Научная статья на тему 'РЕЗУЛЬТАТЫ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ'

РЕЗУЛЬТАТЫ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
11
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДОРОЖНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА / АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ / ЭНЕРГИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА / ИСКУССТВЕННАЯ НЕРОВНОСТЬ / ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Прудий А. В., Ляшенко Ю. М.

По данным Росавтостата основной причиной дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов является плохая видимость. Водителям в сумеречное и ночное время сложно заметить пешехода и сам пешеходный переход, несмотря на наличие дорожного знака. Для повышения безопасности дорожного движения в настоящее время используются автономные ветросолнечные установки. С другой стороны, мировым научным сообществом изучается возможность применения на практике такого класса устройств, как дорожные энергетические установки. Принцип действия таких установок основан на преобразовании энергии движения автомобиля в электрическую энергию. Целью данного исследования является определение сил, действующих в механизме дорожной энергетической установки, при проезде автомобиля. В результате силового исследования дорожной энергетической установки определены силы, возникающие в механическом преобразователе энергии проезжающего автомобиля в электрическую энергию. Расчеты показали, что при проезде среднестатистического автомобиля массой 1600 кг через дорожную энергетическую установку на валу генератора возникает крутящий момент 393 Ним. При этом в генераторе возникает момент сопротивления, величина которого зависит от скорости проезжающего автомобиля: при скорости 20 км/ч момент сопротивления равен 115 Ним; при скорости 30 км/ч момент сопротивления равен 260 Ним; при скорости 40 км/ч момент сопротивления равен 390 Ним. Количество энергии, накопленной маховиком, прямопропорционально величине скорости и принимает значения: при скорости 20 км/ч количество энергии равно 47 Дж; при скорости 30 км/ч количество энергии равно 105 Дж; при скорости 40 км/ч количество энергии равно 165 Дж. Данные расчетов показывают, что дорожная энергетическая установка работоспособна при заданных параметрах конструктивных элементов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Прудий А. В., Ляшенко Ю. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESULTS OF KINETOSTATIC RESEARCH OF ROAD ENERGY HARVESTING SYSTEM WITH SLIDER-ROCKER MECHANISM

The base factor of accidents with pedestrians is zero visibility as revealed by Russian auto statistic. Drivers have a poor view of pedestrians and crosswalk at twilight and night against road sign. Currently autonomous wind turbines and solar panels are used for improve of road safety. From another angle practice possibility of equipment type as road energy harvesting system is studying scientific collaboration. Operation of the systems is based on car motion energy conversion to electrical energy. The research goal is force determination acting in mechanism of road energy harvesting system. As a result of force study of road energy harvesting system, the forces in mechanical energy converter to electrical energy are determined when a car pass. On generator shaft torque is created equal 393 Num when typical car passes with 1600 kg mass by way road energy harvesting system from the performed calculations. Moreover, in generator resistive torque produces with value depending speed of moving car: at speed of 20 km/h the resistive torque is 115 Num; at speed of 30 km/h resistive torque is 260 Num; at speed of 40 km/h resistive torque is 390 Num. The energy amount saved by flywheel is directly proportional to speed and has values: at speed of 20 km/h energy is 47 J; at speed of 30 km/h energy is 105 J; at speed of 40 km/h energy is 165 J. The calculation data show that road energy harvesting system is operable with given parameters of construction elements.

Текст научной работы на тему «РЕЗУЛЬТАТЫ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ»

УДК 620.97

DOI: 10.25206/1813-8225-2023-187-109-115 EDN: QXIUSP

А. В. ПРУДИЙ Ю. М. ЛЯШЕНКО

Шахтинский автодорожный институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М. И. Платова,

г. Шахты

РЕЗУЛЬТАТЫ КИНЕТОСТАТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ПОЛЗУННО-КОРОМЫСЛОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

По данным Росавтостата основной причиной дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов является плохая видимость. Водителям в сумеречное и ночное время сложно заметить пешехода и сам пешеходный переход, несмотря на наличие дорожного знака. Для повышения безопасности дорожного движения в настоящее время используются автономные ве-тросолнечные установки. С другой стороны, мировым научным сообществом изучается возможность применения на практике такого класса устройств, как дорожные энергетические установки. Принцип действия таких установок основан на преобразовании энергии движения автомобиля в электрическую энергию. Целью данного исследования является определение сил, действующих в механизме дорожной энергетической установки, при проезде автомобиля. В результате силового исследования дорожной энергетической установки определены силы, возникающие в механическом преобразователе энергии проезжающего автомобиля в электрическую энергию.

