Обзор конструкций и анализ типов аккумуляторов энергии. Гравитационные механические и кинетические накопители энергии. Тягово-динамический расчет велосипеда. Конструирование и расчет аккумуляторов, плоской спиральной пружины и ее энергоемкости.
Аннотация к работе
XX век был ознаменован огромный скачком прогресса для транспортных средств, использующих в качестве источника энергии различные нефтепродукты. Как следствие, тенденции современного рынка транспортных средств, все больше складываются в пользу наиболее экологичных средств передвижения. Таковыми являются транспортные средства с альтернативными источниками питания, гибридным приводом, а также приводимые в движение мускульной силой человека.Среди гибридных транспортных средств, все большее распространение получают транспортные средства использующие электроэнергию. Ведущие автомобильные компании мира, такие как BMW, Toyota, Honda, Peugeot, Ford делают большие вложения в данную область научных исследований. Основная проблема этим исследований заключается в электроаккумуляторах для этих автомобилей: для запасания необходимого количества энергии требуются аккумуляторы либо большие по габаритам и массе, либо имеющие высокую стоимость. Скутеры с электроприводом, электровелосипеды и подобные им конструкции получили широкое распространение в странах Азии и Дальнего Востока, начинают набирать популярность в странах Европы, однако проблема большой массы и высокой стоимости остается актуальной. Несмотря на то, что книга написана для детей старшего школьного возраста, в ней подробно и достаточно научно описываются попытки автора найти, так называемую «энергетическую капсулу» - устройство, способное аккумулировать энергию, в количестве, достаточном для преодоления автомобилем расстояния в 100 километров.Определяются запасом кинетической энергии какого-либо предмета, поднятого на определенную высоту. Энергия запасается при подъеме предмета, и высвобождается при опускании. Жидкостные гравитационные накопители энергии имеют ряд недостатков, такие как: испарение жидкости, необходимость нахождения рабочего тела именно в жидком агрегатном состоянии (а не в газообразном или твердом) и, самое главное, достаточно маленькую плотность рабочего тела, что, как одна из причин, ведет к увеличению размеров конструкции [2]. Именно изза неудобства и больших размеров конструкции в данной работе этот вид накопителей энергии рассматриваться не будет. Твердотельные гравитационные накопители энергии также имеют ряд преимуществ и недостатков.В колебательных накопителях кинетическая энергия накапливается в возвратно-поступательном (линейном или вращательном) движении груза за счет резонанса. При этом энергия должна как подаваться, так и расходоваться порциями, попадая «в такт» с движением груза [2]. Используется во всех механических часах с пружинным или гравитационным маятником. В гироскопических накопителях энергия запасается в виде кинетической энергии быстро вращающегося маховика.С точки зрения классической физики, пружины сжатия и растяжения накапливают потенциальную энергию путем изменения расстояния между атомами эластичного материала. Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала, из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счет увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию. Для запасания необходимого количества энергии, требуется пружина, сравнимая размерами, с пружинами, используемыми в автомобильной подвеске.Велосипед - Stels Pilot 510; Область применения - дорожный, городской; Масса велосипеда - - 15 кг;Масса велосипеда с велосипедистом и аккумулятором: . (3)Рассчитываем радиус качения колеса с выбранной шиной: (4)Работу, затраченную на разгон, можно представить как изменение кинетической энергии системы велосипед-велосипедист [3]. Кинетическую энергию можно представить в виде суммы поступательной и вращательной энергии: (9) Поступательная составляющая кинетической энергии будет иметь вид: (11) где: V - скорость велосипедиста в текущий момент времени. В свою очередь, вращательная энергия будет выглядеть следующим образом[4]: (12) где: - момент инерции переднего колеса; Рассмотрим составляющие моментов инерции колес [5].Общее выражение сопротивления, оказываемого воздухом движущемуся телу, может быть представлено в следующем виде: , (22) где: F - лобовая площадь тела; F=0,5 ;Например, на ровной асфальтированной дороге сопротивление качению меньше чем на булыжной мостовой или песке, а пневматические шины имеют меньшее трение качения, чем сплошные.При езде на велосипеде, внутренние потери происходят в следующих механизмах (в % от общего количества затрачиваемой энергии): - передняя втулка - 0,17%;С учетом вышеописанных пунктов, выполним расчет. На основании данных таблицы построим график зависимости необходимого количества энергии от выбранной скорости.С учетом КПД пружины, а также КПД механизма, передающего момент от колеса на пружину возьмем количество энергии необходимое для запасения в пружине равным Е=1000 Дж. Работа, совершаемая пружиной[6]: А=М·?, (24) где: А - работа, совершаемая пружиной, А=Е=1000 Дж; ? - число рабочих оборотов пружины. Задав
План
Оглавление
Введение
1. Обзор и анализ типов аккумуляторов энергии
1.1 Аналоги и разработки в данной области
1.2 Обзор аккумуляторов энергии
1.2.1 Гравитационные механические накопители энергии
1.2.2 Кинетические механические накопители
1.2.3 Механические накопители энергии с использованием сил упругости
2. Тягово-динамический расчет велосипеда
2.1 Исходные данные
2.2 Расчет полной массы велосипеда
2.3 Расчет радиуса качения колеса
2.4 Расчет работы затраченной на разгон
2.5 Потери при движении велосипедиста
2.5.1 Сопротивление воздуха
2.5.2 Сопротивление качению колес
2.5.3 Внутренние потери механизмов
2.6 Расчет необходимого количества энергии
3. Конструирование и расчет аккумулятора
3.1 Расчет плоской спиральной пружины
3.2 Крепление пружины
3.3 Расчет энергоемкости пружины
3.4 Компоновка конструкции
3.5 Принцип работы
Заключение
Библиографический список
Введение
XX век был ознаменован огромный скачком прогресса для транспортных средств, использующих в качестве источника энергии различные нефтепродукты. В результате этого, в настоящее время все актуальней становится проблема исчерпания природных ресурсов нефти. Как следствие, тенденции современного рынка транспортных средств, все больше складываются в пользу наиболее экологичных средств передвижения. Таковыми являются транспортные средства с альтернативными источниками питания, гибридным приводом, а также приводимые в движение мускульной силой человека.
В данной работе рассмотрено двухколесное транспортное средство - велосипед. На текущий момент в странах Азии и дальнего востока весьма распространены гибридные транспортные средства на основе велосипеда и мопеда. Однако, в качестве источника энергии на данных средствах передвижения используются электроаккумуляторы, что делает их достаточно тяжелыми и дорогими. Альтернативой электроаккумуляторам могут быть механические аккумуляторы энергии.
Целью данной работы является разработка недорогого, компактного и легкого аккумулятора энергии, для осуществления гибридного привода велосипеда. Для этого должен быть осуществлен подбор возможного вида аккумулятора, расчет необходимого количества энергии для разгона велосипеда до заданной скорости, а также конструирование непосредственно механизма, осуществляющего эту задачу. Данная конструкция, должна позволить человеку экономить собственные силы, затрачиваемые на разгон транспортного средства.