本发明涉及轨道车辆振动能量回收技术领域，具体涉及一种回收车架与转向架垂向振动能量的装置。
背景技术：
由于轨道车辆的运行速度、车辆载客量、轨道不平顺度等因素，激励和诱发了车辆和轨道不同程度的振动，这些振动能量大部分被车体、轨道、轨枕及地基所吸收并消耗掉。这些振动不但对环境产生不利的影响，其中一部分还转化为噪声向周围辐射，在当今能源短缺的背景下，对车辆轨道振动的能量进行回收具有重要意义。中国专利cn104283457b公开了一种轨道垂向振动能量回收装置，安装在轨道的轨枕与道床之间，该回收装置包括依次连接的垂向振动能量采集模块、同步提取接口电路和超级电容储能模块，所述的垂向振动能量采集模块设置在轨枕与道床之间；垂向振动能量采集模块将轨道垂向振动的机械能转换为电能，同步提取接口电路对垂向振动能量采集模块输出的电能进行转换，并将转换后的电能存储至超级电容储能模块中，但该装置具体设于轨道的轨枕与道床之间，而对于震动更为剧烈的车架与转向架之间，其垂向振动能量无法得到收集。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种回收车架与转向架垂向振动能量的装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种回收车架与转向架垂向振动能量的装置，安装在轨道车辆的转向架与车架之间，包括垂向振动能量采集单元、同步提取接口电路和电容储能单元，其中，所述垂向振动能量采集单元包括底座、依次设于底座上的固定铰支座、脚架和固定挡板，所述固定铰支座上连接曲柄，所述曲柄连接在滑动铰支座上，所述脚架上固定设有滑槽，所述滑槽内设有永磁体，滑槽外缠绕线圈，所述永磁体连接连杆，所述连杆的另一端连接滑动铰支座，所述永磁体与弹簧连接，所述弹簧另一端连接在固定挡板上，固定挡板的前表面设有压电片，所述线圈和压电片的引出导线接入所述同步提取接口电路的输入端，同步提取接口电路的输出端接入所述电容储能单元。该装置将车架垂向振动的机械能转换为电能输出，实现振动能量的采集。
进一步地，所述的曲柄、连杆与底座形成三角状，从而方便将垂向震动能量转变为水平运动。
进一步地，所述底座与转向架固定在一起，所述固定铰支座、脚架和固定挡板均通过焊接固定在底座上，所述滑槽焊接固定在脚架上，实现共振。
进一步地，所述曲柄和固定铰支座、连杆和曲柄、永磁体滑块和连杆两两之间采用销连接，所述滑动铰支座的上表面与车架相接触处镀有防摩擦金属层。
进一步地，所述压电片的材料为聚偏氟乙烯，通过导电胶粘结在固定挡板的前表面。
进一步地，所述的固定铰支座、滑动铰支座和脚架的材料均为铸铁。
进一步地，所述曲柄、连杆和固定挡板的截面形状为矩形，材料为合金钢。
进一步地，所述滑槽的材料为不导磁的铜锌合金，所述线圈为漆包铜线。
进一步地，所述的同步提取接口电路由二极管桥式整流电路、同步电感、电子开关和续流二极管组成。
进一步地，所述的电容储能单元为超级电容储能单元，由超级电容单体、均压电阻和机箱壳体组成。
本发明的工作原理是：将该装置固定在转向架上，使滑动铰支座的上表面与车架相接触，当车架与转向架发生相对振动时，振动首先传递到曲柄和连杆，进而转换成永磁体的来回滑动，使弹簧产生伸缩，固定挡板表面的压电片产生变形并产生电荷，将机械能转换成电能输出；同时，连杆的转动带动永磁体在滑槽内来回滑动，使通过线圈的磁通量不断改变，产生感应电荷。利用同步提取接口电路对采集到的电能进行变换，具体是：首先通过桥式整流电路，将线圈和压电片的交流电整流为直流。电子开关闭合时进行电荷提取，线圈和压电片中的电能转移至电感中，当电荷从线圈和压电片中全部转移，再次打开开关，电感中的电荷通过续流二极管转移至电容器。同步提取接口电路输出的电能由电容储能单元存储，超级电容储能单元由超级电容单体和均压电阻组成，超级电容充放电迅速可靠且寿命长。
