一种轨道机械振动能量回收装置

1.本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道机械振动能量回收装置。


背景技术：

2.在现代化的铁路系统中，安装有大量的轨道设备和检测设备，这些设备需定期保养、维护检修，因为人工现场作业天窗时间短，施工难度大，维护成本较高，所以电子自动化设备逐步取代人工上道作业将是一种需求和趋势。特别是在高寒重载铁路线上，人烟稀少，检测和作业环境艰苦，更需要机械化和自动化的作业。但是大量的电子设备上道，面临的最大问题就是如何解决电源问题，在没有供电的铁路区段，部分道旁设备需要使用电池进行供电，而电池作为电源供电需要频繁更换电池，或定期为电池充电，从而产生高维护成本的问题，还有部分轨旁设备需要铺设远距离的电缆至固定电源位置或者站房取电，成本较高。
3.重载列车在轨道上运行时，轨道及其附近道路会产生强烈振动，这个能量比普通铁路轨道振动能量高出许多，但是现有技术中并没有将这些振动能量进行收集，造成了能量的浪费。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种轨道机械振动能量回收装置，以解决现有重载列车在轨道上运行时，轨道及其附近道路会产生强烈振动，这个能量比普通铁路轨道振动能量高出许多，但是现有技术中并没有将这些振动能量进行收集，造成了能量的浪费的问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种轨道机械振动能量回收装置，包括发电装置、立柱、传动装置、转动装置和连接装置；所述发电装置包括主发电机，所述立柱位于发电机的上方，所述转动装置包括转轴和支撑座，所述支撑座设在发电机的一侧，所述转轴转动连接在支撑座上，所述连接装置将转轴和主发电机的输入轴连接，所述传动装置将立柱和转轴连接；所述立柱上下移动时，通过所述传动装置将立柱的动能传递给转轴，以带动转轴转动，所述转轴转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机的输入轴转动。
7.该技术方案中，发电机为现有技术，主要由定子、转子、端盖、电刷、机座及轴承等部件构成，通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流；本方案在具体实施时，将立柱安装在铁轨的下缘，当铁轨在列车车轨作用下发生竖直方向振动时，与铁轨固定安装的立柱发生竖直方向上的上下移动，当立柱向上下移动时，通过所述传动装置将立柱的动能传递给转轴，以带动转轴转动，所述转轴转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机的输入轴转动，从而带动主发电机的转子能在定子中旋转，进而产生了电流。
8.优选的，所述传动装置包括传动杆和连接杆，所述连接杆的一端和转轴固定连接，
所述连接杆的另一端和传动杆铰接，所述传动杆远离连接杆的一端和立柱铰接。
9.该技术方案中，当立柱向下移动时，传动杆也向下移动，且传动杆会带动连接杆逆时针旋转，进而使得连接杆带动转轴逆时针旋转，当立柱向上移动时，传动杆也向上移动，且传动杆会带动连接杆顺时针旋转，进而使得连接杆带动转轴顺时针旋转。
10.优选的，所述连接装置包括棘轮、安装圆盘和棘爪，所述棘轮固定设在主发动机输入轴的端部，所述安装圆盘设在转轴朝向棘轮的一端，且所述安装圆盘位于棘轮的内腔中，所述棘爪铰接在安装圆盘上，且所述棘爪与棘轮内部的齿形槽配合，所述连接装置还包括弹簧，所述弹簧的一端和棘爪连接，所述弹簧的另一端和安装圆盘连接。
11.该技术方案中，连接装置具体为棘轮、安装圆盘和棘爪，棘轮和棘爪配合，使得转轴只能在一个方向上带动主发电机的输入轴转动，即当转轴逆时针转动时，转轴带动棘爪逆时针转动，此时棘轮对棘爪进行限位，即棘爪会带动棘轮转动，进而带动发电机的输入轴转动，产生电流；当转轴顺时针转动时，此时棘爪不会带动棘轮转动，主发电机的输入轴在惯性作用下继续向原来旋转的方向旋转，实现电能的持续产生；综上，本方案由于棘轮棘爪的设置使得主发电机的输入轴只能单向转动，进而使得立柱上下的往复运动能够较小的影响输入轴的转速，进一步提高了发电装置产生电能的效率；若输入轴可双向转动，当输入轴顺时针转动后又逆时针旋转时，那么输入轴的转速先降后升，之后输入轴的旋转方向再次变化时，转速又会先降后升，以此循环，输入轴的转速受到极大影响，浪费了大量的动力，降低了发电装置产生电能的效率。
12.优选的，所述发电装置还包括副发电机、主动齿轮和从动齿轮，所述副发电机设在支撑座远离主发电机的一侧，所述主动齿轮固定套设在转轴上，所述从动齿轮固定套设在从发电机的输入轴上，所述主动齿轮和从动齿轮相互啮合。
