本发明专利技术属于隧道减振技术领域，具体涉及一种隧道俘能型减振装置。该隧道俘能型减振装置包括道床、隧道下部管片以及位于道床与隧道下部管片之间的俘能型减振组件；俘能型减振组件包括弹性垫层、压电层以及半球形刚性垫层；弹性垫层的顶面与道床的底面黏贴，弹性垫层的底面与压电层的顶面黏贴，压电层的底面与半球形刚性垫层的顶面黏贴，半球形刚性垫层的底面与隧道下部管片黏贴；压电层的上下表面均连接有导线，压电层的电荷通过上下表面的导线输出到外部用电元件或储能元件。它在减少隧道中列车运行产生的振动的基础上，能够俘获振动及荷载作用产生的能量并将其转化成电能，提供给隧道中的需电装置或将能量储存起来。中的需电装置或将能量储存起来。中的需电装置或将能量储存起来。
【技术实现步骤摘要】
隧道俘能型减振装置
[0001]本专利技术属于隧道减振
，具体涉及一种隧道俘能型减振装置。
技术介绍
[0002]城市轨道是城市现代化的交通运输工具，因其运量大、速度快、安全可靠、时间准确，已成为各城市解决交通拥挤、噪声和大气污染的一项可行性方案。
[0003]伴随轨道交通运输需求及运营里程的不断扩大，城市轨道运行引起的振动对周围环境的影响越来越大。振动不仅可能使沿线居民生活受到影响，还会导致沿线建筑物破坏和生产生活活动受到影响。
[0004]传统处理振动问题的措施主要由缓冲减振和隔离减振这两个方面的措施组成。缓冲减振是对轨道上部钢轨、扣件和轨枕等建筑采用弹性体来缓冲和衰减车辆运行传来的振动，但易造成列车运行不平顺，且通常耐久性不足常需要定期更换。而隔离减振通常是把道床与结构基础用弹性体整体隔离，来处理车辆运行带来的振动。
[0005]传统的减振设施未能对振动加以利用。因此，需要提供一种能够在减振的同时利用减振储能的装置。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种隧道俘能型减振装置，它在减少隧道中列车运行产生的振动的基础上，能够俘获振动及荷载作用产生的能量并将其转化成电能，提供给隧道中的需电装置或将能量储存起来。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种隧道俘能型减振装置，包括道床、隧道下部管片以及位于所述道床与所述隧道下部管片之间的俘能型减振组件；所述俘能型减振组件包括弹性垫层、压电层以及半球形刚性垫层；所述弹性垫层的顶面与所述道床的底面黏贴，所述弹性垫层的底面与所述压电层的顶面黏贴，所述压电层的底面与所述半球形刚性垫层的顶面黏贴，所述半球形刚性垫层的底面与所述隧道下部管片黏贴；所述压电层的上下表面均连接有导线，所述压电层的电荷通过上下表面的导线输出到外部用电元件或储能元件。
[0009]优选地，一层所述压电层由若干个压电片排列组合形成，一层所述半球形刚性垫层由若干个刚性体排列组合形成，所述压电片与所述刚性体一一对应黏接。
[0010]优选地，所述压电片为圆形压电片，所述刚性体为半球形刚性体，所述半球形刚性体为半球壳状结构。
[0011]优选地，所述压电层由若干个压电片组合形成，所述压电片上下堆叠形成至少两层所述压电层。
[0012]优选地，所述弹性垫层与所述压电片以及所述刚性体形成俘能型减振单元，所述俘能型减振单元产生的理论电荷量Q按照如下公式计算：
[0013]Q＝d
33
F
[0014]其中，d
33
为压电应变常数。F为压电片所受垂直于其上下表面方向的力；
[0015]所述俘能型减振单元产生的电压U0按照如下公式计算：
[0016][0017]其中，T为压电片所受垂直于其上下表面方向的应力，H为单个压电片厚度，为介电常数；
[0018]所述俘能型减振单元通过压电效应转换的电能E0按照如下公式计算：
[0019][0020]其中，A为压电片极面面积。
[0021]优选地，所述弹性垫层由高分子弹性橡胶材料制成。
[0022]优选地，所述压电层由PZT
‑
5H材料制成。
[0023]优选地，所述半球形刚性体由钢材料制成或者钢合金材料制成。
[0024]优选地，所述半球形刚性体表面设置有防锈层。
[0025]优选地，所述导线与所述压电层的上下表面分别用锡电极焊接连接。
[0026]本专利技术的隧道俘能型减振装置的有益效果在于：在道床与隧道下部管片之间设置弹性垫层、压电层、半球形刚性垫层。弹性垫层可吸收部分列车行驶时产生的振动并将上部列车荷载传递至下方压电层转化为电能，提供给隧道中的需电装置或将能量储存起来，从而能够减少隧道内电力供给压力，提高隧道内轨道交通运行的经济性。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例隧道俘能型减振装置的安装结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例俘能型减振组件的组装图；
