جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای مسعودعلی صادقی ریزی)

موضوع: برداشت انرژی الکتریکی از ارتعاشات خطوط راه‌آهن در اثر عبور قطار توسط برداشت‌کننده‌ی الکترومغناطیسی

ارائه دهنده: مسعود علی‌صادقی ریزی

استادان راهنما: دکتر سعید ضیایی راد

استادان مشاور: دکتر علی لقمانی

استادان داور: دکتر حسن نحوی – دکتر رضا تیکنی

چکيده:

توسعه شبکه راه‌آهن و تقاضا برای استفاده از این نوع سیستم حمل و نقل در دهه‌های اخیر به طرز چشم‌گیری افزایش یافته است. با توجه به بیشتر شدن استفاده از این نوع سیستم حمل و نقل و شلوغ شدن خطوط راه‌آهن، نیاز به سیستم‌های نظارت بر سلامت خطوط راه‌آهن و هم‌چنین تجهیزات بیش از پیش احساس می‌شود. برداشت‌کننده‌های انرژی می‌توانند توان الکتریکی مورد نیاز برای تجهیزات موجود در قطار، تجهیزات در طول مسیر ریل و زیرساخت‌ها، از جمله حسگرهای نظارت بر سلامت، حسگرهای دما، شتاب‌سنج‌ها، حسگرهای تشخیص آسیب، سیستم‌های جمع‌آوری داده‌ها، سیگنال‌ها، سوئیچ‌ها و تجهیزات ایمنی را تأمین کنند. در این پژوهش، یک دستگاه برداشت‌کننده انرژی از خطوط راه‌آهن بررسی شده است. این دستگاه شامل دو بخش مکانیکی و الکتریکی می‌باشد. بخش مکانیکی آن مبتنی بر مکانیزم بال‌اسکرو و یکسوساز حرکت مکانیکی می‌باشد که این یکسوساز شامل دو عدد چرخدنده‌ی مخروطی بزرگ، یک عدد چرخدنده‌ی مخروطی کوچک و دو عدد بلبرینگ یک طرفه می‌باشد که در واقع حرکت خطی رفت و برگشتی ریل قطار ناشی از عبور قطار از روی ریل را به حرکت چرخشی تک جهته برای چرخش محور ژنراتور تبدیل می‌کند. بخش الکتریکی آن شامل یک ژنراتور متناوب سه فاز مبتنی بر روش الکترومغناطیس می‌باشد که دور چرخش خود را از خروجی یکسوساز و جعبه‌دنده‌ی سیاره‌ای دریافت می‌کند. به طور کلی این دو بخش به کمک یکدیگر قادر به جمع‌آوری توان از ارتعاشات عمودی مسیر راه‌آهن از روش الکترومغناطیسی می‌باشند. در این پژوهش ابتدا مروری بر مطالعات قبلی در حوزه‌ی برداشت انرژی از خطوط راه‌آهن آورده شده است؛ سپس معادلات مربوط به مجموعه‌ی ریل، قطار و برداشت‌کننده با توجه به وجود دو حالت درگیر بودن و درگیر نبودن ژنراتور نوشته شده و معادلات دیفرانسیل مربوط به آن به دست آمده است. در نوشتن معادله‌های مربوطه یک ریل با طول 52/139 متر که تعداد 255 تراورس در طول آن قرار گرفته است، به عنوان یک تیر اویلر برنولی در نظر گرفته شده و هم‌چنین یک قطار دو واحده که هر واحد دارای چهار محور می‌باشد به عنوان بار عبوری از روی آن در نظر گرفته شده است. با توجه به ابعاد بزرگ ماتریس‌ها و دستگاه معادلات دیفرانسیل به دست آمده، جهت تشکیل ماتریس‌ها و هم‌چنین حل دستگاه معادلات دیفرانسیل از نرم افزار متلب استفاده شده است. در نهایت پارامترهای موجود در مسئله تغییر داده شده‌اند و نتایج حاصل از این تغییرات بر میزان ولتاژ، توان و انرژی به دست آمده، آورده شده است. پارامترهایی از قبیل مقاومت خارجی مصرف کننده، نسبت انتقال دور چرخدنده‌ها، گام بال اسکرو، سرعت قطار، سختی فنرهای استفاده شده، مقدار فشردگی اولیه‌ی فنرها، جرم واحد طول ریل و نیروی محوری قطار، جهت بررسی میزان تأثیرگذاری آن‌ها بر مجموعه‌ی برداشت‌کننده‌ی انرژی و مقدار توان و انرژی برداشت شده مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهدات حاکی از آن است که پارامترهای سختی فنرهای استفاده شده و مقدار فشردگی اولیه‌ی آن‌ها و هم‌چنین پارامتر جرم واحد طول ریل، بر میزان انرژی برداشت شده تأثیر گذار نمی‌باشند. با افزایش پارامترهای نسبت انتقال دور چرخدنده‌ها، سرعت قطار و نیروی محوری قطار، میزان انرژی برداشتی افزایش می‌یابد. با افزایش پارامترهای مقاومت خارجی مصرف کننده و گام بال اسکرو، مقدار انرژی برداشت شده کاهش می‌یابد. 

کلمات کلیدی: برداشت انرژی الکتریکی، برداشت‌کننده الکترومغناطیسی، خطوط راه‌آهن، ریل قطار، مکانیزم یکسوساز