برداشت انرژي الكتريكي از ارتعاشات خطوط راه‌آهن در اثر عبور قطار توسط برداشت‌كننده الكترومغناطيسي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

توسعه شبكه راه‌آهن و تقاضا براي استفاده از اين نوع سيستم حمل و نقل در دهه‌هاي اخير به طرز چشم‌گيري افزايش يافته است. با توجه به بيشتر شدن استفاده از اين نوع سيستم حمل و نقل و شلوغ شدن خطوط راه‌آهن، نياز به سيستم‌هاي نظارت بر سلامت خطوط راه‌آهن و هم‌چنين تجهيزات بيش از پيش احساس مي‌شود. برداشت‌كننده‌هاي انرژي مي‌توانند توان الكتريكي مورد نياز براي تجهيزات در طول مسير ريل و زيرساخت‌ها، از جمله حسگرهاي نظارت بر سلامت، حسگرهاي دما، شتاب‌سنج‌ها، حسگرهاي تشخيص آسيب، سيستم‌هاي جمع‌آوري داده‌ها، سيگنال‌ها، سوئيچ‌ها و تجهيزات ايمني را تأمين كنند. در اين پژوهش، يك دستگاه برداشت‌كننده انرژي از خطوط راه‌آهن بررسي شده است. اين دستگاه شامل دو بخش مكانيكي و الكتريكي مي‌باشد. بخش مكانيكي آن مبتني بر مكانيزم بال‌اسكرو و يكسوساز حركت مكانيكي مي‌باشد كه اين يكسوساز شامل دو عدد چرخدنده‌ي مخروطي بزرگ، يك عدد چرخدنده‌ي مخروطي كوچك و دو عدد بلبرينگ يك طرفه مي‌باشد كه در واقع حركت خطي رفت و برگشتي ريل قطار ناشي از عبور قطار از روي ريل را به حركت چرخشي تك جهته براي چرخش محور ژنراتور تبديل مي‌كند. بخش الكتريكي آن شامل يك ژنراتور متناوب سه فاز مبتني بر روش الكترومغناطيس مي‌باشد كه دور چرخش خود را از خروجي يكسوساز و جعبه‌دنده‌ي سياره‌اي دريافت مي‌كند. به طور كلي اين دو بخش به كمك يكديگر قادر به جمع‌آوري توان از ارتعاشات عمودي مسير راه‌آهن از روش الكترومغناطيسي مي‌باشند. در اين پژوهش ابتدا مروري بر مطالعات قبلي در حوزه‌ي برداشت انرژي از خطوط راه‌آهن آورده شده است؛ سپس معادلات مربوط به مجموعه‌ي ريل، قطار و برداشت‌كننده با توجه به وجود دو حالت درگير بودن و درگير نبودن ژنراتور نوشته شده و معادلات ديفرانسيل مربوط به آن به دست آمده است. در نوشتن معادله‌هاي مربوطه يك ريل با طول 52/139 متر كه تعداد 255 تراورس در طول آن قرار گرفته است، به عنوان يك تير اويلر برنولي در نظر گرفته شده و هم‌چنين يك قطار دو واحده كه هر واحد داراي چهار محور مي‌باشد به عنوان بار عبوري از روي آن در نظر گرفته شده است. با توجه به ابعاد بزرگ ماتريس‌ها و دستگاه معادلات ديفرانسيل به دست آمده، جهت تشكيل ماتريس‌ها و هم‌چنين حل دستگاه معادلات ديفرانسيل از نرم افزار متلب استفاده شده است. در نهايت پارامترهاي موجود در مسئله تغيير داده شده‌اند و نتايج حاصل از اين تغييرات بر ميزان ولتاژ، توان و انرژي به دست آمده، آورده شده است. پارامترهايي از قبيل مقاومت خارجي مصرف كننده، نسبت انتقال دور چرخدنده‌ها، گام بال اسكرو، سرعت قطار، سختي فنرهاي استفاده شده، جرم واحد طول ريل و نيروي محوري قطار، جهت بررسي ميزان تأثيرگذاري آن‌ها بر مجموعه‌ي برداشت‌كننده‌ي انرژي و مقدار توان و انرژي برداشت شده مورد بررسي قرار گرفته است. مشاهدات حاكي از آن است كه پارامترهاي سختي فنرهاي استفاده شده و جرم واحد طول ريل، بر ميزان انرژي برداشت شده تأثير گذار نمي‌باشند. با افزايش پارامترهاي نسبت انتقال دور چرخدنده‌ها، سرعت قطار و نيروي محوري قطار، ميزان انرژي برداشتي افزايش مي‌يابد. با افزايش پارامترهاي مقاومت خارجي مصرف كننده و گام بال اسكرو، مقدار انرژي برداشت شده كاهش مي‌يابد.

228187

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان