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双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究

吴子英 位强 师文涵 胡晨阳

吴子英, 位强, 师文涵, 胡晨阳. 双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1357-1365. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180318
引用本文: 吴子英, 位强, 师文涵, 胡晨阳. 双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1357-1365. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180318
Wu Ziying, Wei Qiang, Shi Wenhan, Hu Chenyang. Exploring Dynamic Characteristics of Bi-stable Speed Bump Energy Harvester[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1357-1365. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180318
Citation: Wu Ziying, Wei Qiang, Shi Wenhan, Hu Chenyang. Exploring Dynamic Characteristics of Bi-stable Speed Bump Energy Harvester[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1357-1365. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180318

双稳态减速带能量捕获装置动力学特性研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180318
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11572243

详细信息
    作者简介:

    吴子英(1975-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为机电系统动力学理论及控制, ziyingwu@163.com

  • 中图分类号: O322

Exploring Dynamic Characteristics of Bi-stable Speed Bump Energy Harvester

  • 摘要: 提出了一种新型的双稳态减速带能量捕获装置,建立了其力学模型及动力学方程。在(前)后轮和前、后轮分别冲击减速带的情况下,分别选取常用的4种减速带进行对比,研究不同减速带参数下,双稳态振动发电系统的动力学响应特性,得出在第Ⅱ类减速带参数下,系统跨过势垒的次数最多,做大幅运动的时间较长,平均输出功率最大;在选取最佳减速带形状的情况下分别对不同车重下系统的发电量进行研究,得出车辆越重,发电量越大的规律。通过对外部负载电阻的研究,获得了最优电阻。上述研究结果可为减速带能量捕获系统的相关研究提供理论参考。
  • 图  1  减速带发电装置原理示意图

    图  2  车辆-减速带-等效部分耦合模型

    图  3  双稳态振动发电系统力学模型及外部电路

    图  4  双稳态势能函数示意图

    图  5  不同ab时的势能函数

    图  6  后轮冲击的半正弦脉冲信号波形示意图

    图  7  4种车型的平均输出功率

    图  8  不同车型的时域图和相图

    图  9  圆弧形减速带形状示意图

    图  10  系统的平均输出功率

    图  11  不同减速带形状下的时域图和相图

    图  12  不同RL时的平均输出功率

    图  13  前后轮冲击的半正弦脉冲信号波形图

    图  14  平均输出功率

    图  15  不同车型的时域图和相图

    图  16  平均输出功率

    图  17  不同减速带形状下系统的时域图和相图

    表  1  4种车型参数

    参数车型A车型B车型C车型D
    mu/kg5070110180
    ms/kg9001 3502 0005 000
    ku/(N·m)180 000250 000400 000800 000
    ks/(N·m)35 00045 00060 000290 000
    cu/ (N·s·m-1)3 0003 5005 80015 000
    cs/ (N·s·m-1)1 5001 8003 0009 970
    L1/m0.771.211.311.26
    L2/m1.151.311.602.34
    下载: 导出CSV

    表  2  常见圆弧形减速带参数

    类型高度/mm宽度/mm
    45330
    50350
    40380
    35400
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-06
  • 刊出日期:  2019-09-05

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