本发明通过压电和电磁转换的方法将机械振动能量转换为电能，利用磁铁和线圈的相对运动产生电能以及通过压电片的压电效应实现能量的收集，两种方法结合使用，能提高能量转换效率，其结构简单、易于加工制作。本发明能充分回收车架与转向架垂向振动能量，为无线传感节点的工作提供了能源，在节能减排方面有积极意义。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置安装在车辆中的结构示意图；
图3为本发明同步提取接口电路的电路图；
图4为本发明电容储能单元的电路图；
图中：底座1、固定铰支座2、曲柄3、滑动铰支座4、连杆5、脚架6、永磁体7、滑槽8、弹簧9、线圈10、固定挡板11、压电片12、车架13、转向架14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1、2所示，一种回收车架与转向架垂向振动能量的装置，安装在轨道车辆的转向架14与车架13之间，由底座1、固定铰支座2、曲柄3、滑动铰支座4、连杆5、脚架6、永磁体7、滑槽8、弹簧9、线圈10、固定挡板11及压电片12组成。底座1与转向架14固定在一起，实现共同振动。固定铰支座2、脚架6和固定挡板11均通过焊接的方式固定在底座1上。曲柄3和固定铰支座2、连杆5和曲柄3、永磁体滑块7和连杆5两两之间采用销连接。曲柄3和连杆5铰接处滑动铰支座的上表面与车架相接触处镀有防摩擦金属层。永磁体7置于滑槽8内，滑槽8焊接固定在脚架6上。永磁体7末端与弹簧9相连，弹簧9另一端连在挡板11上，固定挡板11前表面用导电胶粘有压电片12。线圈10缠绕在滑槽8上，将线圈和压电片的引出导线接入同步提取接口电路的输入端，同时将同步提取接口电路的输出端接入超级电容储能单元。
固定铰支座2、滑动铰支座4和脚架6的材料选用铸铁。曲柄3、连杆5和固定挡板11的截面形状为矩形，材料选择为合金钢，压电片12的材料为聚偏氟乙烯。滑槽8的材料采用不导磁的铜锌合金，线圈10材料为漆包铜线，缠绕成空心圆柱。同步提取接口电路由二极管桥式整流电路、同步电感l、电子开关s和续流二极管d组成。电容储能单元为超级电容储能单元，由超级电容单体、均压电阻和机箱壳体组成。在选择同步提取接口结构时，采用桥式整流电路、同步电感、电子开关和续流二极管组合模式。超级电容储能阵列中由超级电容单体和均压电阻组成模块，保证每个模块电压一致。
本装置的具体工作过程为：首先将该装置固定在转向架14上，使曲柄3和连杆5的铰接处滑动铰支座4的上表面与车架13相接触，并使弹簧9处于半压缩状态。当车架13与转向架14发生相对振动时，振动首先传递到曲柄3和连杆5，进而转换成滑块的来回滑动，使弹簧9产生伸缩，固定挡板11表面的压电片12产生变形并产生电荷，将振动的机械能转换为电能收集；同时，连杆5的转动带动永磁体7在滑槽8内来回滑动，使通过线圈10的磁通量不断改变，产生感应电荷。将收集的电能输出到同步提取接口电路中，在同步提取接口电路中，电能首先通过桥式整流电路整流，接着经过由电子开关和储能电感组成的同步电路，电子开关的开通时刻和振动产生的时刻相一致，将变换后的电能进入到超级电容储能装置中，图3为同步提取接口电路的电路图，图4为电容储能单元的电路图。