CC BY
27
РАСЧЕТ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ
Радкевич Мария Викторовна
д-р техн. наук, доцент кафедры "Теоретическая механика и сопротивление материалов", Ташкентский институт по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог,
100000, Узбекистан, г. Ташкент, улица А. Темура, дом 20
E-mail: maria 78 78@mail. ru
CALCULATION OF SOME PARAMETERS OF A MECHANICAL ENERGY CONVERTER
Maria Radkevich
doctor of technical sciences, associate professor «Theoretical mechanics and materials resistance» of Tashkent Institute of Design, Construction and Operation of Highways, 100000, Uzbekistan, Tashkent, A. Temura str., 20
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается возможность получения энергии от движущихся на спуск автомобилей с помощью механического преобразователя энергии. Проведенные расчеты показывают, что одно устройство длиной 2 м может дать 41 кВт-ч.
ABSTRACT
The article considers the possibility of obtaining energy from vehicles moving to the descent by the use of mechanical energy converter. The calculations show that one device with a length of 2 m can give 41 kWh.
Ключевые слова: преобразование энергии, механический преобразователь, винтовое устройство.
Keywords: energy conversion, mechanical converter, screw device.
В настоящее время большое внимание уделяется проблемам энергосбережения. Большое количество исследований и изобретений относится к вопросам получения электроэнергии от движущегося транспорта для энергообеспечения дорог (например, для их освещения). Для этой цели предложен целый ряд
устройств, работа которых основана на разных принципах: пьезоэлектрические [2,5,6], электромагнитные [1, 7], механические [3,4]. Рассмотрим пример механического устройства для выработки электрического тока от движущегося потока автомобилей (рис. 1) [3].
Рисунок 1. Схема механического преобразователя энергии
Библиографическое описание: Радкевич М.В. Расчет некоторых параметров механического преобразователя энергии // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 8(41). URL:
http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5040
Устройство выработки электрического тока состоит из вертикально установленного в направляющих 1 винта 2 с закрепленной на нем головкой 3. С винтом кинематически связана гайка 4, которая через обгонную муфту 5 подвижно соединена с маховиком 6.
Маховик жестко соединен с ротором 7 генератора 8 электрического тока. Винт подпружинен возвратной пружиной 9. В настиле 10 выполнен паз 11, куда погружается головка винта при наезде на него автомобиля.
Устройство работает следующим образом. Автомобиль при движении по магистрали наезжает на головку 3 винта 2 и перемещает его в вертикальном направлении. Винт, имеющий кинематическую связь с гайкой 4, вращает ее вокруг вертикальной оси без перемещения в осевом направлении. Гайка через обгонную муфту 5 вращает маховик 6, а тот, в свою очередь - ротор 7 генератора 8, вырабатывающего электрический ток.
После проезда автомобиля пружина 9 возвращает винт с головкой в исходное положение. При этом обгонная муфта 5, вращаясь вхолостую, не передает вращение гайки 4 к маховику 6 в обратную сторону. Во избежание толчка автомобиля при погружении головки винта под тяжестью автомобиля головка винта выполнена в виде гребенки, погружающейся в пазы 11 настила 10.
Если описанное устройство установить на спуске автомобильной дороги, движущей силой маховика будет сила тяжести автомобиля. В этом случае получаемая энергия будет «экологически чистой». Рассмотрим, какое количество энергии способно дать предлагаемое устройство.
Приняты следующие данные:
• интенсивность движения 20000 авт/сутки (одна из максимальных для Республики Узбекистан);
• средняя масса автомобиля 10000 кг;
• скорость движения автомобиля на спуске 20 км/час (5,6 м/с);
• размеры выступающей части головки винта: длина I = 2м, высота h= 0,2м.
