一种提升发电能力的增程式道路压电发电装置及装配方法

本发明属于道路工程，涉及压电发电技术，具体涉及一种提升发电能力的增程式道路压电装置及其装配方法。

背景技术：

1、道路中蕴含着丰富的机械能，压电发电技术应用于道路可以实现能量转化。道路压电发电技术主要采用承接道路交通荷载的压电发电装置铺设于道路中，其通过内部结构将路面激励位移传递至内部压电换能器，触发压电效应进而俘获道路机械能并转化为电能。然而路面结构变形量在现有交通条件下较小，与压电换能器发挥发电能力所需的激励位移存在一定差距，致使能量转换效率不足。增加激励位移的方式主要包括外部位移补偿和内部位移放大两种，其中外部位移补偿的方式将影响道路运行车辆的安全性和舒适性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种提升发电能力的增程式道路压电发电装置及装配方法，解决现有技术中由于路面变形量微小使压电发电装置能量转换效率不足的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种提升发电能力的增程式道路压电发电装置，包括行程放大机构，所述的行程放大机构包括从上至下依次平行设置的上幅板、中间板和下幅板，上幅板、中间板和下幅板的顶面均垂直于竖向设置。

4、所述的上幅板、中间板和下幅板的前侧壁和后侧壁分别安装有结构相同的增程式连杆组，所述的增程式连杆组包括上连杆、中连杆和下连杆；所述的上幅板的前侧壁的两个对称的位置分别铰接有一个上连杆的上端，两个上连杆的下端分别一一对应铰接有一个中连杆的上端，两个中连杆相互交叉设置，两个中连杆相互交叉的位置铰接在中间板的前侧壁的中间位置，两个中连杆的下端分别一一对应铰接有一个下连杆的上端，两个下连杆的下端分别铰接在所述的下幅板的前侧壁的两个对称的位置。

5、所述的中间板的顶面上竖向固定安装有传力杆，传力杆能够穿过上幅板上开设的传力杆导向孔；所述的下幅板的顶面上竖向安装有导向杆，导向杆能够穿过中间板和上幅板上开设的导向杆导向孔。

6、所述的下幅板的底部固定安装有激励机构，激励机构用于给压电换能器施加压力，激励压电换能器进行压电发电。

7、本发明还具有如下技术特征：

8、具体的，所述的激励机构包括多个沿着纵向布设的长激励杆，长激励杆与多层压电换能器一一对应，多个长激励杆的纵向前端和纵向后端分别固定安装在激励杆安装座上，励杆安装座的顶部固定安装在下幅板的底面上。

9、进一步的，还包括底板，底板的中间位置可拆卸式安装有纵向布设的中部夹持模块，中间夹持模块的横向两侧分别可拆卸式安装有纵向布设的侧部夹持模块；所述的侧部夹持模块和中部夹持模块均由多个平行设置的夹持板组成，夹持板垂直于竖向设置；所述的侧部夹持模块和中部夹持模块之间通过夹持板夹持固定有多层压电换能器，多层压电换能器平行布设且均垂直于竖向设置；每层压电换能器的上表面与长激励杆接触。

10、进一步的，所述的底板的顶面的四周可拆卸式安装有垂直于底板的侧板的底面，所述的侧板的顶面上安装有多个复位弹簧的底端，所述的复位弹簧的底端安装在上盖板的底面上，上盖板下降过程中能够与行程放大机构中的传力杆的顶端接触下压，从而带动整个行程放大机构实现行程放大。

11、进一步的，所述的多个行程放大机构中的上幅板一体成型形成一个完整的整接板，整接板的两端固定安装在所述的侧板的内壁上。

12、优选的，所述的增程式连杆组中的铰接结构以及增程式连杆组与上幅板、中间板和下幅板之间的铰接结构均通过销钉实现铰接。

13、优选的，所述的侧部夹持模块和中部夹持模块与所述的底板之间均通过螺栓实现可拆卸式安装。

14、优选的，所述的底板和侧板之间以及侧板和侧板之间均通过螺栓实现可拆卸式安装。

15、本发明还保护一种如上所述的提升发电能力的增程式道路压电装置的装配方法，该方法包括：

16、首先，进行夹持板与压电换能器的装配。

17、其次，进行底板与左右两侧的侧板的装配。

18、再次，进行行程放大机构及激励机构的装配。

19、最后，进行前后两侧的侧板及其上盖板的装配。

20、具体的，该方法按照以下步骤进行：

21、步骤一，夹持板与压电换能器的装配：

22、将底层的夹持板用螺栓紧固在底板上，将压电换能器放置在夹持板上，之后从下至上，依次按照夹持板-压电换能器-夹持板的步骤装配，装配过程中压电换能器两固定端需与夹持板预留的卡槽对齐贴紧，待一组压电换能器装设完成，将压电换能器非夹持端面对齐，通过螺栓紧固。

23、步骤二，底板与左右两侧的侧板的装配：

24、将左右两侧的侧板通过螺栓安装在底板上，安装过程中确保侧板的外侧面端部与底板平齐。

25、步骤三，行程放大机构及激励机构的装配：

26、将整接板端部竖向板上开设的预留孔与左右两侧的侧板上开设的预留孔对齐并用螺栓进行紧固，将行程放大机构的增程式连杆组通过销钉固定在整接板两侧的预留孔上，随后安放行程放大机构的传力杆。