13.该技术方案中，通过设置的副发电机、主动齿轮和从动齿轮，使得本装置中，主发电机在产生电流的同时，副发电机也在产生电流，即当立柱上下移动时，会通过传动杆带动连接杆转动，连接杆转动带动转轴转动，转动转动带动主动齿轮转动，主动齿轮转动带动从动齿轮转动，进而使得副发电机的输入轴转动，产生电流。
14.优选的，所述主动齿轮的直径大于从动齿轮的直径。
15.该技术方案中，需要说明的是，由于从动齿轮的齿数较少，从动齿轮的转速相对更高，动能更大，因而转化而成的电能也更高，转化效率高。
16.优选的，所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置都为两组，两组所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置绕所述立柱的中心呈中心对称分布。
17.该技术方案中，由于各个装置呈中心对称布置，不存在偏心力矩，具有较好的力学性能，装置寿命更长，即立柱向下移动时，立柱通过各个部件带动两个转轴向着相反的方向旋转，即使得整个装置受力相对均匀，不存在偏心力矩。
18.优选的，所述立柱的顶部设有上板，所述上板的横截面积大于立柱的横截面积。
19.该技术方案中，上板用以于安装在铁轨上。
20.优选的，还包括底板，所述底板位于支撑座底部。
21.该技术方案中，底板的设置便于整个装置的搬运。
22.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
23.1.本发明中，当铁轨在列车车轨作用下发生竖直方向振动时，与铁轨固定安装的
立柱发生竖直方向上的上下移动，当立柱向上下移动时，通过所述传动装置将立柱的动能传递给转轴，以带动转轴转动，所述转轴转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机的输入轴转动，从而带动主发电机的转子能在定子中旋转，进而产生了电流，实现了对铁轨振动能量的收集。
24.2.本发明中，由于棘轮棘爪的设置使得主发电机的输入轴只能单向转动，进而使得立柱上下的往复运动能够较小的影响输入轴的转速，进一步提高了发电装置产生电能的效率；
25.3.本发明中，通过设置的副发电机、主动齿轮和从动齿轮，使得本装置中，主发电机在产生电流的同时，副发电机也在产生电流，即当立柱上下移动时，会通过传动杆带动连接杆转动，连接杆转动带动转轴转动，转动转动带动主动齿轮转动，主动齿轮转动带动从动齿轮转动，进而使得副发电机的输入轴转动，产生电流。
附图说明
26.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
27.图1是本发明的立体结构示意图；
28.图2是本发明的能量回收装置的正视立体结构示意图；
29.图3是本发明的能量回收装置的侧视立体结构示意图；
30.图4是本发明的图3中传动杆和立柱切割后的立体结构示意图；
31.图5是本发明的图4中没有副发电机时的立体结构示意图；
32.图6是本发明的图5中没有支撑座、传动杆、连接杆时的侧视立体结构示意；
33.图7是本发明的图5中转轴与棘轮分开时的立体结构示意。
34.附图标记
35.10-立柱，11-上板，12-底板，20-传动杆，21-连接杆，30-转轴，31-支撑座，40-主发电机，41-副发电机，42-主动齿轮，43-从动齿轮，50-棘轮，51-棘爪，52-弹簧，53-安装圆盘。
具体实施方式
36.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
44.实施例
45.如图1-图7所示，本发明实施例中公开了一种轨道机械振动能量回收装置，包括发电装置、立柱10、传动装置、转动装置和连接装置；所述发电装置包括主发电机40，所述立柱10位于发电机的上方，所述转动装置包括转轴30和支撑座31，所述支撑座31设在发电机的一侧，所述转轴30转动连接在支撑座31上，所述连接装置将转轴30和主发电机40的输入轴连接，所述传动装置将立柱10和转轴30连接；所述立柱10上下移动时，通过所述传动装置将立柱10的动能传递给转轴30，以带动转轴30转动，所述转轴30转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机40的输入轴转动。需要说明的是，发电机为现有技术，主要由定子、转子、端盖、电刷、机座及轴承等部件构成，通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流；本方案在具体实施时，将立柱10安装在铁轨的下缘，当铁轨在列车车轨作用下发生竖直方向振动时，与铁轨固定安装的立柱10发生竖直方向上的上下移动，当立柱10向上下移动时，通过所述传动装置将立柱10的动能传递给转轴30，以带动转轴30转动，所述转轴30转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机40的输入轴转动，从而带动主发电机40的转子能在定子中旋转，进而产生了电流。