Расчеты показали, что при проезде среднестатистического автомобиля массой 1600 кг через дорожную энергетическую установку на валу генератора возникает крутящий момент 393 Ним. При этом в генераторе возникает момент сопротивления, величина которого зависит от скорости проезжающего автомобиля: при скорости 20 км/ч момент сопротивления равен 115 Ним; при скорости 30 км/ч момент сопротивления равен 260 Ним; при скорости 40 км/ч момент сопротивления равен 390 Ним.

Количество энергии, накопленной маховиком, прямопропорционально величине скорости и принимает значения: при скорости 20 км/ч количество энергии равно 47 Дж; при скорости 30 км/ч количество энергии равно 105 Дж; при скорости 40 км/ч количество энергии равно 165 Дж. Данные расчетов показывают, что дорожная энергетическая установка работоспособна при заданных параметрах конструктивных элементов. Ключевые слова: дорожная энергетическая установка, автономный источник энергии, энергия транспортного потока, искусственная неровность, возобновляемая энергетика.

Введение. Согласно отчету всемирной ассоциации возобновляемой энергетики «Renewable Energy Policy Network», доля альтернативных источников энергии ежегодно растет [1]. Анализ отечественной и зарубежной научной литературы показывает, что учеными из разных стран уделяется внимание разработке такого класса устройств, как дорожные энергетические установки. Исследования, посвященные дорожным энергетическим установкам, проводятся в следующих странах: США [2, 3], Китай [4], Индия [5], Пакистан [6], Палестина [7], Франция [8], Бахрейн [9] и в др. Принцип действия дорожных энергетических установок основан на том, что в момент наезда транспортного средства на искус-

ственную дорожную неровность последняя получает импульс энергии, который можно преобразовать в электрическую энергию и использовать для электроснабжения объектов дорожной инфраструктуры (освещение пешеходных переходов, подсветка дорожных знаков, электроснабжение светофоров). В вышеперечисленных исследованиях преобразователь поступательного движения автотранспортного средства во вращательное движение генератора выполняется в виде зубчатой передачи, что существенно повышает стоимость всей конструкции. Авторами данного исследования предлагается конструкция дорожной энергетической установки, в которой исполнение преобразователя воздей-

Рис. 1. Конструктивно-кинематическая схема дорожной энергетической установки

Рис. 2. Схема формирования сил, действующих на дорожную энергетическую установку в момент наезда автомобиля

ствующего усилия в виде «ползунно-коромыслово-го механизма» [10, 11] и проведены исследования по определению конструктивных параметров пол-зунно-коромыслового механизма [12, 13]. В данном исследовании разработана расчетная схема для определения сил и моментов, возникающих в дорожной энергетической установке. Проведенный кинетостатический анализ позволил определить энергетический потенциал дорожной энергетической установки и показывает, что при заданных параметрах конструктивных элементов представленное устройство работоспособно.

Принцип действия дорожной энергетической установки с ползунно-коромысловым преобразователем. Предлагаемая конструкция дорожной энергетической установки (рис. 1) выгодно отличается от существующих аналогов тем, что исполнение преобразователя воздействующего усилия в виде «ползунно-коромыслового механизма» существенно упрощает конструкцию установки путем перехода от высшей зубчатой кинематической пары звеньев к низшей вращающейся кинематической паре «шатун - коромысло», что снижает общую стоимость конструкции и увеличивает наработку звеньев на отказ.

Принцип действия дорожной энергетической установки следующий: установленное в уровень покрытия дорожного полотна неподвижное перфорированное основание обеспечивает плавность наезда и съезда автомобиля с энергетической установки. Автомобиль наезжает колесами на подвижную панель и шток, при утапливании кинематически связанных с ним сегментов подвижной панели опускается вниз. Приводятся в движение ползун, шатун и коромысло. Последние, через обгонную муфту создавая крутящий момент на ведомом валу, разгоняют маховик и ротор генератора.

Пружина, обеспечивающая возврат нажимной панели и ползунно-коромыслового механизма в исходное состояние после съезда автотранспортного средства, сжимается под воздействием перемещающегося штока.

