一种储能式钢轨吸振器的制作方法

本发明属于吸振发电储能领域，具体为一种适用于轨道交通领域的储能式钢轨吸振器。

背景技术：

轨道交通减振常通过在钢轨表面附加“质量-弹簧-阻尼”吸振器，达到减振降噪的效果。传统的“质量-弹簧-阻尼”吸振器，能够吸收钢轨的部分振动并将其转化为吸振器振子的机械能，之后通过吸振器阻尼将机械能转化为热能并耗散。通过设计“质量-弹簧-阻尼”的相关参数，能够选择并控制吸振器的有效工作频段，并对相应频段的振动起到吸振作用。由此可知，传统的减振方式并没有利用振动能量，而是把振动能量转换成热能耗散掉，造成对资源的浪费。随着轨道交通的大量使用与高密度运营，轨道交通作为一种绿色友好型的交通工具，如何高效利用振动能量需要得到重视。

据检索，目前已有应用于轮轨振动发电的装置，如申请号为cn201510268142.0的轮轨振动发电及储能系统，包括装夹结构、齿条、轮系结构、发电机、储存装置、底板；装夹结构夹紧轮轨下方，齿条固连于装夹结构上，齿条与轮系结构相啮合，轮系结构中设置有单向传动选择装置，轮系结构的输出轴连接发电机，发电机电连接储存装置；系统固定在底板上。但该方案中发电及储能系统中吸振端与发电端通过轮系结构连接，因机械结构安装间隙会产生能量传递损失，振动能量传递效率低。

液压装置能够较好地传递结构机械振动，液压装置和发电以及储能装置已经分别在机械与电气等方向运用颇多，而将液压传动与吸振发电装置结合并用到轨道减振与能量回收中则是一种创新的做法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有机械传动轮轨振动发电装置的不足，提供一种可远距离传输振动能量、能量传递效率高的储能式钢轨吸振器。

本发明采用的技术方案是：一种储能式钢轨吸振器，包括储能装置，还包括吸振装置、液压管和发电装置，所述吸振装置包括固定件、第一带杆活塞、第一液压缸，所述第一带杆活塞的活塞端位于第一液压缸内，所述第一带杆活塞的另一端与固定件连接；所述发电装置包括第二带杆活塞、第二液压缸、传动装置、发电机，所述第二带杆活塞的活塞端位于第二液压缸内，所述第二带杆活塞的另一端通过传动装置与发电机连接；所述液压管的两端分别与第一液压缸、第二液压缸连通；所述发电机与储能装置电连接。

上述方案中，吸振装置通过固定件安装在钢轨底部时，钢轨上下振动时带动第一带杆活塞上下运动，振动能量通过液压传导至第二带杆活塞使得第二带杆活塞上下运动，然后第二带杆活塞的直线运动通过传动装置转化为转动运动并带动发电机发电。钢轨的振动能量通过液压液可实现远距离传输，且振动能量均通过液压液传递，液压液运动时有一部分热能产生耗散，但大部分带动第二带杆活塞运动，相比通过机械结构传递能量损失更小，振动能量的传递率高。

优选的，所述固定件内设有滑动球铰层，所述滑动球铰层包括支座和设置在支座顶部、底部的滚珠，所述滑动球铰层可在固定件中平动，且滑动球铰层的底部通过球铰与第一带杆活塞铰接，以确保从钢轨传递到第一带杆活塞的振动方向是垂直于活塞平面的，保证装置的工作寿命与工作效率。

优选的，根据实际需要，所述钢轨的底部或/和钢轨的轨腰设置有吸振装置，所述钢轨底部的吸振装置竖直设置，所述钢轨轨腰的吸振装置水平竖直，从而将钢轨横向和垂向的振动能量转化为电能并储存。

优选的，当所述钢轨的底部和钢轨的轨腰均设置有吸振装置时，所述钢轨底部的吸振装置的一侧、所述钢轨轨腰的吸振装置的一侧分别与带杆圆环套筒中的水平套筒、竖直套筒固定连接。

