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 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.

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 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.

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. DOI: 10.14529/power210305. EDN JNEEDO.

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: cправ. 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.