可变阻尼高速列车垂向液电式减振发电器

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1、可变阻尼高速列车垂向液电式减振发电器　　摘要：高速列车行驶过程中产生的振动，是通过列车转向架系统上的一系、二系等垂向液压减振器作用得到缓冲的。减振器在工作过程中通过液压油往返流经阀体和间隙产生阻尼，吸收汽车在不平路面上行驶产生的振动能量，从而衰减车辆的振动。现有的减振器是将机械能转化为阻尼器内液压油的热能并散发出去，起到减振作用。该作品通过设计一种创新形式的可变阻尼器，采用机一电一液混合系统，通过单向阀组成的液压回路将由路面不平引起的车身与道路间的往复振动转化为单向的油液流动，由液压油驱动可变量液压马达进而带

2、动发电机发电，并通过整流电路输出直流电，从而将振动机械能转化为电能，通过充电电路将电能储存在蓄电池中。本作品通过调节变量液压马达排量调节阻尼器阻尼大小，实现可控阻尼减振，在发电节能的同时可有针对性地根据不同路段轨面的不平顺情况，调节阻尼，增加乘客乘坐舒适性。　　关键词：可变阻尼；减震发电；振动发电　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.257　　0引言　　中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。目前高铁的

3、运行速度最高设计时速可达350公里，已于2011年6月30日正式开通运营的京沪高速铁路客运专线最高时速达到300公里；高速列车是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求。　　在经济高速发展、能源日益匮乏的今天，可再生能源已逐渐成为社会关注的焦点。振动是高铁行驶过程中中存在的一种极为普遍的可再生能源，然而，这种能源却被减振设备吸收以无法利用的热能形式浪费。一般减振器把机械振动运动的能量转化为无法回收利用的热能。若不把振动能量转化为热能，而是转化为电能，则可达到再生能源之目的，大大提高能源的使用率。为了有效利用这种能

4、源，我们从高速列车减振器振动能量回收方面出发，立意研究此可变阻尼高速列车垂向液压减振发电器。研制与开发用于高速列车振动能量回收的装置，对改善高速列车行业节能情况，提高环境质量具有现实意义。　　本文聚焦于列车减振器的能量回收，在列车正常行驶时，由于路面不平度对车轮的激励作用，使得车辆在行驶时其簧载质量与非簧载质量不断地垂向振动，这种振动不仅有害于列车的稳定性，还会降低列车的乘坐舒适性。减振器的作用是衰减振动，而路面激励输入的实质是能量的输入。所以传统减振器的设计本质是将激励能尽可能快速的转变为热能耗散到大气中，

5、因此传统减振器也是一种主动将动能转化为热能的装置。在节能环保为当今社会的主题的情况下，传统减振器的设计本质显然有悖于当今社会的发展。此可变阻尼减振发电器将代表减振器的发展方向，它不仅能实现减振，并以电能的形式回收部分原本被传统减振器以热能的方式耗散掉的能量，还能根据路面情况进行相应的阻尼调节，具有较高的节能减排价值同时提高了乘客的乘坐舒适性。　　1设计方案　　本作品设计的可变阻尼减振发电器系统既可以将原本应被传统阻尼器减振器所耗散掉的部分能量转化为可利用的能量进行储存或提供给负载，达到节能的效果，又起到衰减振

6、动的目的。　　基于该设计思想，我们设计的可变阻尼液电式高铁减振发电器是一套机―电―液的耦合系统，由液压缸、变量液压马达、单向阀、发电机、管路、油箱等组成。其工作原理是液压缸内活塞在外部激励下作往复运动时，液压缸内部的油液流出，首先通?^液压整流桥和单向阀，单向阀的作用是使减振器无论处于压缩行程还是伸张行程，均使油液由单一方向流到变量液压马达。　　液压整流桥是控制流入变量液压马达的流量，保证较稳定的发电量。油液流出液压整流桥后经过液压蓄能器进行稳压，然后较稳定的油液始终沿单一方向驱动变量液压马达，马达带动发电机

7、发电。从液压马达流出的油液再次经过蓄能器稳压后流回液压整流桥，最终回到液压缸中，从而完成油液的循环。同?迹?这样一个过程同样也是能量转换的过程，活塞推动油液在整个油液系统中流动，能量又有机械能转化为液体的动能，油液动马达，马达带动发电机，最终能量转化为了电能，电能又可以储存在车载蓄电池内供车内电子设备使用。　　可变阻尼减振器液压发电装置原理图原理如图1所示。　　当车轮滚进凸起或滚出凹坑时，车轮移近车架，车轮相对车身移近，减振器因弹性元件的存在而压缩，活塞向上推动时，双作用液压缸上腔油液在活塞的挤压下排出，沿红

8、色箭头所示方向流经单向阀进入可变量液压马达。由于油缸大小腔流量变化不等，因此在小腔进油口安装有流量放大/缩小阀，回油油液经过流量放大/缩小阀作用回到液压油缸小腔，保证系统流量总量稳定。　　当车轮滚离凸起或滚进凹坑时，车轮远离车架，车轮相对车身移开，减振器因弹性元件的存在而拉伸，活塞向下压缩，双作用液压缸小腔油液在活塞的挤压下排出，沿红色箭头所示方向流经放大阀、单向阀进入可变量液压马达，最终流回油缸大