Таким образом, дорожная энергетическая установка выступает в роли механизма рекуперации энергии, который замедляет движение транспортного средства путем преобразования его кинетической энергии в электрическую энергию, которая может быть использована немедленно или сохранена до необходимости.

В дорожной энергетической установке электрический генератор использует импульс транспортного средства для восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна для тормозных дисков в виде тепла.

В традиционных тормозных системах избыточная кинетическая энергия преобразуется в нежелательное и потерянное тепло из-за трения в тормозах.

В дополнение к повышению общей эффективности транспортного средства рекуперация может значительно продлить срок службы тормозной системы, поскольку механические детали не будут быстро изнашиваться.

Анализ сил и моментов, действующих на дорожную энергетическую установку. Целью кине-тостатического расчета является определение сил, действующих на звенья механизма, реакций в кинематических парах и затрат энергии, необходимой для приведения механизма в движение и выполнения им работы в соответствии с его назначением.

Задачей кинетостатического исследования является определение крутящего момента и момента сопротивления, развиваемых на валу маховика при проезде автомобиля, и количества энергии, запа-

сенной маховиком. Для анализа сил, действующих на дорожную энергетическую установку, рассмотрим расчетную схему (рис. 2).

Крутящий момент Мр на валу маховика в пол-зунно-коромысловом механизме определяется как произведение тангенциальной силы на радиус коромысла [14]:

М = R ■ Т,

кр

(1)

где Я — радиус коромысла, Т — тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности вращения коромысла.

Согласно [14], тангенциальная сила определяется по формуле:

T = F. ■ sin(a + 9,),

(2)

F, = F ■ cosa.

1 с

(3)

F = F - F - F ,

с а тр пр

(4)

F

сила сопротивления пру-

F = 1/2 ■ т ■ q.

а a •->

(5)

где F1 — сила, приложенная к шатуну.

Сила, приложенная к шатуну, определяется как произведение суммарной свободной силы F, действующей по оси движения нажимной платформы дорожной энергетической установки на синус угла отклонения шатуна от вертикали:

Под действием силы Fа возникает суммарная свободная сила F , действующая по оси движения нажимной платформы дорожной энергетической установки:

Рис. 3. Расчетная схема к определению моментов внешних сил

где кх = 10 — коэффициент жесткости; х = 0,06 — величина, на которую сжимается пружина.

Помимо крутящего момента действуют следующие силы и моменты (рис. 3).

Мс — момент сопротивления, обусловленный трением в подшипниках, инерционностью маховика и ротора, а также электромагнитным моментом, создаваемым генератором;

1м — суммарный момент инерции маховика и ротора генератора.

Момент инерции маховика определяется по формуле:

где F — сила, с которой автомобиль воздействует на нажимную платформу дорожной энергетической установки; Fш — сила трения поступательно дви-

жущихся частей; жины.

В момент наезда на нажимную платформу передними колесами автомобиль, движущийся со скоростью Уа, воздействует на нажимную платформу с силой F, определяющуюся по формуле:

(10)

Момент сопротивления о бусловлен трением в подшипниках, инерционностью маховика и электромагнитным момелтом, создаваемым генератором:

J .

М =

где т — масса автомобиля; д — ускорение свободного падения.

Сила трения поступательно движущихся частей определяется по формуле:

(11)

где тМ — масса маховика; гМ — радиус маховика; ю — угловая скорость маховика, I — время, за которое автомобиль доезжает до середины нажимной панели.

Масса маховика определяется по формуле [16]:

тм = Р ■ ^

(12)

F = к ■ N,

тр

(6)

где к — коэффициент трения в подшипнике качения (принимается равным 0,002 согласно [15]); N — сила нормального давления.

где р = 7900 кг/м3 — удельная плотность материала [17]; V — объем махови—а.

Объём маховика определгется по формуле:

V = %■ rM ■ hM

(13)

N = F2 ■ cosa,

(7) где hМ — длина маховика.

где F2 — нормальная сила, направленная к стенке нажимной платформы дорожной энергетической установки:

Количество накопленной энергии маховиком дорожной энергетической установки:

EM = 0,5 ■ JM ■ ffi2

(14)

F2 =

cosa.