Расчет:
1. Работа движущей силы (силы тяжести автомобиля)
Ад = ОН
t - время полного погружения головки винта (равно времени прохождения автомобилем расстояния 1/2= 1 м при скорости движения автомобиля V =5,6 м/с)
= _/_
2У
2
0,18 с
^дв =
10000 0,18
2 • 5,56 = 55556 Вт =55,6 кВт
3. Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений
Хс= МдШ + мвинт + мпр
Где ^ин - мощность, затрачиваемая на разгон маховика; ^инт - мощность, расходуемая в винтовой паре; - мощность, расходуемая на сжатие пружины. 3.1. Мощность, затрачиваемая на разгон маховика
mgD2 пи пи
4£ 30П' "30"
^дин = Мдин =
где m - вес (сила тяжести) маховика, m = 50кг; D -диаметр маховика, D =0,3м; п - частота вращения, п = 250 об/мин.
Хдин =
50 • 0,32 •п2 • 2502 4 • 30 • 30 • 0,18
= 4279 Вт
3.2. КПД винтовой пары (при преобразовании поступательного движения во вращательное):
Л =
(£ (Л-р) (£Л
X - угол подъема винтовой линии, принят Х=40°; р - угол трения, р=5°
,£(40-5) = (£40
Где 0=50000 Н (половина силы тяжести автомобиля); И =0,2 м.
Ад = 50000 0,2 = 10000 Н-м
2. Развиваемая мощность
N
А
дв
дв
Потери в передаче составят
^инт = 55556(1- 0,834) = 9222 Вт
3.3. Пружина должна быть выбрана таким образом, чтобы она могла вернуть винт в исходное положение после прохождения автомобиля. Принимаем необходимое усилие сжатия пружины Б= 1000Н. Ход пружины должен быть равен высоте головки винта И, т.е. 0,2м. Тогда работа силы сжатия пружины
г
Апр= ЕИ =1000• 0,2 = 200 Нм.
Мощность, затрачиваемая на сжатие пружины
= ^ = 200 пр t 0,18
= 1111,2 Вт
3.4. Суммарная мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений
Ыс = 4270 + 9222 + 1111,2 =14604,2 Вт
3.5. Полезная мощность составит
Ыпол = Ыде - Ыс = 55556 - 1111,2 =40952 Вт = 41 кВт 4. Энергия, вырабатываемая предлагаемой установкой в сутки, составит
¿сум - суммарное время прохождения 20000 автомобилей; ¿сум = 20000-0,18 = 3600с = 1ч
Э = 41 • 1 = 41 КВт-ч
При установке нескольких, например 10, устройств, можно получить Э = 410 КВт-ч/сутки.
Таким образом, из расчета видно, что с помощью предлагаемого механического устройства можно получить экологически чистую электрическую энергию, необходимую для обслуживания участков горных с большим уклоном (в частности, для освещения туннелей). В настоящее время энергоснабжение таки участков осуществляется от общей электросети, что связано с большими затратами и ущербом окружающей среде.
Э Nпол ' tcyM
Список литературы:
1. Ададуров С.Е. и др. Патент RU № 2455183. Путевое устройство для преобразования механической энергии в электрическую
2. Акопьян В., Паринов И., Истомин И. Пьезогенераторы - новое перспективное направление малой энергетики. // Ж. Наука и техника № 9 (227), 2011. - С. 65-70
3. Аннакулова Г.К., Радкевич М.В. Устройство для выработки электрического тока. Патент РУз № FAP 00896.
4. Бляшке Р. Электрический ток лежит на дороге// Наука и жизнь. 1979. № 9.
5. Пьезогенераторы - новые источники электроэнергии. Фантазии или реальность? (Эл. ресурс). http://electrik.info/main/news/652-pezogeneratory-novye-alternativnye-istochniki-elektroenergii.html (Дата обращения: 3.11.2014)
6. Практические примеры использования пьезогенераторов (Эл. ресурс). URL: http://alternativenergy.ru/index.php?do=search. Дата обращения: 3.11.2014
7. Торшин В.В. и др. Способ получения электрической энергии при колебании рельсов. Патент RU 2444458.
