的体积，便于安装在铁轨与道床之间。3.轮系增速结构能够放大转轴的转动速度，从而提高传动给发电结构的转动速度，使得发电量增加。4.滑槽Ⅰ和滑槽Ⅱ能够限定齿条Ⅰ和齿条Ⅱ的活动方向，避免脱落或运动偏离。5.通过转换电路调节电压并使其稳定，以方便电能的后续利用。6.部分高寒地区的温度对芯片的选择影响极大，所以要使装置能在-40摄氏度工作，本优选方案选定LM2940，其不但能在高寒地区稳定工作，还具有过载保护、回流保护，短路保护，且成本低廉的特点。7.设置去耦电容(C33)和滤波电容(C32)后，能够使得输入的电压相对稳恒。8.电路中稳压芯片的输入端串联一个大电感，用于保持电流的恒稳。9.储存结构选用耐低温的储存结构，既考虑到元器件需要在高寒地区工作(参考青藏铁路最低温地段风火山隧道为-38度)，又尽量做到单次能量储存大、减少人力成本。采用串联的方式，能够增加超级电容容量和耐压值。附图说明本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本技术的外部结构示意图；图2是本技术的内部结构的主视图；图3是本技术的内部结构的俯视图；图4是本技术实施例中装置的其中一种工作状态的示意图；图5是本技术实施例中装置的另一种工作状态的示意图；图6是本技术的转换电路的电路图；图7是本技术的充电电路的电路图。其中，1-基座，2-连接架，3-齿条Ⅰ，4-齿条Ⅱ，5-滑槽Ⅰ，6-滑槽Ⅱ，7-转轴Ⅰ，8-单向离合器Ⅱ，9-齿轮Ⅱ，10-齿轮Ⅲ，11-转轴Ⅱ，12-齿轮Ⅴ，13-齿轮Ⅵ，14-发电机，15-齿轮Ⅰ，16-齿轮Ⅳ。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：包括用于与铁轨连接的连接架(2)，所述连接架(2)下方竖直设置有齿条Ⅰ(3)和齿条Ⅱ(4)，所述齿条Ⅰ(3)和齿条Ⅱ(4)之间设置有转轴Ⅰ(7)，所述转轴Ⅰ(7)上分别通过单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ(8)连接有齿轮Ⅰ(15)和齿轮Ⅱ(9)，所述单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ(8)的锁止方向相同，所述齿条Ⅰ(3)与齿轮Ⅰ(15)配合，齿条Ⅱ(4)与齿轮Ⅱ(9)配合；所述转轴Ⅰ(7)上还固定连接有齿轮Ⅲ(10)，所述齿轮Ⅲ(10)通过传动机构与发电结构连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：包括用于与铁轨连接的连接架(2)，所述连接架(2)下方竖直设置有齿条Ⅰ(3)和齿条Ⅱ(4)，所述齿条Ⅰ(3)和齿条Ⅱ(4)之间设置有转轴Ⅰ(7)，所述转轴Ⅰ(7)上分别通过单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ(8)连接有齿轮Ⅰ(15)和齿轮Ⅱ(9)，所述单向离合器Ⅰ和单向离合器Ⅱ(8)的锁止方向相同，所述齿条Ⅰ(3)与齿轮Ⅰ(15)配合，齿条Ⅱ(4)与齿轮Ⅱ(9)配合；所述转轴Ⅰ(7)上还固定连接有齿轮Ⅲ(10)，所述齿轮Ⅲ(10)通过传动机构与发电结构连接。


2.按照权利要求1所述的一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：所述齿轮Ⅲ(10)和发电结构之间设置有轮系增速结构，所述轮系增速结构包括数级齿轮组。


3.按照权利要求2所述的一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：所述轮系增速结构包括转轴Ⅱ(11)，所述转轴Ⅱ(11)上固定连接有齿轮Ⅳ(16)和齿轮Ⅴ(12)，齿轮Ⅳ(16)与齿轮Ⅲ(10)配合，齿轮Ⅳ(16)的直径小于齿轮Ⅲ(10)的直径，齿轮Ⅴ(12)通过传动机构与发电结构连接。


4.按照权利要求1所述的一种高寒地区轨道能量采集装置，其特征在于：还包括基座(1)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小平，张江泉，马贵林，骆建波，王国君，余康凡，林鑫，万乐柯，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51