Сила сопротивления пружины определяется по формуле [16]:

F = k ■ x,

пр x

(8) Результаты. Исследование проводится при параметрах конструктивных элементов дорожной энергетической установки, приведенных в табл. 1.

Согласно ГОСТ Р 52605-2006, применение искусственных дорожных неровностей осуществляется

(9) при следующих скоростях автотранспортного средства: 20, 30, 40 км/ч. Поэтому расчеты крутящего

2

J м тм

r

м

ю

t

Таблица 1

Параметры конструктивных элементов дорожной энергетической установки

Наименование параметра Обозначение Единицы измерения Фактическое значение

Нажимная платформа

Длина основания 1 м 0,5

Высота И м 0,06

Ползунно-коромысловый механизм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Радиус коромысла И м 0,095

Длина шатуна Ь м 0,317

Начальное положение коромысла Фнач Градусы 90,28

Конечное положение коромысла Фкон Градусы 136,49

Маховик

Масса тм кг 42

Радиус гм м 0,095

Длина Ьм м 0,19

Генератор

Тип генератора Синхронный генератор с постоянными магнитами

Номинальная мощность Рном Вт 100

Номинальная угловая скорость юг рад/с 800

600

Щ 500

о 400

200

1 ■

Крутящий момент

' IV омент сопротк 1 вления при Уа= 40 км/ч

/

при ма =30 км/ч

/ при =20 км/ч

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Перемещение подвижной панели, м

Рис. 4. График изменения крутящего момента и момента сопротивления

Уд =40 км/ч __

■1-

I км/ч

Г

1

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Перемещение подвижной панели, м

Рис. 5. График накопления энергии маховиком

момента, момента сопротивления и энергетического потенциала целесообразно рассчитывать при вышеуказанных скоростях.

Результаты расчета моментов приведены на рис. 4. График изменения крутящего момента и момента сопротивления указывают на тот факт, что при выбранных начальном и конечном углах положения коромысла, на всем пути перемещения коромысла крутящий момент превышает момент сопротивления. Данный факт свидетельствует о том, что при выбранных начальных параметрах дорожная энергетическая установка работоспособна.

Результаты расчета энергии, накопленной маховиком, представлены на рис. 5.

Следует отметить, что на графике изображено накопление энергии при проезде только передних колес, т.е. энергетический потенциал рассматриваемой установки будет в два раза больше.

Выводы. В настоящее время учеными из разных стран мира разрабатываются различные конструкции дорожных энергетических установок с электромеханическим преобразователем. Для преобразования поступательного движения подвижной панели во вращательное движение вала маховика и генератора в настоящее время предлагается использовать зубчатые механические передачи. В данном исследовании предлагается произвести силовой анализ дорожной энергетической установки с пол-зунно-коромысловым механизмом.

В результате кинетостатического исследования дорожной энергетической установки определены

силы, возникающие в механическом преобразователе энергии проезжающего автомобиля в электрическую энергию.

Расчеты показали, что при проезде среднестатистического автомобиля массой 1600 кг через дорожную энергетическую установку на валу генератора возникает крутящий момент 393 Нм. При этом в генераторе возникает момент сопротивления, величина которого зависит от скорости проезжающего автомобиля:

— при скорости 20 км/ч момент сопротивления равен 115 Нм;

— при скорости 30 км/ч момент сопротивления равен 260 Нм;

— при скорости 40 км/ч момент сопротивления равен 390 Нм.

Данные расчетов показывают, что дорожная энергетическая установка работоспособна при заданных параметрах конструктивных элементов.

Количество энергии, накопленной маховиком, прямопропорционально величине скорости и принимает значения:

— при скорости 20 км/ч количество энергии равно 47 Дж;

— при скорости 30 км/ч количество энергии равно 105 Дж;

— при скорости 40 км/ч количество энергии равно 165 Дж.

В будущих исследованиях планируется разработка имитационной модели дорожной энергетической установки для определения количества элек-

трическои энергии, которую можно получить от проезда одного автомобиля.

Библиографический список

1. Deshmukh M. K. G., Sameeroddin M., Abdul D. [et al.]. Renewable energy in the 21st century: A review // Materials Today: Proceedings. 2023. Vol. 80. Part 3. P. 1756-1759. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.05.501.

