一种双凸轮式铁轨俘能装置、铁轨俘能采集方法及其应用与流程

本发明属于轨道交通，具体涉及一种双凸轮式铁轨俘能装置、铁轨俘能采集方法及其应用。

背景技术：

1、鉴于目前可持续发展和能源安全等问题，大力发展新能源技术，已成为各国能源转型的重要途径。而列车在铁轨上运行时，由于轨道的不完全刚性，受列车的运行速度、载货量、钢轨的粗糙度等因素，都会不同程度的引起轨道上下振动而产生振动能量。而针对高寒、偏远地区因存在供电困难，无法为铁轨旁的传感器、小型电子设备提供低压电源这一问题，利用振动俘能技术可将铁轨振动能量进行收集，并用于铁轨周围的低功率传感器供电，如车轮传感器、倾斜传感器等设备的供电，从而实现铁路系统安全实时检测与监控。近年来，因振动能量采集技术具有自供电、免维护、低成本、绿色环保等特点，引起了学术界和工业界的广泛关注。

2、现有技术中，如：申请公开号为cn110203246a的中国发明专利，公开了一种基于齿轮齿条机构的减速顶能量回收装置，在该装置中利用齿轮齿条和三组齿轮组实现减速顶往复运动变为发电机的单向旋转，由于齿轮组太多，发电效率低，且齿轮存在容易磨损的缺陷，可靠性有待提高；又例如：申请公开号为cn108547747a的中国发明专利，公开了一种基于液压的多级减速带能量收集装置，都存在装置庞大、结构复杂、发电效率低的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中俘能装置结构复杂、可靠性欠缺的现状，提供一种双凸轮式铁轨俘能装置、铁轨俘能采集方法及其应用。所述双凸轮式铁轨俘能装置，通过在主轴两侧设置具有凸轮、单向轴承的两组传输组件，将铁轨上下振动的往复直线运动转化主轴的单向转动，再配合加速组件、发电组件将主轴的动能转化为电能。本发明不仅解决了铁轨附近低功率用电设备、用电模块的供电问题，还通过对能量的回收利用实现了节能减排的效果。

2、本发明提供了一种双凸轮式铁轨俘能装置，配套安装在铁轨上，包括支撑组件、传输总成、主轴、加速组件、发电组件；所述传输组件由第一凸轮式传输组件、第二凸轮式传输组件两套结构相同、分别设置在所述主轴两侧的传输组件组成；各传输组件中分别设置一组连杆、销轴、凸轮、单向轴承，所述凸轮制有一个用于连接所述销轴的腰形槽和一个用于连接所述主轴的轴孔；所述连杆的两端分别与所述支撑组件中的上支撑板、所述销轴的一端连接，所述销轴的另一端套接在所述凸轮的腰型槽中且能沿所述腰型槽滑动；所述凸轮通过安装在所述轴孔中的所述单向轴承与所述主轴传动连接；且两组传输组件中的单向轴承同向安装；

3、所述支撑组件通过相对设置在所述主轴两侧的传输组件与所述主轴传动连接，并能够在铁轨上下振动时驱使所述主轴单向转动；同时所述主轴通过所述加速组件与所述发电组件连接，用于收集铁轨的振动能量并转化为电能。

4、所述传输总成的运动原理如下，当两组传输组件中的两个连杆同步上下振动时，两个凸轮将始终朝着彼此相反的方向旋转，而同向安装的两个单向轴承都只能沿同一个方向(顺时针或者逆时针)与主轴啮合，与主轴啮合的单向轴承将传递扭矩带动主轴朝一个方向旋转。

5、进一步地，为了更好地实现本发明，所述传输组件还包括滚针轴承；所述销轴的端部通过所述滚针轴承活动安装在所述凸轮的腰形槽中。

6、进一步地，为了更好地实现本发明，所述传输组件还包括y型夹具；所述连杆的端部通过所述y型夹具与所述销轴转动连接。

7、进一步地，为了更好地实现本发明，所述传输组件还包括卡簧，用于对安装在所述销轴上的所述y型夹具进行轴向限位。

8、进一步地，为了更好地实现本发明，所述单向轴承的外圈与所述凸轮的轴孔过盈配合，所述单向轴承的内圈与所述主轴过盈配合；所述单向轴承的外圈、内圈能够沿设定的工作方向转动时，与该单向轴承连接的凸轮与所述主轴不传动而处于断开状态；所述单向轴承的外圈、内圈不能沿设定的工作方向转动而被锁定时，与该单向轴承连接的凸轮与所述主轴传动而处于啮合状态。

