Исследователи 3D-печати пьезоэлектрических сборщиков энергии для мониторинга железных дорог
29.06.2024Системы мониторинга железных дорог сталкиваются с проблемами электроснабжения из-за сложного доступа и обслуживания. Сбор пьезоэлектрической энергии предлагает альтернативу путем преобразования вибраций поездов в электрическую энергию. </п>
Обычно используется биморфная консольная балка, генерирующая энергию за счет вибраций в диапазоне 3–100 Гц. Это соответствует частотам, создаваемым железнодорожным движением, что позволяет питать низкоэнергетические устройства и датчики. Однако производство энергии ограничено узкой полосой частот вблизи резонанса, что снижает выходную мощность при выходе из резонанса.
3D-печатный комбайн PAHT CF15. (Изображение предоставлено: Камара-Молина и др.) <стр>Чтобы оптимизировать этот процесс, исследователи использовали 3D-печать для разработки методов настройки резонансной частоты комбайнов энергии для повышения производительности. В частности, они спроектировали и напечатали на 3D-принтере прототип комбайна с использованием материала PAHT CF15.
Комбайн был испытан на мосту с вертикальными вибрациями, вызванными проходящим поездом. Оптимальная производительность достигается при настройке на основной режим вибрации моста. Такие факторы, как скорость поезда, свойства моста и взаимодействие с конструкциями и грунтом, вносят неопределенности, усложняя настройку частоты.
Экспериментальная проверка подтвердила процесс настройки, при этом испытания показали высокие уровни энергии около 40-55 Гц. Производительность комбайна была проверена в лабораторных условиях и в рабочих условиях, продемонстрировав эффективный сбор энергии из вибраций, вызванных поездом.
Исследование направлено на оценку оптимальной частоты настройки для максимального сбора энергии. Был использован статистический подход, анализирующий механическую энергию, генерируемую вибрациями моста, вызванными поездом. Частота настройки была определена статистически, что гарантировало, что пиковая энергия следует гауссовскому распределению.
В целом, пьезоэлектрический сбор энергии предлагает жизнеспособный источник питания для мониторинга железной дороги, при правильной настройке значительно повышающий эффективность.
Вы можете прочитать полную исследовательскую работу под названием «Проектирование и оптимизация 3D-печатных сборщиков энергии для железнодорожных мостов» по этой ссылке.