2. Walubita L. F., Faruk A. N. M., Helffrich J. [et al.]. The Quest for Renewable Energy—Effects of Different Asphalt Mixes and Laboratory Loading on Piezoelectric Energy Harvesters // Energies. 2023. Vol. 16 (1). 157. DOI: 10.3390/en16010157.

3. Gholikhani M., Beheshti Shirazi S. Y., Mabrouk G. M. [et al]. Dual electromagnetic energy harvesting technology for sustainable transportation systems // Energy Conversion and Management. 2021. Vol. 230 DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113804.

4. Sun M., Wang W., Zheng P. [et al]. A novel road energy harvesting system based on a spatial double V-shaped mechanism for near-zero-energy toll stations on expressways // Sensors and Actuators. A: Physical. 2021. Vol. 323. DOI: 10.1016/j. sna.2021.112648.

5. Srinivas R. S., Naresh H., Raghuvardhan N. Design and fabrication of A system for harnessing energy from road traffic // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5 (2). P. 6189-6194. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.12.226.

6. Azam A., Ahmed A., Hayat N. [et al.]. Design, fabrication, modelling and analyses of a movable speed bump-based mechanical energy harvester (MEH) for application on road // Energy. 2021. Vol. 214. 118894. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118894.

7. Hassouna F. M. A. Assad M., Koa I. [et al.]. Energy and Environmental Implications of Using Energy-Harvesting Speed Humps in Nablus City // Palestine. Atmosphere. 2021. Vol. 12. 937. DOI: 10.3390/atmos12080937.

8. Ramadan M., Khaled M., El Hage H. Using Speed Bump for Power Generation - Experimental Study // Energy Procedia. 2015. Vol. 75. P. 867-872. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.192.

9. Abdelrhman A. M., Karim A. R. A., Georgantopoulou C. [et al.]. Hybrid renewable energy harvesting device for street lightning in the Kingdom of Bahrain // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2676. 030006. DOI: 10.1063/5.0109867.

10. Пат. 205403 U1 Российская Федерация, МПК F 03 G 7/08. Дорожная энергетическая установка / Ляшенко Ю. М., Прудий А. В., Колесник М. Н.; № 2021110180; заявл. 12.04.21; опубл. 13.07.21. Бюл. № 20. EDN LAXZPZ.

11. Пат. 214465 U1 Российская Федерация, МПК F 03 G 7/08. Дорожная энергетическая установка / Ляшенко Ю. М., Прудий А. В., Волков Д. В.; № 2022123633; заявл. 05.09.22; опубл. 28.10.22. Бюл. № 31. EDN INQWVN.

12. Ляшенко Ю. М., Прудий А. В., Колесник М. Н. Дорожная энергетическая установка с коромысло-шатунным преобразователем движения нажимной платформы // Современные прикладные исследования: материалы Пятой нацио-

нальной науч.-практ. конф., Шахты, 17 — 19 марта 2021 года. Новочеркасск: Изд-во ЮРГПУ (НПИ) имени М. И. Платова, 2021. Т. 1. С. 227-231. ЕБК УХСЖС.

13. Ляшенко Ю. М., Прудий А. В. Исследование влияния движения звеньев механического преобразователя дорожной энергетической установки на функционирование генератора // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2021. Т. 21, № 3. С. 41-48. Б01: 10.14529/ рс^ег210305. ЕБК ЖЕЕБО.

14. Лукин А. М., Квалдыков В. В. Теоретическая механика (раздел «Динамика»). Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. 372 с.

15. Перель Л. Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание: справ. Москва: Машиностроение, 1983. 543 с.

16. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1. В 3 т. Механика. Санкт-Петербург: Лань, 2021. 340 с.

17. Поливанов П. М., Поливанова Е. П. Таблицы для подсчета массы деталей и материалов: справ. 12-е изд., испр. и доп. Москва: Машиностроение, 2003. 304 с.