46.如图2、图3、图4所示，本实施例中，所述传动装置包括传动杆20和连接杆21，所述连接杆21的一端和转轴30固定连接，所述连接杆21的另一端和传动杆20铰接，所述传动杆20远离连接杆21的一端和立柱10铰接。需要说明的是，当立柱10向下移动时，传动杆20也向下移动，且传动杆20会带动连接杆21逆时针旋转，进而使得连接杆21带动转轴30逆时针旋转，当立柱10向上移动时，传动杆20也向上移动，且传动杆20会带动连接杆21顺时针旋转，
进而使得连接杆21带动转轴30顺时针旋转。
47.如图4、图5、图6、图7所示，本实施例中，所述连接装置包括棘轮50、安装圆盘53和棘爪51，所述棘轮50固定设在主发动机输入轴的端部，所述安装圆盘53设在转轴30朝向棘轮50的一端，且所述安装圆盘53位于棘轮50的内腔中，所述棘爪51铰接在安装圆盘53上，且所述棘爪51与棘轮50内部的齿形槽配合，所述连接装置还包括弹簧52，所述弹簧52的一端和棘爪51连接，所述弹簧52的另一端和安装圆盘53连接。需要说明的是，连接装置具体为棘轮50、安装圆盘53和棘爪51，棘轮50和棘爪51配合，使得转轴30只能在一个方向上带动主发电机40的输入轴转动，即当转轴30逆时针转动时，转轴30带动棘爪51逆时针转动，此时棘轮50对棘爪51进行限位，即棘爪51会带动棘轮50转动，进而带动发电机的输入轴转动，产生电流；当转轴30顺时针转动时，此时棘爪51不会带动棘轮50转动，主发电机40的输入轴在惯性作用下继续向原来旋转的方向旋转，实现电能的持续产生；综上，本方案由于棘轮50棘爪51的设置使得主发电机40的输入轴只能单向转动，进而使得立柱10上下的往复运动能够较小的影响输入轴的转速，进一步提高了发电装置产生电能的效率；若输入轴可双向转动，当输入轴顺时针转动后又逆时针旋转时，那么输入轴的转速先降后升，之后输入轴的旋转方向再次变化时，转速又会先降后升，以此循环，输入轴的转速受到极大影响，浪费了大量的动力，降低了发电装置产生电能的效率。
48.如图2、图4所示，本实施例中，所述发电装置还包括副发电机41、主动齿轮42和从动齿轮43，所述副发电机41设在支撑座31远离主发电机40的一侧，所述主动齿轮42固定套设在转轴30上，所述从动齿轮43固定套设在从发电机的输入轴上，所述主动齿轮42和从动齿轮43相互啮合。需要说明的是，通过设置的副发电机41、主动齿轮42和从动齿轮43，使得本装置中，主发电机40在产生电流的同时，副发电机41也在产生电流，即当立柱10上下移动时，会通过传动杆20带动连接杆21转动，连接杆21转动带动转轴30转动，转动转动带动主动齿轮42转动，主动齿轮42转动带动从动齿轮43转动，进而使得副发电机41的输入轴转动，产生电流。
49.如图2、图4所示，本实施例中，所述主动齿轮42的直径大于从动齿轮43的直径。需要说明的是，由于从动齿轮43的齿数较少，从动齿轮43的转速相对更高，动能更大，因而转化而成的电能也更高，转化效率高。
50.如图2、图3所示，本实施例中，本实施例中，所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置都为两组，两组所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置绕所述立柱10的中心呈中心对称分布。需要说明的是，由于各个装置呈中心对称布置，不存在偏心力矩，具有较好的力学性能，装置寿命更长，即立柱10向下移动时，立柱10通过各个部件带动两个转轴30向着相反的方向旋转，即使得整个装置受力相对均匀，不存在偏心力矩。
51.如图2所示，本实施例中，本实施例中，所述立柱10的顶部设有上板11，所述上板11的横截面积大于立柱10的横截面积。需要说明的是，上板11用以于安装在铁轨上。
52.如图1所示，本实施例中，本实施例中，还包括底板12，所述底板12位于支撑座31底部。需要说明的是，底板12的设置便于整个装置的搬运。
53.本实施例的工作原理为：将上板11安装在铁轨的下缘，当铁轨在列车车轨作用下发生竖直方向振动时，与铁轨固定安装的上板11带动立柱10发生竖直方向上的上下移动，当当立柱10向下移动时，传动杆20也向下移动，且传动杆20会带动连接杆21逆时针旋转，进
而使得连接杆21带动转轴30逆时针旋转，转轴30带动棘爪51和主动齿轮42逆时针转动，此时棘轮50对棘爪51进行限位，即棘爪51会带动棘轮50转动，进而带动主发电机40的输入轴转动，产生电流，且同时主动齿轮42带动从动齿轮43转动，进而使得副发电机41的输入轴转动，产生电流；当立柱10向上移动时，传动杆20也向上移动，且传动杆20会带动连接杆21顺时针旋转，进而使得连接杆21带动转轴30和主动齿轮42顺时针旋转，转轴30带动棘爪51顺时针转动，此时棘爪51不会带动棘轮50转动，主发电机40的输入轴在惯性作用下继续向原来旋转的方向旋转，实现电能的持续产生，同时主动齿轮42带动从动齿轮43转动，进而使得副发电机41的输入轴转动，产生电流。
