[发明专利]一种基于能量回收的减振装置和系统以及列车

说明书

本发明公开一种基于能量回收的减振装置和系统以及列车，包括U形双齿组件、传动组件、安装板组件和直流发电机，传动组件包括主动轴、设置在主动轴两端的第一齿轮、通过单向轴承设置在主动轴中部的第二齿轮，安装板组件包括下底板以及安装在下底板左右两侧的安装板，主动轴可转动的设置在安装板上，下底板可滑动的设置在U形双齿组件的底面上，U形双齿组件的两支臂上设置有齿条，齿条与所述第一齿轮啮合，当U形双齿组件与下底板产生相对滑动时，齿条带动第一齿轮发生转动，第二齿轮与直流发电机的输入端相连接。本发明提高了减振装置的结构强度，避免其因偏心受力而发生失稳，从而提高能量回收减振装置的工作效率以及使用寿命。

技术领域

本发明涉及减振装置领域，特别是涉及一种基于能量回收的减振装置及系统。

背景技术

目前，多数车辆使用的减振器主要考虑隔振和能量耗散两个方面。现有减振器主要将机械振动能量通过摩擦或其他方式转化为热能耗散在空气，无法对这一过程中的机械能进行回收利用，造成能源浪费。而现有货运列车有许多不配备电力系统，这为开展货运列车安全状态监测带来了极大挑战。货运铁路轨道状态一般较客运铁路状态差，在运营过程中列车的振动更为剧烈。将货运列车运行过程中振动能量转化为电能，并用于监测设备供电。这样既可以解决能源供应短缺问题，又可以实现能源的高效清洁利用，达到节能减排的效果。

调研结果显示，在汽车交通领域已有振动能量回收的减振器见诸报道。如授权发明专利CN 108386330 B公开了一种利用齿条与齿轮组相互配合，将直线振动转化为齿轮组的旋转运动，进而驱动直流电机将机械能转化为电能。授权发明专利CN 106763400 B公开了一种类似的利用齿轮与齿条组合，实现能量收集的减振装置。除了采用齿条与齿轮组进行传动外，还有利用流体如液压油或者空气来进行能量传递的案例被报道。申请公开专利CN 109004727 A公布了一种利用液压传动的具有能量回收的减振器装置。该装置将柱塞缸连接在车桥与车架之间，将柱塞缸上下油腔通过软管分别与齿轮泵的出油口和进油口相连，利用振动条件下柱塞缸内液压油的流动驱动齿轮泵，进而带动所连接的直流电机发电。授权专利CN 106438275 B则使用气体的可压缩特性来实现减振效果，并利用压缩空气驱动涡轮增压器，实现能量的再次利用。

由于货运列车运营区域范围较大，环境温度会发生急剧变化，这对流体介质工作性能将会产生很大影响，此外连接管也是流体传动装置的一个薄弱环节，材料老化以及疲劳荷载等因素易导致管路泄露，影响系统的可靠性。因此现有技术中利用流体进行能量传递的减振器并不适用于货运列车。

齿条齿轮组合式的能量回收减振装置受外界环境因素较小，适用于货运列车的应用，比如申请号为CN201710171674.1的发明专利公开了铁路货车振动发电装置，装置采用齿轮齿条机构，置于转向架摇枕内，将摇枕的振动转化为发电机的转动。此装置为单边齿条齿轮，在货车运动过程中承受横向冲击力和弯矩，尤其是重载铁路货车的动态冲击荷载作用下，极易发生弯曲和断裂，从而严重影响能量回收减振装置的工作效率以及使用寿命。

另外还有针对于铁路货车的特点，利用丝杆和丝母的配合进行运动转换的案例，如申请号为CN201810498301.X的发明专利申请公开了一种铁路货车振动发电装置，包括换向机构、变速装置以及振动发电机，换向机构的动力输入端与枕簧对应，枕簧用于将其垂直振动力传递至换向机构，换向机构用于将枕簧传递来的垂直振动力转换为旋转运动并输出至变速装置，最终通过发电机发电。申请号为CN201820768730.X的实用新型专利为上述系统的具体换向机构。换向机构主要包括换向丝杠和换向丝母，通过将换向丝杠在作用力驱动下的竖向移动转换为换向丝母的旋转运动并输出，从而实现了对铁路货车中枕簧垂向振动力的转换。上述发电装置通过丝杆螺母-复位弹簧机构，将枕簧的直线运动转化为螺母的旋转运动，进而带动变速器和发电机。枕簧与换向丝杠接触时限制了丝杆的转动，使丝杆只能直线运动，从而与丝杆配合的螺母做旋转运动；当枕簧与丝杠脱离后，枕簧对丝杠的旋转限制力消失，换向丝杠在复位弹簧的作用下，在旋转的同时向下移动，此时螺母保持不动。枕簧与丝杆的反复接触脱离过程会产生动态的冲击回复力，加剧了系统的损耗，从而使能量回收的效率降低。