ПУТЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ
TRACK DEVICE TO CONVERT MECHANICAL POWER INTO ELECTRIC POWER

Изобретение относится к альтернативной электроэнергетике, в частности для получения электроэнергии при прохождении железнодорожного поезда по путям.
Известно устройство, реализующее способ получения разности электрических потенциалов, включающий расположение пьезоэлектрического преобразователя механического давления в разность электрических потенциалов между нижней поверхностью подошвы рельса и его опорой в виде подложки или шпалы и фиксирование разности электрических потенциалов при прохождении по рельсу железнодорожного поезда, пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают на нижней поверхности подошвы рельса, вводят в зацепление с подошвой рельса и фиксируют на ней от продольных и поперечных смещений (RU 2091252, В61L 1/04, 1997).
Недостатком является невозможность получения максимальной разности потенциалов в пьезоэлектрическом преобразователе, кроме того, возможно разрушение подкладки под рельсом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, реализующее способ получения разности электрических потенциалов, заключающийся в расположении пьезоэлектрического преобразователя механического давления в разность электрических потенциалов на железнодорожном пути, передаче на него через рельсы давления колес железнодорожного поезда и получение разности электрических потенциалов, при котором пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают на опоре между шпалами. Пьезоэлектрический преобразователь механического давления в разность электрических потенциалов располагают между рельсами и давление от рельсов на него передают рычажно-консольной системой, при этом преобразователь располагают на плече рычага и используют это плечо в качестве опоры (RU 2095265, B61L 1/04, 1997).
Недостаток состоит в том, что размещение пьезоэлектрических пластин на опорах между рельсами при их различных колебаниях потребует точной регулировки высоты установки, что снижает эффективность работы устройства и ухудшает выработку электроэнергии.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности преобразования механической энергии в электрическую в процессе движения поезда за счет превращения поступательного движения рельса во вращательное движение пьезоэлектрического преобразователя.
Технический результат достигается тем, что путевое устройство для преобразования механической энергии в электрическую, включающее два пьезоэлектрических преобразователя, корпуса которых размещены под рельсами на опоре между шпалами посредством установленного поперек оси железнодорожного пути двуплечего рычага, снабжено кинематически связанными со свободными концами двуплечего рычага, закрепленного на опоре между рельсами с возможностью контакта с одним из рельсов и передачи вращения на соответствующий пьезоэлектрический преобразователь, двумя передаточными механизмами, каждый из которых выполнен в виде установленного на соответствующем свободном конце двуплечего рычага в подшипниковых узлах на опорах разрезного вала, на одной стороне которого жестко закреплены приводной диск и полумуфта с собачкой встроенного первого храпового механизма, а на другой стороне установлено с возможностью перемещения вдоль вала храповое колесо первого храпового механизма и жестко закреплено храповое колесо второго храпового механизма, собачка которого закреплена на опоре передаточного механизма, причем разрезной вал соединен с валом выполненного в виде ротора соответствующего пьезоэлектрического преобразователя, а приводные диски шарнирно соединены с соответствующими концами двуплечего рычага с телескопическими звеньями.
Первый храповой механизм выполнен из храпового колеса с внутренней насечкой, встроенного в полумуфту на одной стороне разрезного вала, и смонтированной на другой стороне разрезного вала с внешней стороны собачки.
На фиг.1 показан общий вид путевого устройства; на фиг.2 - поперечное сечение путевого устройства; на фиг.3 - путевое устройство с симметричными свободными концами; на фиг.4 - сечение по А-А на фиг.3; на фиг.5 - сечение по Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - сечение по В-В на фиг.3; на фиг.7 - сечение по Г-Г на фиг.6, на фиг.8 - вариант исполнения встроенного храпового механизма и на фиг.9 - электрическая схема одного пьезоэлектрического преобразователя.
Путевое устройство для преобразования механической энергии в электрическую включает два пьезоэлектрических преобразователя 1 и 2, корпусы которых размещены под рельсами 3 на опоре 4 между шпалами посредством установленного поперек оси железнодорожного пути двуплечего рычага 5.
Устройство снабжено кинематически связанными со свободными концами двуплечего рычага 5, закрепленного на опоре 4 между рельсами 3 с возможностью контакта с одним из рельсов и передачи вращения на соответствующий пьезоэлектрический преобразователь 1 и 2, двумя передаточными механизмами 6. Каждый передаточный механизм 6 выполнен в виде установленного на каждом свободном конце двуплечего рычага 5 в подшипниковых узлах 7 на опорах 8 разрезного вала 9. На одной стороне разрезного вала 9 жестко закреплены приводной диск 10 и полумуфта 11 с собачкой 12 встроенного первого храпового механизма 13. На другой стороне разрезного вала 9 установлено с возможностью перемещения вдоль вала храповое колесо 14 первого храпового механизма 13 и жестко закреплено храповое колесо 15 второго храпового механизма 16. Собачка 17 храпового механизма 16 закреплена на опоре 18 передаточного механизма 6. Причем разрезной вал 9 соединен с валом 19 выполненного в виде ротора соответствующего пьезоэлектрического преобразователя 1.