54.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
55.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，包括发电装置、立柱(10)、传动装置、转动装置和连接装置；所述发电装置包括主发电机(40)，所述立柱(10)位于发电机的上方，所述转动装置包括转轴(30)和支撑座(31)，所述支撑座(31)设在主发电机(40)的一侧，所述转轴(30)转动连接在支撑座(31)上，所述连接装置将转轴(30)和主发电机(40)的输入轴连接，所述传动装置将立柱(10)和转轴(30)连接；所述立柱(10)上下移动时，通过所述传动装置将立柱(10)的动能传递给转轴(30)，以带动转轴(30)转动，所述转轴(30)转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机(40)的输入轴转动。2.根据权利要求1所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述传动装置包括传动杆(20)和连接杆(21)，所述连接杆(21)的一端和转轴(30)固定连接，所述连接杆(21)的另一端和传动杆(20)铰接，所述传动杆(20)远离连接杆(21)的一端和立柱(10)铰接。3.根据权利要求1任一所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述连接装置包括棘轮(50)、安装圆盘(53)和棘爪(51)，所述棘轮(50)固定设在主发动机输入轴的端部，所述安装圆盘(53)设在转轴(30)朝向棘轮(50)的一端，且所述安装圆盘(53)位于棘轮(50)的内腔中，所述棘爪(51)铰接在安装圆盘(53)上，且所述棘爪(51)与棘轮(50)内部的齿形槽配合。4.根据权利要求3所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述连接装置还包括弹簧(52)，所述弹簧(52)的一端和棘爪(51)连接，所述弹簧(52)的另一端和安装圆盘(53)连接。5.根据权利要求1所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述发电装置还包括副发电机(41)、主动齿轮(42)和从动齿轮(43)，所述副发电机(41)设在支撑座(31)远离主发电机(40)的一侧，所述主动齿轮(42)固定套设在转轴(30)上，所述从动齿轮(43)固定套设在从发电机的输入轴上，所述主动齿轮(42)和从动齿轮(43)相互啮合。6.根据权利要求5所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述主动齿轮(42)的直径大于从动齿轮(43)的直径。7.根据权利要求1-6任一所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置都为两组，两组所述发电装置、传动装置、转动装置和连接装置绕所述立柱(10)的中心呈中心对称分布。8.根据权利要求1-6任一所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，所述立柱(10)的顶部设有上板(11)，所述上板(11)的横截面积大于立柱(10)的横截面积。9.根据权利要求1-6任一所述的一种轨道机械振动能量回收装置，其特征在于，还包括底板(12)，所述底板(12)位于支撑座(31)底部。

技术总结
本发明公开了一种轨道机械振动能量回收装置，属于轨道交通技术领域，解决现有列车在轨道上运行时，轨道及其附近道路会产生强烈振动，但是现有技术中并没有将这些振动能量进行收集的问题；其包括发电装置、立柱、传动装置、转动装置和连接装置；发电装置包括主发电机，立柱位于发电机的上方，转动装置包括转轴和支撑座，支撑座设在发电机的一侧，转轴转动连接在支撑座上，连接装置将转轴和主发电机的输入轴连接，传动装置将立柱和转轴连接。本发明中，通过传动装置将立柱的动能传递给转轴，以带动转轴转动，所述转轴转动时通过连接装置将动力传递给输入轴，以带动主发电机的输入轴转动，从而带动主发电机的转子能在定子中旋转，进而产生了电流。产生了电流。产生了电流。


技术研发人员：余俊 陈爱平 亓伟 陈爽 陈建男 江凯 何雨
受保护的技术使用者：成都工业职业技术学院
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/6/12