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北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:面向列车轨道的减振发电系统
学校名称:山东理工大学
参赛队伍:山理5队
参赛学生:卢鑫琪 原帅  
指导老师:宋汝君  

详细说明
数模:https://www.yuzhouyuan.world/models/63802d7e24b6ba35b2c587b8/art

如何运用橡胶垫浮置板、减振垫、谐振式浮轨扣件等元件组合形成多层弹性轨道结构进行减振。得出多个弹性单元相互协调工作,能有效增大振动吸收效果并且减小振动传递的效果,缓解轨道沿线的振动噪音问题。探讨列车轨道系统各零部件的铺装方式以此达到最佳减振效果。得出合理的铺装方式。如何合理有效的选用压电材料以及压电陶瓷的设计结构才能达到最大程度的发电,利用压电能量收集电路使压电振子输出的交流电为轨道沿线村庄或电灯等电路系统进行供电,得出完备的电路系统。从而形成可持续高效、绿色环保、长寿命的减振发电方式。

轨道列车引发振动的原理,主要有以下几个因素:一,列车自身太重,运行时会产生很大的冲击,造成轨道产生变形和位移,进而产生更大的振动[2];二,轮轨接触振动,轮轨接触振动是轨道列车中不可避免的一个问题,轮轨系统的高频振动的主要原因是车轨耦合系统下接触表面因素所影响的,轮轨振动是以钢轨振动为主,列车车轮主要起相应作用[2];三,接缝产生的振动,列车在运行时,速度越大,产生的冲击也就越大,在经过轮轨接缝处,对接缝产生的冲击,会导致缝隙越来越大,因此速度越快产生的振动和噪声会更高[2];四,磨损引发的振动,有一个无法避免的问题,那就是不管任何东西只要是在使用的就会产生磨损,所以当列车和轨道会运行一段时间后,轨道和车轮就会造成磨损[2];这种磨损在钢铁上会显现不均匀的光泽,这就是波磨,这就导致了车轮与轨道的接触面更加粗糙,接触时也就会产生更大的振动[4

在轮轨相互作用下,轮轨之间产生的作用力分别传给车辆和轨道。向上使车辆振动产生轮对振动位移,向下使轨道钢轨振动产生钢轨振动位移,从而使钢轨与车轮发生轮轨关系动态变化,在轮轨弹性压缩后,又反作用于车辆与轨道系统。这个作用力循环的过程,使系统处于待定的耦合振动形态[1]

为了解决轮轨系统产生振动的问题。由于实施容易,性价比高涌现出大量针对车辆及轨道减振降噪的产品。这些减振产品已经成为解决轨道列车振动及波磨产生的关键。

波源消除[5],从轨道列车产生振动的原因看,反向消除相比较是会更好,不过想要彻底消除波源几乎不可能,所以考虑列车振动的传播过程需要一定媒介这一传播因素,可以通过切断传播媒介的形式来消除振动的扩散,因此在轨道振动的消除方面可以用反向消除和媒介切断来解决[6]。消除振动的方式现在有从振源控制,在产生振动的两个物件之间,直接放上一定减振材料进行控制,还可以在振动的传播突径将它阻隔或抵消,可以从轨道及轨道相连的其它结构的出发,放上一定减振材料切断其传播的道路或者降低振动的扩散效果,还有一种是从振动影响的受振目标出发,对其进行反向消除和阻隔,比如在建筑物旁假设仪器消除或阻隔振动,这样当产生振动时,振动不会影响到被振的目标,反而会反过来把振动消除。

综上来看,从受振目标来进行减振太宽泛、太难,并不能从根本上上解决列车振动问题。所以现今使用的方案大多通过控制振源和控制振动传播途径来解决振动问题。例如橡胶减振垫,减振型扣件[7

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