Исследователи напечатали на 3D-принтере пьезоэлектрические накопители энергии для мониторинга железных дорог

Системы 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.)

Чтобы оптимизировать этот процесс, исследователи использовали 3D-печать для разработки методов настройки резонансной частоты сборщиков энергии для повышения производительности. В частности, они спроектировали и напечатали на 3D-принтере прототип комбайна с использованием материала PAHT CF15. </п>

Комбайн тестировался на мосту с вертикальными вибрациями, вызванными проезжающими поездами. 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: тесты показали высокие уровни энергии в районе 40-55 Гц. Рабочие характеристики комбайна были проверены в лаборатории и в рабочих условиях, продемонстрировав эффективный сбор энергии от вибраций, вызванных поездом.

Целью исследования является оценка оптимальной частоты настройки для максимального сбора энергии. Был использован статистический подход, анализирующий механическую энергию, генерируемую вибрациями моста, вызванными поездом. Частота настройки была определена статистически, чтобы обеспечить распределение пиковой энергии по Гауссу.

В целом, сбор пьезоэлектрической энергии представляет собой жизнеспособный источник питания для мониторинга железных дорог, при правильной настройке значительно повышающий эффективность.

Вы можете прочитать полную исследовательскую работу под названием «Проектирование и оптимизация 3D-печатных устройств сбора энергии для железнодорожных мостов» по этой ссылке.</п>