一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕制造技术

本实用新型专利技术涉及俘能器领域，尤其涉及一种预制有2‑2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕。压电智能混凝土轨枕由普通混凝土轨枕和2‑2型水泥基压电俘能器及导线组成，2‑2型水泥基压电俘能器由水泥基层和压电陶瓷片相间组成，压电陶瓷片之间由导线连接，2‑2型水泥基压电俘能器作为粗骨料预制在普通的混凝土轨枕中。由于2‑2型水泥基压电俘能器与混凝土轨枕结构的相容性非常好，因此对混凝土轨枕的结构特性无影响。另外，在进行安装时只需将压电智能混凝土轨枕跟原来的混凝土轨枕进行简单的替换，操作方便，对既有铁路结构无影响。

【技术实现步骤摘要】
一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕
本技术涉及俘能器领域，尤其涉及一种压电智能混凝土轨枕。
技术介绍
随着经济的快速发展，能源供需矛盾日益加剧，能源消耗对生态环境的影响日益突出。人们对绿色能源的需求越来越强烈，太阳能、风能及环境振动能等各种新能源应运而生。轨道交通中的机械振动能就是一种可利用的新能源。近年来，我国轨道交通的发展突飞猛进。根据铁路“十三五”发展规划，到2020年我国铁路营业里程将达到15万公里。如此庞大的轨道交通系统，其火车运行时所产生的机械振动能非常大，如何有效利用这些机械振动能已成为一个重要课题。已有一些学者开发了一些俘能装置和系统。申请公布号为“CN102084062A”的专利技术专利在2011年6月1日公开的专利技术专利“从铁路采集功率的设备系统及方法”中，公开了两种采集能量的方法。一种是将能够产生电功率的多个压电装置嵌入在铁路轨枕中；另一种是将能够产生电功率的多个压电装置附着到铁轨上。其中，嵌入在轨枕中的压电装置为弹性基体中嵌入多个PZT杆。这里的弹性基体为粘合剂、环氧树脂、热塑性聚合物、橡胶、其他天然或合成的弹性材料。申请公布号为“CN1018114858A”的专利技术专利在2010年8月25日公开的专利技术专利“一种适应于铁路路基面上和轨道结构中的压电发电方法”中，公开了一种适应于铁路路基面上和轨道结构中的压电发电方法，其压电装置一种是铺设于有砟和无砟轨道结构的铁路路基面上或弹性支承板式无砟轨道的支承板下或固定在扣件装置的绝缘缓冲垫板中；另一种是固定在有砟或无砟轨道结构两侧路肩或钢轨轨腰上。申请公布号为“US2011/0291526Al”的专利技术专利在2011年12月1日公开的“Piezoelectricstackcompressiongenerator”中，公开了一种压电叠堆能量俘获装置及其应用。当被应用于铁路系统时，压电叠堆能量俘获装置被嵌入到铁路轨枕或铁路轨枕下方或铁路钢轨下的铁路轨道中。这些安装时都需要对铁路轨道或轨枕进行打孔或开槽，这样会对既有铁路结构有一定的影响，对行车安全有一定的影响。在土木工程中，为了解决压电材料与混凝土主体结构的相容性问题，水泥基压电复合材料被一些学者制备和研究了。其中，授权公告号为“CN100465395C”的专利技术专利在2009年3月4日授权的专利技术专利“层状水泥基压电智能复合材料及其制备方法”公开了一种2-2型水泥基压电复合材料及其制备方法。这种2-2型水泥基复合材料要求相邻两层压电陶瓷的极化方向相反。其制备方便，成本低廉，其与混凝土结构相容性好，响应速度快，抗干扰能力强，并具有感知功能和驱动功能。进一步，李宗津，张东，吴科如分别在2001年10月发表在MaterialsandStructures,Vol.34,pp.506-512上的论文“Cementmatrix2-2piezoelectriccomposite-Part1.Sensoryeffect”和2002年发表在CementandConcreteResearch,Vol.32,pp.825-830上的论文“2-2Piezoelectriccementmatrixcomposite:PartII.Actuatoreffect”实验验证了专利技术专利“层状水泥基压电智能复合材料及其制备方法”所制作的2-2型水泥基压电复合材料具有很好的传感特性和驱动特性。在理论指导方面，韩嵘，石志飞，莫诒隆在2011年发表在ArchiveofAppliedMechanics,Vol.81,pp.839-851上的论文“Staticanalysisof2-2cement-basedpiezoelectriccomposites”研究了2-2型水泥基压电复合材料的静力特性；张涛涛，石志飞在2011年发表在SmartMaterialsandStructures,Vol.20,p.085017上的论文“Exactanalysisofthedynamicpropertiesofa2-2cementbasedpiezoelectrictransducer”和石志飞，王建军2013年发表在JournalofIntelligentMaterialSystemsandStructuresVol.24,pp.99-107上的论文“Dynamicanalysisof2-2cement-basedpiezoelectrictransducers”研究了2-2型水泥基压电复合材料的动力特性。