[0029]图3是本专利技术实施例俘能型减振组件的分解图；
[0030]图4是本专利技术实施例半球形刚性垫层的俯视图；
[0031]图5是本专利技术实施例利用振动产生电能的原理图。
[0032]图中部件名称和标号如下：
[0033]弹性垫层(1)、压电层(2)、圆形压电片(21)、半球形刚性垫层(3)、半球形刚性体(31)、道床(4)、隧道下部管片(5)。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。
[0035]如图1所示，本实施例公共了一种隧道俘能型减振装置。该隧道俘能型减振装置包括道床4、隧道下部管片5以及位于道床4与隧道下部管片5之间的俘能型减振组件。俘能型减振组件包括弹性垫层1、压电层2以及半球形刚性垫层3。弹性垫层1的顶面与道床4的弧形底面黏贴，弹性垫层1的底面与压电层2的顶面黏贴，压电层2的底面与半球形刚性垫层3的顶面黏贴。半球形刚性垫层3的底面与隧道下部管片5抵接。
[0036]本实施例的俘能型减振组件可以平行于行车方向排列或者垂直于行车方向排列。弹性垫层1用于对道床4进行减振，且将载荷传递至压电层2。半球形刚性垫层3将上部荷载传递到隧道下部管片5。
[0037]本实施例的压电层2由若干压电片排列组合形成，半球形刚性垫层3由若干刚性体排列组合形成，压电片与刚性体一一对应。本实施例的俘能型减振单元如图2和图3所示，指的是弹性垫层1与压电片以及刚性体组成的单元。
[0038]压电层2的压电片的上下表面均连接有导线。压电片的电荷通过上下表面的连接导线输出到外部用电元件或储能元件。具体地，导线与压电片上下表面分别用锡电极焊接连接。
[0039]如图1和图5所示，本实施例的隧道俘能型减振装置的俘能过程如下：当有列车行径时，在列车荷载作用下，道床4产生振动，弹性垫层1吸收部分振动并将上部荷载从弹性垫层1传递到压电层2，压电层2受压且根据d
33
模式进行俘能，并依据压电层2的压电材料的正压电效应产生电能。d
33
的工作模式是应力方向与极化方向相同，如图5所示，适用于压电片被挤压变形的情况。
[0040]单个俘能型减振单元产生的理论电荷量Q按照如下公式计算：
[0041]Q＝d
33
F
[0042]其中，d
33
为压电应变常数，单位为C/N。F为压电片所受垂直于其上下表面方向的力，单位为N。
[0043]单个俘能型减振单元产生的电压U0按照如下公式计算：
[0044][0045]其中，T为压电片所受垂直于其上下表面方向的应力，单位为Pa，H为单个压电片厚度，单位为m，为介电常数，单位为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隧道俘能型减振装置，其特征在于，包括道床(4)、隧道下部管片(5)以及位于所述道床(4)与所述隧道下部管片(5)之间的俘能型减振组件；所述俘能型减振组件包括弹性垫层(1)、压电层(2)以及半球形刚性垫层(3)；所述弹性垫层(1)的顶面与所述道床(4)的底面黏贴，所述弹性垫层(1)的底面与所述压电层(2)的顶面黏贴，所述压电层(2)的底面与所述半球形刚性垫层(3)的顶面黏贴，所述半球形刚性垫层(3)的底面与所述隧道下部管片(5)黏贴；所述压电层(2)的上下表面均连接有导线，所述压电层(2)的电荷通过上下表面的导线输出到外部用电元件或储能元件。2.根据权利要求1所述的隧道俘能型减振装置，其特征在于：一层所述压电层(2)由若干个压电片排列组合形成，一层所述半球形刚性垫层(3)由若干个刚性体排列组合形成，所述压电片与所述刚性体一一对应黏接。3.根据权利要求2所述的隧道俘能型减振装置，其特征在于：所述压电片为圆形压电片(21)，所述刚性体为半球形刚性体(31)，所述半球形刚性体(31)为半球壳状结构。4.根据权利要求1所述的隧道俘能型减振装置，其特征在于：所述压电层(2)由若干个压电片组合形成，所述压电片上下堆叠形成至少两层所述压电层(2)。5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：金浩，李政，汤世龙，王智弘，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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