摘要：针对转K6型转向架，设计了一种适用于铁路货车的低成本、相对独立并可以满足货车低需求用电要求的安全供电装置，此装置安装在弹簧内部，将货车运行过程中上下振动的机械能转换成电能从而对货车上用电设施供电，并利用Simulink对本装置的发电过程进行了仿真。
　　关键词：铁路货车；振动；直流发电机；供电；Simulink
　　中图分类号：O32
　　0 引言
　　由于铁路货车对电的需求量相对较小，安装高成本的供电系统势必会造成资源上的浪费，因此为了满足货车车厢部分对小功率电力的需求，同时避免因安装高成本的供电系统而造成的资源浪费，设计一种低成本的可以满足低需求并且相对独立的安全供电装置显得意义重大。本文设计的装置安放于车厢底的悬挂弹簧中，不占用额外的空间，可以充分利用货车在运行过程中弹簧的振动进行发电，然后对蓄电池充电，由蓄电池对电空制动、防滑器等供电。该装置利用滚珠丝杠连接车体和发电机，并利用其变换运动方式的特性，将货车的上下振动转换成发电机转子的旋转，进而达到将车体的振动储能转化为电能的目的。
　　1 实体模型的建立
　　转K6型减振弹簧目前在铁路货车上应用较为广泛，本文针对此种型号的减振弹簧建立模型。对于每一节车厢，车底前后各放置2组转K6弹簧组，每节车厢共可放4组弹簧组，每個弹簧组含有9个弹簧，每个弹簧内放置1个发电装置，因此每节车厢总共可放置36个发电装置。根据齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司提供的转K6减振弹簧组的参数可知：
　　（1）承载内簧和减振内簧的尺寸不一样，为了充分利用弹簧中的空间，需要在承载弹簧和减振弹簧中分别设计两种不同的发电装置，其中减振内簧中发电装置直径不大于16mm，承载内簧中直径不大于12mm；
　　（2）发电装置的高度受到弹簧高度的限制，为了充分利用弹簧的高度，装置总高度不高于262mm。
　　通过滚珠丝杠连接车体和发电装置，将货车的上下振动转换成发电机转子的旋转。在重载情况下丝杠的平均直线速度 =160mm/s，选取丝杠的导程为 =4mm，根据转子转速、丝杠的直线速度以及丝杠的导程之间的关系 ，计算得到转子转速 =40r/s。
　　2 Simulink模型的建立
　　针对本文设计的发电装置，由于整流得到的直流电有较大的脉动性，为得到较平滑的直流电，模型中加入了整流滤波电路。完整的直流发电机仿真模型如图一所示。
　　货车在运行过程中悬挂系统通过连杆与球铰连接，带动与球铰固结的滚珠丝杠随车体上下振动，丝杆螺母与电机轴固结完成车体上下振动到电机轴旋转运动的转化，使得输入到电机的信号并不是恒定值而是接近正弦信号，货车运行时减振弹簧振动频率为 2Hz，因此输入转速应为 r/s。考虑到车厢上的实际用电需求量，模型各模块参数设置如表1所示。
　　由仿真结果可知，货车稳定运行时每个直流发电机输出电压9.1V，电流2.84A，功率为25.84W，由于每节车厢共有36个直流发电机，因此每节车厢的发电量可达930.24W，能够满足货车上小功率用电设施的用电需求。
　　4 结论
　　本文设计了一种嵌放在铁路货车振动弹簧内利用滚珠丝杠将振动的机械能转化为电能储存到蓄电池，从而满足小功率用电设备的用电需求的新型电能收集装置，并利用Simulink对模型进行仿真。仿真结果表明，在货车稳定运行时发电机输出电压、电流稳定性好，功率足够大，达到了预期的效果，为这种新型电能收集装置设计思路的正确性提供了可靠依据。
　　参考文献：
　　[1]潘小晟.MATLAB电机仿真精华50例[M].北京：电子工业出版社.2007.