27、行程放大机构的下幅板与激励结构的激励杆安装座采用整体结构；行程放大机构安装完成后，水平放置整个装置，在行程放大机构底部放置平直条保证前后两侧的激励杆安装座的高度一致，之后从下至上依次穿插长激励杆，保证每根长激励杆与每层对应的压电换能器的上表面接触。

28、步骤四，前后两侧的侧板及其上盖板的装配：

29、待行程放大机构装设完成之后将前后两侧的侧板放置在相应位置，对准底板上开设的预留孔用螺栓进行紧固，在所有的侧板的顶部安装复位弹簧后，将上盖板的预留孔对准复位弹簧放置上盖板，在上盖板四角的预留孔安装螺栓即完成提升发电能力的增程式道路压电发电装置的装配。

30、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

31、(ⅰ)本发明的行程放大机构能够将路面的微小变形量合理放大，利于压电换能器更好的发挥能量转换性能，从而实现道路压电装置较高的能量转换。

32、(ⅱ)本发明的行程放大机构采用连杆式结构，具有较高的灵敏度、较高的承载能力，与道路的变形适用性较强，位移放大功效稳定，可以有效满足位移放大的需求。

33、(ⅲ)本发明的提升发电能力的增程式道路压电装置，侧部夹持模块以及中部夹持模块中的每个夹持板都有限位槽，能够精准的固定夹持板，防止其进行滑动，提升了夹持模块的整体性。

34、(ⅳ)激励结构的多根长激励杆采用整体式结构共同安装在同组侧部激励块上，使单组压电换能器能够保持相同的作动位移，从而改善压电换能效果。

35、(ⅴ)设计的基于行程放大机构的压电装置，避免了采用外部位移补偿的方式来提升激励位移，减少了压电装置埋入道路对运行车辆安全性及舒适性的不良影响。

技术特征：

1.一种提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，包括行程放大机构(1)，所述的行程放大机构(1)包括从上至下依次平行设置的上幅板(101)、中间板(102)和下幅板(103)，上幅板(101)、中间板(102)和下幅板(103)的顶面均垂直于竖向设置；

2.如权利要求1所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的激励机构(2)包括多个沿着纵向布设的长激励杆(201)，长激励杆(201)与多层压电换能器(3)一一对应，多个长激励杆(201)的纵向前端和纵向后端分别固定安装在激励杆安装座(202)上，励杆安装座(202)的顶部固定安装在下幅板(103)的底面上。

3.如权利要求2所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，还包括底板(4)，底板(4)的中间位置可拆卸式安装有纵向布设的中部夹持模块(5)，中间夹持模块(5)的横向两侧分别可拆卸式安装有纵向布设的侧部夹持模块(6)；所述的侧部夹持模块(6)和中部夹持模块(5)均由多个平行设置的夹持板(7)组成，夹持板(7)垂直于竖向设置；所述的侧部夹持模块(6)和中部夹持模块(5)之间通过夹持板(7)夹持固定有多层压电换能器(3)，多层压电换能器(3)平行布设且均垂直于竖向设置；每层压电换能器(3)的上表面与长激励杆(201)接触。

4.如权利要求3所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的底板(4)的顶面的四周可拆卸式安装有垂直于底板(4)的侧板(8)的底面，所述的侧板(8)的顶面上安装有多个复位弹簧(9)的底端，所述的复位弹簧(9)的底端安装在上盖板(10)的底面上，上盖板(10)下降过程中能够与行程放大机构(1)中的传力杆(105)的顶端接触下压，从而带动整个行程放大机构(1)实现行程放大。

5.如权利要求4所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的多个行程放大机构(1)中的上幅板(101)一体成型形成一个完整的整接板(11)，整接板(11)的两端固定安装在所述的侧板(8)的内壁上。

6.如权利要求5所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的增程式连杆组(104)中的铰接结构以及增程式连杆组(104)与上幅板(101)、中间板(102)和下幅板(103)之间的铰接结构均通过销钉(12)实现铰接。

7.如权利要求5所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的侧部夹持模块(6)和中部夹持模块(5)与所述的底板(4)之间均通过螺栓(13)实现可拆卸式安装。

8.如权利要求5所述的提升发电能力的增程式道路压电发电装置，其特征在于，所述的底板(4)和侧板(8)之间以及侧板(8)和侧板(8)之间均通过螺栓(13)实现可拆卸式安装。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的提升发电能力的增程式道路压电装置的装配方法，其特征在于，该方法包括：

10.如权利要求9所述的提升发电能力的增程式道路压电装置的装配方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：

技术总结
本发明提供了一种提升发电能力的增程式道路压电发电装置及装配方法，包括行程放大机构，其中，上幅板、中间板和下幅板的前侧壁和后侧壁分别安装有结构相同的增程式连杆组，中间板的顶面上竖向固定安装有传力杆，传力杆能够穿过上幅板上开设的传力杆导向孔；下幅板的顶面上竖向安装有导向杆，导向杆能够穿过中间板和上幅板上开设的导向杆导向孔；下幅板的底部固定安装有激励机构，激励机构用于给压电换能器施加压力，激励压电换能器进行压电发电。本发明的行程放大机构能够将路面的微小变形量合理放大，利于压电换能器更好的发挥能量转换性能，从而实现道路压电装置较高的能量转换。

技术研发人员：王朝辉,卢强,袁华智,王帅,刘吉康,贾小东
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25