技术实现思路
本技术的目的在于，提出一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕。本技术提出的预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕具备混凝土轨枕的结构特性，同时在安装时只需将压电智能混凝土轨枕跟原来的混凝土轨枕进行简单的替换，操作方便，对既有铁路结构无影响。一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕，其特征在于所述压电智能混凝土轨枕由普通混凝土轨枕和2-2型水泥基压电俘能器及导线组成，2-2型水泥基压电俘能器由水泥基层和压电陶瓷片相间组成，压电陶瓷片之间由导线连接，2-2型水泥基压电俘能器作为粗骨料预制在普通的混凝土轨枕中；根据压电陶瓷片的极化方向和压电陶瓷片之间的导线连接方式能获得三种不同形式的压电俘能器，分别为电学串联的2-2型水泥基压电俘能器、正向极化电学并联的2-2型水泥基压电俘能器及反向极化电学并联的2-2型水泥基压电俘能器。进一步地，电学串联的俘能器形式的俘能器的连接方式是：所有压电陶瓷片沿厚度方向极化且相邻压电陶瓷片的极化方向相同，相邻压电陶瓷片的正负极用导线连接实现电学串联。这种方式输出电压高，可满足高电压用电设备需求。进一步地，所述正向极化电学并联的俘能器形式的俘能器的连接方式是：所有压电陶瓷片沿厚度方向极化且相邻压电陶瓷片的极化方向相同，所有压电陶瓷片的正极和负极用导线分别连接实现电学并联。这种方式输出电流高，可满足高电流用电设备需求。进一步地，所述反向极化电学并联的俘能器形式的俘能器的连接方式是：所有压电陶瓷片沿厚度方向极化且相邻压电陶瓷片的极化方向相反，所有压电陶瓷片的正极和负极用导线分别连接实现电学并联。这种方式输出电流高，可满足高电流用电设备需求。为实现上述目的，本技术采用如下措施：第一步，制备2-2型水泥基压电俘能器(1),如图1所示，该俘能器是由水泥基层和压电陶瓷片相间组成，并根据压电陶瓷片的极化方向和压电陶瓷片间的导线连接方式可获得电学串联的2-2型水泥基压电俘能器(2)和正向极化电学并联的2-2型水泥基压电俘能器(3)和反向极化电学并联的2-2型水泥基压电俘能器(4)。第二步，制备压电智能混凝土轨枕，如图2所示，在制作混凝土轨枕时，将2-2型水泥基压电俘能器(1)作为粗骨料预制在普通的混凝土轨枕(9)中。第三步，压电智能混凝土轨枕的安装，如图3所示，将压电智能混凝土轨枕与原来的混凝土轨枕进行简单的替换便可完成安装过程。已有利用将压电装置嵌入到铁路轨枕中来收集铁路系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕，其特征在于所述压电智能混凝土轨枕由普通混凝土轨枕和2-2型水泥基压电俘能器及导线组成，2-2型水泥基压电俘能器由水泥基层和压电陶瓷片相间组成，压电陶瓷片之间由导线连接，2-2型水泥基压电俘能器作为粗骨料预制在普通的混凝土轨枕中；根据压电陶瓷片的极化方向和压电陶瓷片之间的导线连接方式能获得三种不同形式的压电俘能器，分别为电学串联的俘能器形式、正向极化电学并联的俘能器形式及反向极化电学并联的俘能器形式。/n

【技术特征摘要】
1.一种预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕，其特征在于所述压电智能混凝土轨枕由普通混凝土轨枕和2-2型水泥基压电俘能器及导线组成，2-2型水泥基压电俘能器由水泥基层和压电陶瓷片相间组成，压电陶瓷片之间由导线连接，2-2型水泥基压电俘能器作为粗骨料预制在普通的混凝土轨枕中；根据压电陶瓷片的极化方向和压电陶瓷片之间的导线连接方式能获得三种不同形式的压电俘能器，分别为电学串联的俘能器形式、正向极化电学并联的俘能器形式及反向极化电学并联的俘能器形式。


2.如权利要求1所述预制有2-2型水泥基压电俘能器的压电智能混凝土轨枕，其特征在于电学串联的俘能器形式的俘能器的连接方式是：所有压电陶瓷片沿厚度方向极化且相邻压电陶瓷片的极化方向相同，相邻压电陶瓷片的正负极用导线连接实现电学串联。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王建军，梁林峰，向宏军，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：新型
国别省市：北京;11