简易货运索道振动抑制与能量收集技术研究

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简易货运索道以其独特的运输方式被广泛应用于送变电工程建设项目中,且多应用在深山密林等人迹罕至的高海拔地区。简易货运索道悬索系统是最复杂的索道系统之一,其面临着气候多变和复杂地质条件的挑战。对索道悬索进行振动分析是研究简易货运索道动力学的基本问题。悬索振动不仅会制约货运索道的运输效率,同时也是造成安全事故的重要因素。为保证索道的安全运行,需对索道运行进行实时监控。本文基于离散系统模型对悬索自由振动模型进行简化,建立了悬索振动方程并求解;在此基础上,设计了集振动抑制和能量收集于一体的新型装置。本文的主要研究工作如下:1.查阅了大量国内外关于悬索动力学研究、振动抑制阻尼器和能量收集等领域的相关文献,并对其研究现状进行了综述。2.针对悬索的振动特性,对比分析压电式、静电式和电磁感应式能量回收方式的特点;本文选择电磁感应式能量收集,将悬索振动能量转化为电能,并设计了基于LM317的整流滤波稳压充电电路。3.设计了一种新型弹簧减振器用于抑制货运索道悬索的振动,并对其进行了动力学分析;建立该装置的简化动力学模型;该新型弹簧减振器使用电磁阻尼来替代传统弹簧减振器的液压阻尼,同时能将振动能量转化为电能;建模分析了直流电动机用作直流发电机的优缺点;最后,应用Matlab仿真软件求解了新型弹簧减振器的阻尼力变化曲线、悬索振动曲线、振动能量的电能收集曲线。4.考虑到悬索振动对于索道门架的影响,以及索道远端门架监控设备供电问题,设计并制造了一套振动抑制和能量收集于一体的门架振动能量收集器。该装置使用滚珠丝杠机构作为振动能量的输入装置,能够有效的将往复直线振动转换为旋转运动;同时该装置采用了单向齿轮单元设计,实现了将往复振动转化为发电机的单向转动,提高能量收集效率。最后,设计了用于测试振动能量收集器性能的实验装置,通过测试实验获得门架振动能量收集器的阻尼力、输出电压与时间的关系曲线,从而求出该装置的转化率。
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