ПРУДИИ Алексей Васильевич, старший преподаватель кафедры «Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой» Шахтинского автодорожного института (филиал) Южно-Российского государственного университета (НПИ) им. М. И. Платова (ШАИ (филиал) ЮРГПУ (НПИ) им. М. И. Платова), г. Шахты. SPIN-код: 5223-3876 AuthorlD (РИНЦ): 795980 ORCID: 0000-0003-0236-8821 AuthorlD (SCOPUS): 57771787400 Адрес для переписки: [email protected] ЛЯШЕНКО Юрий Михайлович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой» ШАИ (филиал) ЮРГПУ (НПИ) им. М. И. Платова, г. Шахты. SPIN-код: 7361-3127 AuthorlD (РИНЦ): 862931 ORCID: 0000-0002-6553-0163 AuthorlD (SCOPUS): 6603581379 Адрес для переписки: [email protected]

Для цитирования

Прудий А. В., Ляшенко Ю. М. Результаты кинетостати-ческого исследования дорожной энергетической установки с ползунно-коромысловым преобразователем // Омский научный вестник. 2023. № 3 (187). С. 109-115. DOI: 10.25206/18138225-2023-187-109-115.

Статья поступила в редакцию 23.03.2023 г. © А. В. Прудий, Ю. М. Ляшенко

UDC yflK 620.97

DOI: 10.25206/1813-8225-2023-187-109-115 EDN: QXIUSP

A. V. PRUDIY YU. M. LYASHENKO

Shakhty Automobile and Road Construction Institute (branch) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) Shakhty, Russia

RESULTS OF KINETOSTATIC RESEARCH OF ROAD ENERGY HARVESTING SYSTEM WITH SLIDER-ROCKER MECHANISM

The base factor of accidents with pedestrians is zero visibility as revealed by Russian auto statistic. Drivers have a poor view of pedestrians and crosswalk at twilight and night against road sign. Currently autonomous wind turbines and solar panels are used for improve of road safety. From another angle practice possibility of equipment type as road energy harvesting system is studying scientific collaboration. Operation of the systems is based on car motion energy conversion to electrical energy. The research goal is force determination acting in mechanism of road energy harvesting system. As a result of force study of road energy harvesting system, the forces in mechanical energy converter to electrical energy are determined when a car pass. On generator shaft torque is created equal 393 Num when typical car passes with 1600 kg mass by way road energy harvesting system from the performed calculations. Moreover, in generator resistive torque produces with value depending speed of moving car: at speed of 20 km/h the resistive torque is 115 Num; at speed of 30 km/h resistive torque is 260 Num; at speed of 40 km/h resistive torque is 390 Num.

The energy amount saved by flywheel is directly proportional to speed and has values: at speed of 20 km/h energy is 47 J; at speed of 30 km/h energy is 105 J; at speed of 40 km/h energy is 165 J.

The calculation data show that road energy harvesting system is operable with given parameters of construction elements.

Keywords: road energy harvesting system, self-generated energy sources, energy of the transport flow, speed bump, renewable energy.

Reference

1. Deshmukh M. K. G., Sameeroddin M., Abdul D. [et al.]. Renewable energy in the 21st century: A review // Materials Today: Proceedings. 2023. Vol. 80. Part 3. P. 1756-1759. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.05.501. (In Engl.).

2. Walubita L. F., Faruk A. N. M., Helffrich J. [et al.]. The Quest for Renewable Energy-Effects of Different Asphalt Mixes and Laboratory Loading on Piezoelectric Energy Harvesters // Energies. 2023. Vol. 16 (1). 157. DOI: 10.3390/en16010157. (In Engl.).

3. Gholikhani M., Beheshti Shirazi S. Y., Mabrouk G. M. [et al]. Dual electromagnetic energy harvesting technology for sustainable transportation systems // Energy Conversion and Management. 2021. Vol. 230. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113804. (In Engl.).

4. Sun M., Wang W., Zheng P. [et al]. A novel road energy harvesting system based on a spatial double V-shaped mechanism for near-zero-energy toll stations on expressways // Sensors and Actuators. A: Physical. 2021. Vol. 323. DOI: 10.1016/j. sna.2021.112648. (In Engl.).

5. Srinivas R. S., Naresh H., Raghuvardhan N. Design and fabrication of A system for harnessing energy from road traffic //

Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5 (2). P. 6189-6194. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.12.226. (In Engl.).

6. Azam A., Ahmed A., Hayat N. [et al.]. Design, fabrication, modeling and analyses of a movable speed bump-based mechanical energy harvester (MEH) for application on road // Energy. 2021. Vol. 214. 118894. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118894. (In Engl.).

