新型路面發(fā)電裝置的設計與初步研究論文
摘要:為解決機動(dòng)車(chē)輛路過(guò)路面減速裝置時(shí)大量壓力能被消耗的問(wèn)題，將液壓傳動(dòng)技術(shù)應用到路面減速裝置中。開(kāi)展路面發(fā)電裝置機械結構和液壓系統設計的分析，建立機動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)減速裝置產(chǎn)生的機械量與液壓系統產(chǎn)生的液壓能之間的關(guān)系，設計了路面減速發(fā)電裝置。通過(guò)對該裝置的理論計算，結果表明:此發(fā)電裝置設計合理，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。
關(guān)鍵詞:路面發(fā)電;液壓系統;能量轉換
1引言
進(jìn)入21世紀以來(lái)，隨著(zhù)人民生活水平的提高，機動(dòng)車(chē)的保有量越來(lái)越大，但隨之而來(lái)的是交通事故的急劇增長(cháng)，嚴重影響了人們的生命安全。據統計資料表明，自2001年以來(lái)，因車(chē)輛超速行駛而導致的交通事故數量一直位于各種違法行為的第二位，超速行駛是導致交通事故的最主要原因之一。
為保證安全交管部門(mén)在事故易發(fā)路段設置大量的減速裝置，車(chē)輛通過(guò)這些減速裝置時(shí)能量被大量的浪費掉。本文設計了一種新型路面發(fā)電裝置的系統，該系統安裝在需要減速的路段，既可起到減速作用又可以將浪費的能量加以有效利用。
2系統組成
2.1需要考慮的因素根據汽車(chē)的行駛以及路面的特點(diǎn)，設計一套合適的發(fā)電系統，主要從以下幾個(gè)方面考慮:①裝置依靠汽車(chē)重力進(jìn)行發(fā)電，設計的發(fā)電系統應將重力轉換為可以驅動(dòng)發(fā)電機的其他能量形式;②單個(gè)發(fā)電裝置輸出的不穩定性。通過(guò)發(fā)電裝置的汽車(chē)的大小種類(lèi)不同發(fā)電裝置的輸出功率相差比較大，此問(wèn)題可用適當的緩沖存儲裝置解決;③要有足夠大的速度輸出。器械的轉速直接用來(lái)發(fā)電的話(huà)，可能與發(fā)電機的轉速不太匹配，需要借助一定的齒輪變速裝置來(lái)匹配轉速;
�、茌敵鲆�定。汽車(chē)通過(guò)發(fā)電裝置具有不確定性，故發(fā)出的電量可能時(shí)大時(shí)小，故在系統中需加儲能裝置，最后由儲能裝置將高壓油液穩定輸出驅動(dòng)液壓馬達做功。
2.2組成原理圖
發(fā)電裝置由液壓囊、液壓飛輪(馬達)、齒輪變速器、發(fā)電機組等組成。原理如圖1所示。
3系統原理及分析
3.1系統工作原理此裝置布置在車(chē)流密集的路段，多個(gè)小液壓囊相互并聯(lián)而組成一個(gè)液壓囊組。小液壓囊中充滿(mǎn)液壓油，當汽車(chē)通過(guò)鋪設這種特殊液壓囊的路面時(shí)，汽車(chē)本身的重力使特殊液壓囊受壓變形，囊內的油壓升高，單向閥打開(kāi)，油液由出油口排出，排出的油通過(guò)出油管匯總到主出油管，再充入蓄能器中。高壓油液一種相對平穩的壓力輸出驅動(dòng)液壓飛輪轉動(dòng)，液壓飛輪通過(guò)齒輪變速裝置調速后帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電。從液壓飛輪排出的較低壓力的液壓油經(jīng)過(guò)油液緩沖室中;緩沖室中的液壓油液依次經(jīng)過(guò)主回油管、回油管重新回到液壓囊中(在回油回路上設有油液補充裝置)，等待另一個(gè)供油發(fā)電過(guò)程的開(kāi)始，至此完成一個(gè)供油發(fā)電的循環(huán)(如圖1箭頭所示)。
如上所述，系統各組成單元中的運動(dòng)形式如圖2所示。系統工作時(shí)，能量在系統各組成單元間傳遞，從汽車(chē)的勢能到電能的轉化過(guò)程如圖3所示。
圖2系統的運動(dòng)形式圖
圖3能量轉化原理圖汽車(chē)路過(guò)發(fā)電裝置的運動(dòng)規律是不能確定的，因此直接用不穩定的.機械能來(lái)發(fā)電是沒(méi)有意義的，但通過(guò)一定的緩沖裝置將不穩定的機械能先轉化為其他形式的穩定能量，如液壓能，再來(lái)發(fā)電，效率就會(huì )提高很多。故將液壓囊傳來(lái)的油先存儲在蓄能器內，當蓄能器內的油壓達到一定值時(shí)，驅動(dòng)馬達轉動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，并維持油壓在這一定值附近，以保證液壓馬達葉輪的轉速在一個(gè)不大的范圍內變化，發(fā)出的電能波動(dòng)也不大，再通過(guò)相關(guān)的處理裝置就可以得到較高質(zhì)量的電能。
3.2系統分析
假設一輛重量為10 t的汽車(chē)以36 km/h通過(guò)液壓囊，液壓囊的上表面面積為30 cm×30 cm，液壓囊上面板向下移動(dòng)距離為5 cm。汽車(chē)在通過(guò)液壓囊時(shí)重力所做的功為:W=Mgh(1)式中:W為汽車(chē)壓過(guò)液壓囊所做的功(J);M為汽車(chē)壓在液壓囊上的重力(kg)，按1/4車(chē)計算;g為重力加速度(10 N/kg);h為下降距離(m)。
汽車(chē)通過(guò)液壓囊的時(shí)間為:
t=h/V(2)式中:t為時(shí)間(s);V為汽車(chē)的速度(m/s)。
每個(gè)液壓囊的功率為:
P=W/t×η(3)式中:P為液壓囊的功率(kW);η為液壓囊的能量轉換效率(按30%計算)由式(1)得W=250 J，由式(2)得下降時(shí)間t=0.03 S，代入式(3)可得每個(gè)液壓囊的功率p=2.5 kW。
每個(gè)液壓發(fā)電機組裝機容量為100 kW/h，目前國內火力發(fā)電能耗的平均標準為:每產(chǎn)生一度電消耗344 g標準煤、4 L淡水并產(chǎn)生150 g灰渣、800 g二氧化碳、10 g二氧化硫。按照每臺新型發(fā)電裝置功率100 kW，每天工作8 h計算一年(365天)產(chǎn)生的電能為29.2萬(wàn)度。按火力發(fā)電的能耗標準計算，一年可以節約標準煤100.448 t;節約用水1168 t;減少灰渣垃圾排放43.8 t;減排二氧化碳233.6 t;減排二氧化硫2.92 t。同時(shí)生產(chǎn)出來(lái)的電能按每度電0.5元計算可產(chǎn)生經(jīng)濟效益14.6萬(wàn)元。
4結語(yǔ)
本文基于液壓傳動(dòng)、蓄能器等理論知識提出了一種利用汽車(chē)碾壓路面的液壓系統產(chǎn)生電能的新方法，設計了一套利用液壓發(fā)電的液壓系統。該系統將器材不穩定的壓力能轉化為穩定的液壓能，然后利用穩定的液壓能發(fā)電，提供較為穩定電能。對系統的能耗分析，可以看出其應用前景及蘊藏的發(fā)展潛力。
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