9、进一步地，为了更好地实现本发明，所述第一凸轮式传输组件包括连杆ⅰ、y型夹具ⅰ、销轴ⅰ、滚针轴承ⅰ、凸轮ⅰ、单向轴承ⅰ；连杆ⅰ通过y型夹具ⅰ安装在销轴ⅰ一端，销轴ⅰ另一端通过滚针轴承ⅰ滑动安装在凸轮ⅰ的腰形槽中，同时凸轮ⅰ通过单向轴承ⅰ与所述主轴传动连接；

10、所述第二凸轮式传输组件包括连杆ⅱ、y型夹具ⅱ、销轴ⅱ、滚针轴承ⅱ、凸轮ⅱ、单向轴承ⅱ；连杆ⅱ通过y型夹具ⅱ安装在销轴ⅱ一端，销轴ⅱ另一端通过滚针轴承ⅱ滑动安装在凸轮ⅱ的腰形槽中，同时凸轮ⅱ通过单向轴承ⅱ与所述主轴传动连接；

11、所述连杆ⅰ、连杆ⅱ同向运动时，驱动凸轮ⅰ、凸轮ⅱ方向转动，此时单向轴承ⅰ、单向轴承ⅱ一个单向轴承与所述主轴啮合、另一个单向轴承与所述主轴脱离，用于始终驱使所述主轴单向转动。

12、进一步地，为了更好地实现本发明，所述支撑组件还包括铁轨夹具、下支撑板、直线轴承、导向杆；所述铁轨夹具与所述上支撑板固连；所述直线轴承、所述导向杆一个与所述上支撑板固连、另一个与所述下支撑板固连，且所述直线轴承、所述导向杆相互套接，用于实现所述上支撑板的上下直线限位运动。

13、进一步地，为了更好地实现本发明，所述加速组件包括联轴器ⅰ、加速器、支撑座ⅰ、联轴器ⅱ、飞轮；所述加速器安装在所述支撑座ⅰ上，且所述加速器的一端通过所述联轴器ⅰ与所述主轴连接、所述加速器的另一端通过所述联轴器ⅱ与所述飞轮连接。

14、进一步地，为了更好地实现本发明，所述飞轮采用碳素纤维制成。

15、进一步地，为了更好地实现本发明，所述发电组件包括联轴器ⅲ、发电机、支撑座ⅱ；所述发电机安装在所述支撑座ⅱ上，且所述飞轮通过所述联轴器ⅲ与所述发电机传动连接。

16、其次，本发明还提供了一种铁轨俘能采集方法，将铁轨的振动能量通过上述双凸轮式铁轨俘能装置进行收集并转化为电能。

17、再者，本发明还提供了一种铁轨俘能采集方法的应用，通过上述双凸轮式铁轨俘能装置将由铁轨振动能量转化的电能用于向铁轨监测系统中的用电模块进行供电。

18、本发明的有益效果如下。

19、(1)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，能够将车轮与铁轨间产生的上下双向振动能量通过支撑组件进行能量捕获，然后再传输给传输组件，传输组件通过各零件间的机械配合能够将铁轨的上下振动运动转换为主轴的单向旋转运动，进而带动发电机单向旋转，切割磁感线发电，再将产生的电源储存在超级电容中，经过整流滤波后为铁轨旁的传感器供电。

20、(2)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，结构简单，可靠性强、方便维护。

21、(3)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，采用零压力角结构的凸轮，传输效率更高。

22、(4)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，其传输组件将铁轨的往复运动转换为发电机轴的单向旋转运动，以提高整个系统的发电效率，并减少对发电机的冲击。

23、(5)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，设置了飞轮，利用飞轮储能效应可以获得更多的能量。

24、(6)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，其支撑组件通过直线轴承与导向杆配合能够更好地实现上支撑板的上下往复振动，且摩擦力小。

25、(7)本发明提供的铁轨俘能采集方法，将铁轨俘能高效转换为电能，绿色环保、节能减排。

26、(8)本发明提供的铁轨俘能采集方法，有效解决了铁轨附近弱功率用电设备、用电模块的供电问题。

27、(9)本发明提供的双凸轮式铁轨俘能装置，通过发电机发电、超级电容储能、稳压滤波后，可用于铁轨旁的车轮传感器、倾斜传感器、陀螺仪传感器等低功率传感器的供电，实现高寒、偏远地区铁路系统安全实时检测与监控。