7. Hassouna F. M. A., Assad M., Koa I. [et al.]. Energy and Environmental Implications of Using Energy-Harvesting Speed Humps in Nablus City // Palestine. Atmosphere. 2021. Vol. 12. 937. DOI: 10.3390/atmos12080937. (In Engl.).

8. Ramadan M., Khaled M., El Hage H. Using Speed Bump for Power Generation — Experimental Study // Energy Procedia. 2015. Vol. 75. P. 867 — 872. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.192. (In Engl.).

9. Abdelrhman A. M., Karim A. R. A., Georgantopoulou C. [et al.]. Hybrid renewable energy harvesting device for street lightning in the Kingdom of Bahrain // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2676. 030006. DOI: 10.1063/5.0109867. (In Engl.).

10. Patent 205403 U1 Russian Federation, IPC F 03 G 7/08. Dorozhnaya energeticheskaya ustanovka [Road power plant] / Lyashenko Yu. M., Prudiy A. V., Kolesnik M. N. No. 2021110180. (In Russ.).

11. Patent 214465 U1 Rossiyskaya Federatsiya, MPK F03G 7/08. Dorozhnaya energeticheskaya ustanovka [Road power plant] / Lyashenko Yu. M., Prudiy A. V., Volkov D. V. No. 2022123633. (In Russ.).

12. Lyashenko Yu. M., Prudiy A. V., Kolesnik M. N. Dorozhnaya energeticheskaya ustanovka s koromyslo-shatunnym preobrazovatelem dvizheniya nazhimnoy platformy [The road power plant with the slider-rocker push plate motion converter] // Sovremennyye prikladnyye issledovaniya. Contemporary Applied Research. Novocherkassk, 2021. Vol. 1. P. 227-231. EDN VXGIKG. (In Russ.).

13. Lyashenko Yu. M., Prudiy A. V. Issledovaniye vliyaniya dvizheniya zven'yev mekhanicheskogo preobrazovatelya dorozhnoy energeticheskoy ustanovki na funktsionirovaniye generatora [Research into the impact of road power energysystem mechanical converter links motion on generator operation] // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika. Bulletin of the South Ural State University. Series: Power Engineering. 2021. Vol. 21, no 3. P. 41-48. DOI: 10.14529/power210305. (In Russ.).

14. Lukin A. M., Kvaldykov V. V. Teoreticheskaya mekhanika (razdel «Dinamika») [Theoretical mechanics (Dynamics section)]. Omsk, 2008. 372 p. (In Russ.).

15. Perel' L. Ya. Podshipniki kacheniya: raschet, proyekti-rovaniye i obsluzhivaniye: sprav [Roller bearings: calculations, design, and maintenance: handbook]. Moscow, 1983. 543 p. (In Russ.).

16. Savelyev I. V. Kurs obshchey fiziki. T. 1. V 3 t. Mekhanika [A course of general physics. In 3 vols. Vol. 1. Mechanics]. Saint Petersburg, 2021. 340 p. (In Russ.).

17. Polivanov P. M., Polivanova E. P. Tablitsy dlya podscheta massy detaley i materialov: sprav [Tables for calculating the mass of parts and materials: handbook]. 12th ed., corrected and additional. Moscow, 2003. 304 p. (In Russ.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

PRUDIY Aleksey Vasilyevich, Senior Lecturer of Transport Security and Road Infrastructure Management Department, Shakhty Automobile and Road Construction Institute (branch) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Shakhty. SPIN-code: 5223-3876 AuthorID (RSCI): 795980 ORCID: 0000-0003-0236-8821 AuthorID (SCOPUS): 57771787400 Correspondence address: [email protected] LYASHENKO Yuriy Mikhaylovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Transport Security and Road Infrastructure Management Department, Shakhty Automobile and Road Construction Institute (branch) Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Shakhty. SPIN-code: 7361-3127 AuthorID (RSCI): 862931 ORCID: 0000-0002-6553-0163 AuthorID (SCOPUS): 6603581379 Correspondence address: [email protected]

For citations

Prudiy A. V., Lyashenko Yu. M. Results of kinetostatic research of road energy harvesting system with slider-rocker mechanism // Omsk Scientific Bulletin. 2023. No. 3 (187). P. 109-115. DOI: 10.25206/1813-8225-2023-187-109-115.

Received March 23, 2023. © A. V. Prudiy, Yu. M. Lyashenko

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.