omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-187-109-115QXIUSPomna-281Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGРезультаты кинетостатического исследования дорожной энергетической установки с ползунно-коромысловым преобразователемResults of kinetostatic research of road energy harvesting system with slider-rocker mechanismhttps://orcid.org/0000-0003-0236-8821ПрудийА. В.PrudiyA. V.

ПРУДИЙ Алексей Васильевич, старший преподаватель кафедры «Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой» 

г. Шахты

AuthorID (РИНЦ): 795980

AuthorID (SCOPUS): 57771787400

PRUDIY Aleksey Vasilyevich, Senior Lecturer of Transport Security and Road Infrastructure Management Department

Shakhty

AuthorID (RSCI): 795980

AuthorID (SCOPUS): 57771787400

prudiy@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6553-0163ЛяшенкоЮ. М.LyashenkoYu. M.

ЛЯШЕНКО Юрий Михайлович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Транспортная безопасность и управление дорожной инфраструктурой»

г. Шахты

AuthorID (РИНЦ): 862931

AuthorID (SCOPUS): 6603581379

LYASHENKO Yuriy Mikhaylovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Transport Security and Road Infrastructure Management Departmen

Shakhty

AuthorID (RSCI): 862931

AuthorID (SCOPUS): 6603581379

 

lumdtn@yandex.ruШахтинский автодорожный институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М. И. ПлатоваРоссияShakhty Automobile and Road Construction Institute (branch) Platov South-Russian State Polytechnic UniversityRussian Federation20233009202303109115Copyright © Прудий А.В., Ляшенко Ю.М., 20232023Прудий А.В., Ляшенко Ю.М.Prudiy A.V., Lyashenko Y.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/281

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 Н∙м. При этом в генераторе возникает момент сопротивления, величина которого зависит от скорости проезжающего автомобиля: при скорости 20 км/ч момент сопротивления равен 115 Н∙м; при скорости 30 км/ч момент сопротивления равен 260 Н∙м; при скорости 40 км/ч момент сопротивления равен 390 Н∙м.

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.

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 N∙m 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 N∙m; at speed of 30 km/h resistive torque is 260 N∙m; at speed of 40 km/h resistive torque is 390 N∙m.

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.

дорожная энергетическая установкаавтономный источник энергииэнергия транспортного потокаискусственная неровностьвозобновляемая энергетикаroad energy harvesting systemself-generated energy sourcesenergy of the transport flowspeed bumprenewable energyReferencesDeshmukh 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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).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.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.).Ляшенко Ю. М., Прудий А. В., Колесник М. Н. Дорожная энергетическая установка с коромысло-шатунным преобразователем движения нажимной платформы // Современные прикладные исследования: материалы Пятой национальной науч.-практ. конф., Шахты, 17–19 марта 2021 года. Новочеркасск: Изд-во ЮРГПУ (НПИ) имени М. И. Платова, 2021. Т. 1. С. 227–231. EDN VXGIKG.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.).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. DOI: 10.14529/power210305. EDN JNEEDO.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.).Лукин А. М., Квалдыков В. В. Теоретическая механика (раздел «Динамика»). Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. 372 с.Lukin A. M., Kvaldykov V. V. Teoreticheskaya mekhanika (razdel «Dinamika») [Theoretical mechanics (Dynamics section)]. Omsk, 2008. 372 p. (In Russ.).Перель Л. Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание: cправ. Москва: Машиностроение, 1983. 543 с.Perel’ L. Ya. Podshipniki kacheniya: raschet, proyekti- rovaniye i obsluzhivaniye: sprav [Roller bearings: calculations, design, and maintenance: handbook]. Moscow, 1983. 543 p. (In Russ.).Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1. В 3 т. Механика. Санкт-Петербург: Лань, 2021. 340 с.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.).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.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.). AuthorID (SCOPUS): 6603581379 Correspondence address: lumdtn@yandex.ru

The authors declare that there are no conflicts of interest present.