优选的，所述传动装置包括齿条、与齿条啮合的齿轮，所述齿条与第二带杆活塞固定连接，所述发电机中的线圈转子与齿轮同轴固定连接。

在上述方案中，第二带杆活塞振动时带动齿条往复运动，齿轮则随之做旋转运动，从而带动线圈转子转动发电。

优选的，所述第一液压缸的液压面积大于第二液压缸的液压面积，此时可以放大振动位移，使得齿条移动距离增加，线圈转子转速上升，在相同条件下生产电能效率增加。

优选的，针对振动方向变化而导致的电流方向不均匀问的题，所述发电机与储能装置之间设置有整流电路。

本发明的有益效果是：

1、本发明的储能式钢轨吸振器能够将钢轨横向和垂向的振动能量转化为发电机内线圈转子的转动，最后转化为电能并储存，是为轨道结构的减振降噪的一种新方式；

2、液压结构布置较为灵活，轨道结构本身振动振幅不大且为宽频振动。液压结构由于其特性，能够较好地感应传递振动并在齿条端进行放大，发电储能效率较高；

3、液压结构的动力传递特性，能够处理轨道结构较为复杂的情况，对轨下孔隙要求较低，并能同时布置于轨下和轨腰，吸振端与发电端分离，装拆方便灵活，能够较灵活布置。

附图说明

图1是本发明储能式钢轨吸振器的结构示意图；

图2是本发明中吸振装置的结构示意图；

图3是本发明中滑动球铰层的结构示意图；

图4是本发明中吸振装置的安装示意图；

图5是本发明中第一液压缸的底部缸盖的俯视图；

图6是本发明中液压管的示意图；

图7是本发明中发电装置的正视图和侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1～7所示，一种储能式钢轨吸振器，安装于需要减振降噪的轨道结构上，包括吸振装置2、液压管4、发电装置3。

吸振装置2由固定层8、滑动球铰层9、第一带杆活塞15和第一液压缸11等组成。固定层8固定在钢轨1表面与钢轨共同振动，滑动球铰层9上端由固定层8约束除平动外的其他自由度，另一端通过球铰与第一带杆活塞15连接。第一带杆活塞15一端铰接于滑动球铰层9，另一端穿过第一液压缸11的顶部缸盖10和顶盖垫圈13伸入第一液压缸11。其中顶盖垫圈13能在金属件之间形成缓冲，同时能够提高液压缸体内的气密性。此外，第一液压缸11的底部缸盖12处设有底盖垫圈16，第一带杆活塞15的活塞端设置有多圈橡胶环14，用于提高液压缸体内的气密性与活动性。第一液压缸11内部设置有性能良好的液压液，其底部有第一导液孔17。

在具体实施例中，滑动球铰层9包括支座、在支座顶部、底部同时布置的滚珠，滚珠分别横向布置一列和纵向布置一列，同时在固定层内壁设置内凸边界，将滚珠限制在合适的范围内滚动，以保证滚珠的均匀分布。

液压管4的一端通过第一接头32与第一液压缸11的导液孔17连通；液压管4另一端通过第二接头33与第二液压缸19底部的第二导液孔24连通。液压管4用于传递振动，可通过液压管4截面大小调节两端液压液的振动速度。液压液运动时有一部分热能产生耗散，但大部分带动第二带杆活塞21运动。液压管4可根据实际轨道结构固定至轨道结构上。

发电装置3由第二带杆活塞21、第二液压缸19、传动装置5和发电机g等组成。其中传动装置5为齿轮26和齿条27组成的齿轮齿条机构，也可以为曲柄滑块机构、凸轮机构等可将直线运动转化为转动的装置。第二液压缸19的上部缸盖18、下部缸盖20分别设有第一垫圈25、第二垫圈23，下部缸盖20上开设第二导液孔24。第二带杆活塞21的活塞端位于第二液压缸19，并套设有多圈密封环21，第二带杆活塞21的另一端穿过第二液压缸19的上部缸盖18、第一垫圈25与齿条27固定连接。齿轮26与齿条27相啮合，并能够将齿条27的直线振动转化为往复的转动。线圈转子28同轴固定在齿轮26上并与齿轮26同轴转动，线圈转子28结合磁体29形成发电机g。发电装置3整体封装布置在不影响铁路运行的位置。

储能装置7与发电机g之间通过导线6相连，储能装置7的布置间距可以是一个钢轨扣件间距也可以是多个扣件间距。针对振动方向变化而导致的电流方向不均匀问题，可以采用整流电路将其变换为单向直流电，并连接储能装置7。也可以采用正向电阻处理，线圈转子28连接两个带有不同方向的单向电阻输出电路，并分别连接两个储存装置7，则可将电能储存于不同的储存装置中。

本实施例中，吸振装置2可布置在钢轨1底部与道床之间，也可布置于钢轨1轨腰至道床之间，可根据实际需要与线路情况布置。吸振装置2的固定方式可以为：对于钢轨底部布置的吸振装置2，可通过第一液压缸11的底部缸盖12与道床用螺栓锚接，或通过带杆圆环套筒30与道床用螺栓锚接；对于钢轨轨腰处布置的吸振装置2，带杆圆环套筒30与锚固垫板31锚接于道床上。如果单一布置钢轨底部的吸振装置2，则采用底部缸盖12与道床用螺栓锚接更为方便。

本实施例中，第一液压缸11和第二液压缸19的液压面积可不相同，前者面积大于后者时，可以放大振动位移，使得齿条27的移动距离增加，线圈转子28转速上升，在相同条件下提高生产电能的效率，但是吸振器的负荷也会相应增加。具体设计方案可根据实际振动振幅与吸振器的强度进行调整。