有一次,我放學乘公交車回家,由于路面不平,汽車震動很厲害,司機抱怨路況太差,汽車油耗多了好多。我聽后就想,用什么方法減少汽車用油呢?
回家后,我上網查資料發現汽車振動是由于汽車在行駛過程中路面不平,車速和運動方向發生變化,車輪、發動機和傳動系統不平穩,以及齒輪的沖擊等原因造成的,是無法避免的。因此,我想能否利用汽車振動產生的能量發電,供汽車自身使用,從而減少汽車用油呢?而且隨著新能源汽車的日益發展,利用電能將會是汽車的首選。
但是作為中學生,沒有在汽車上進行試驗的條件,我想是否可以發明一個模擬裝置呢?最后在老師的鼓勵和幫助下,我們完成了汽車振動發電模擬裝置的設計與制作。
我們的研究思路是,首先發明一個振動發電裝置,再證明該振動狀態符合汽車運動時的振動情況。
電磁振動發電裝置采用永磁體內置的方式,它由永磁體、芯軸、線圈、彈簧、直線軸承和外殼等組成。環形永磁體(圖1)安裝在芯軸上,芯軸兩端彈簧一端分別固定在外殼的端蓋軸承上,另一端分別頂住芯軸,起著平衡復位作用,線圈固定在永磁體外面。工作過程中環形永磁體在線圈中既做往復運動又做轉動,以切割磁感線產生電流,有效地把汽車各方位的振動能量利用起來。(振動發電裝置的三維圖如圖2中所示,圖3為實物圖。)
作為汽車后橋初始激勵的路面位移激勵,受到地面不平度的影響,且道路表面不平屬隨機過程,具有不規則性和相似性,表現出明顯的分形特征,故地面不平度具有混沌的分形特性,因此模擬振動試驗臺采用混沌振動原理,采用連桿滑塊機構,使機構的自由度數大于原動件個數。由機械原理可知即使是原動件具有確定性輸入,仍能輸出不規則的振動。(結構原理如圖4所示,圖中原動件曲柄OA由電動機驅動作勻速轉動。)雖然曲柄勻速轉動,且連桿滑塊機構為無間隙機構,但其自由度數大于原動件數,所以設計該連桿滑塊激振器,應能使工作臺W的運動具有混沌特征,以較好地模擬汽車在路面上行駛時的復雜振動情況。
汽車振動模擬裝置已經制作完畢,達到設計要求,通過對LED燈具通電試驗,起動振動臺后,2秒鐘內LED燈具迅速點亮,且亮度很強,效果非常滿意(實物見圖5)。振動發電裝置具有結構簡單、制造容易、不污染環境、體積多變、可持續提供電能和高效率等優點,可以適用于多種存在機械振動的場合,應用前景比較廣闊。
正是節能在發明創造的道路上給了我最初的啟發,才幫助我一步步實現了夢想。我們發明的振動利用系統組成簡單,原理清晰,加上自身的優點,在現實生活中應用,應該能很好地達到充分利用能源的目的,從而實現節能減排的效