Приводные диски 10 с каждой стороны шарнирно соединены с соответствующими концами двуплечего рычага 5 с телескопическими звеньями 20.
Двуплечий рычаг 5 с передаточными механизмами 6 помещен в герметичный корпус 23.
В соединительной коробке 24 размещены последовательно соединенные трансформатор 25, выпрямитель 26 и стабилизатор напряжения 27. К трансформатору 25 подключены пьезоэлектрические преобразователи 1.
Первый храповой механизм 13 может быть выполнен из храпового колеса 14 с внутренней насечкой, встроенного в полумуфту 11 на одной стороне разрезного вала 9, и смонтированной на другой стороне разрезного вала 9 с внешней стороны собачки 12.
Путевое устройство для преобразования механической энергии в электрическую работает следующим образом.
При проходе поезда по рельсам 3 наблюдается просадка верхнего строения пути и, как следствие, возникают затухающие колебания рельсов. Частота и амплитуда колебаний зависит от массы и скорости проходящих вагонов. Для того чтобы выбрать одинаковые колебания и избежать разности фаз в вырабатываемых электрических сигналах, два пьезоэлектрических преобразователя 1 устанавливают под один рельс 3. (фиг.1 и 2).
Механическое воздействие в виде давления нагруженного рельса 3 на двуплечий рычаг 5 через передаточные механизмы 6 переводится во вращательные движения валов 19 пьезоэлектрических преобразователей 1.
При воздействии рельса 3 двуплечий рычаг 5 качается относительно опоры 4 вниз и вверх.
На фиг.3 показан пример, в котором рельс 3 приподнимается относительно опоры 4. Один свободный конец двуплечего рычага 5 опускается, а другой - поднимается. При этом длина двуплечего рычага 5 увеличивается за счет выдвижения телескопических звеньев 20 по его концам. У левого передаточного механизма 6 приводной диск 10 поворачивается по часовой стрелке. Приводной диск 10 правого передаточного механизма 6 поворачивается против часовой стрелки.
В этом случае вращается один из пьезоэлектрических преобразователей 1 по часовой стрелке. Другой пьезоэлектрический преобразователь 1 с правой стороны останавливается, храповое колесо 15 второго храпового механизма 16 стопорится собачкой 17, а храповое колесо 14 первого храпового механизма 13 вращается вхолостую.
Собачки 12 на полумуфтах 11 удерживаются пружинами в положении, при котором храповые колеса 14 свободно входят в зацепление и выходят из зацепления с ними при перемещении последних пружиной 21. Для этого паз 22 выполняется в ступице храпового колеса 14, а удерживающий храповое колесо 14 выступ - на разрезном валу 19.
По другому варианту первый храповой механизм 13 выполняется из храпового колеса 14 с внутренней насечкой. Одна собачка 12 входит с ним в зацепление и поворачивается вместе с полумуфтой 11 и разрезным валом 9 с левой стороны устройства по часовой стрелке, а с правой стороны при вращении соответствующей полумуфты 11 против часовой стрелки другая собачка 12 проскальзывает.
При смене направления вращения собачка 12 проскальзывает вхолостую с левой стороны, а с правой стороны работает и вращается вместе с полумуфтой 11 и разрезным валом 9 (фиг.8).
Работающий первый пьезоэлектрических преобразователь 1 создает разность потенциалов. Электрический сигнал преобразуется трансформатором 25 и поступает через выпрямитель 26 на стабилизатор 27. Электрическая энергия может накапливаться в аккумуляторе или использоваться для освещения железнодорожных переездов, платформ и питания аппаратуры в местности, где отсутствует энергоснабжение.
При перемене воздействия включается в работу второй пьезоэлектрический преобразователь 1 с правой стороны двуплечего рычага 5. Первый пьезоэлектрический преобразователь 1 останавливается. Приводной диск 10 левого передаточного механизма 6 поворачивается против часовой стрелки. Храповое колесо 15 второго храпового механизма 16 стопорится собачкой 17. При этом храповое колесо 14 первого храпового механизма выходит из зацепления с собачкой 12. Полумуфта 11 на разрезном валу 9 проворачивается вхолостую.
Электроэнергию вырабатывает второй пьезоэлектрический преобразователь 1 на правом конце двуплечего рычага 5.
Последовательное включение пьезоэлектрических преобразователей 1 позволяет постоянно вырабатывать электрическую энергию при движении поезда по рельсам 3.
Эффективность путевого устройства для преобразования механической энергии в электрическую заключается в повышении эффективности преобразования механической энергии в электрическую в процессе движения поезда за счет превращения поступательного движения рельса во вращательное движение пьезоэлектрического преобразователя.