Розробка способу збору механічної енергії для використання в якості альтернативи електричній енергії в електричних атракціонах

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265224

Ключові слова:

збір механічної енергії, альтернатива електриці, перетворення енергії, плоска спіральна пружина, дитячий атракціон

Анотація

Методи та пристрої збору, зберігання та використання механічної енергії, яка потенційно може замінити електричну енергію в машинах, що працюють на електриці, і є екологічно чистою, є маловивченою областю. Збір енергії, одержуваної в результаті дій людини, є оптимістичним рішенням для забезпечення енергопостачання. Існують різні методи і технології отримання енергії від дій людини. Проблема полягає в тому, що більшість з цих методів дозволяють отримати дуже малий вихід енергії. Метою дослідження є розробка та характеристика методу на основі плоскої спіральної пружини для збору достатньої кількості механічної енергії, зберігання та управління атракціоном, як у парку розваг, замість електрики. Для цього спеціально розроблена і виготовлена плоска спіральна пружина. Для початку з використанням плоскої спіральної пружини моделюється, аналізується, виготовляється та реалізується прототип дитячого атракціону в натуральну величину. Стійкість атракціону аналізується шляхом моделювання наслідків зіткнення двох дитячих атракціонів. Енергія збирається шляхом намотування пружини руками за допомогою ручки або відтягування дитячого атракціону назад і накопичується в пружині. Результати експериментів показують, що запропонований спосіб збору, зберігання та використання механічної енергії може бути альтернативою електричній енергії при експлуатації високопотужних машин, таких як дитячі атракціони. Встановлено, що оптимальна ширина 30 мм і товщина 1,4 мм для плоскої спіральної пружини сприяють простоті виготовлення, легкості обертання людиною і компактності. Середнє зусилля, необхідне для намотування пружини, становить 16,06 Н, що є приблизно 33 % від зусилля, що може бути прикладено людською рукою. Стійкість запропонованої системи при зіткненні перевіряється шляхом розрахунку кута нахилу менше 3,83 градусів, що значно нижче рекомендованої межі кута нахилу при зіткненні.

Біографії авторів

Rajesh Kannan Megalingam, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Doctor of Philosophy (ECE), Director, Associate Professor

Department of Electronics and Communication Engineering

Humanitarian Technology (HuT) Labs

Bharath Sasikumar, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Bachelor of Technology in Mechanical Engineering, Research Assistant

Department of Electronics and Communication Engineering

Dhananjay Raghavan, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Master of Science in Aerospace Engineering, Senior Research Associate

Department of Electronics and Communication Engineering

Shree Rajesh Raagul Vadivel, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Master of Technology in Digital Manufacturing, Robotics Engineer

Department of Electronics and Communication Engineering

Sreekanth Makkal Mohandas, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Master of Technology in VLSI Design, Research Associate

Department of Electronics and Communication Engineering

Sakthiprasad Kuttankulangara Manoharan, Amrita Vishwa Vidyapeetham

Doctor of Philosophy Scholar

Humanitarian Technology(HuT) Labs

Department of Electronics and Communication Engineering

Посилання

  1. Indian Amusement Park Industry. Insight Alpha. Available at: https://insightalpha.com/news_details.php?cid=81&sid=11&nid=402
  2. Wang, J. C., Wang, Y.-C., Ko, L., Wang, J. H. (2017). Greenhouse gas emissions of amusement parks in Taiwan. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 581–589. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.070
  3. Fan, F. R., Tang, W., Wang, Z. L. (2016). Flexible Nanogenerators for Energy Harvesting and Self-Powered Electronics. Advanced Materials, 28 (22), 4283–4305. doi: https://doi.org/10.1002/adma.201504299
  4. Guo, L., Lu, Q. (2017). Potentials of piezoelectric and thermoelectric technologies for harvesting energy from pavements. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 72, 761–773. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.090
  5. Donelan, J. M., Li, Q., Naing, V., Hoffer, J. A., Weber, D. J., Kuo, A. D. (2008). Biomechanical Energy Harvesting: Generating Electricity During Walking with Minimal User Effort. Science, 319 (5864), 807–810. doi: https://doi.org/10.1126/science.1149860
  6. Abdelkareem, M. A. A., Xu, L., Ali, M. K. A., Elagouz, A., Mi, J., Guo, S. et al. (2018). Vibration energy harvesting in automotive suspension system: A detailed review. Applied Energy, 229, 672–699. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.030
  7. Guo, H., He, X., Zhong, J., Zhong, Q., Leng, Q., Hu, C. et al. (2014). A nanogenerator for harvesting airflow energy and light energy. J. Mater. Chem. A, 2 (7), 2079–2087. doi: https://doi.org/10.1039/c3ta14421f
  8. Jiang, T., Zhang, L. M., Chen, X., Han, C. B., Tang, W., Zhang, C. et al. (2015). Structural Optimization of Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Water Wave Energy. ACS Nano, 9 (12), 12562–12572. doi: https://doi.org/10.1021/acsnano.5b06372
  9. de Araujo, M. V. V., Nicoletti, R. (2015). Electromagnetic harvester for lateral vibration in rotating machines. Mechanical Systems and Signal Processing, 52-53, 685–699. doi: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.07.025
  10. Ting, C.-C., Tsai, D.-Y., Hsiao, C.-C. (2012). Developing a mechanical roadway system for waste energy capture of vehicles and electric generation. Applied Energy, 92, 1–8. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.10.006
  11. Trinh, V. L., Chung, C. K. (2018). Harvesting mechanical energy, storage, and lighting using a novel PDMS based triboelectric generator with inclined wall arrays and micro-topping structure. Applied Energy, 213, 353–365. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.01.039
  12. Li, X., Chen, C., Li, Q., Xu, L., Liang, C., Ngo, K. et al. (2020). A compact mechanical power take-off for wave energy converters: Design, analysis, and test verification. Applied Energy, 278, 115459. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115459
  13. Halim, M. A., Rantz, R., Zhang, Q., Gu, L., Yang, K., Roundy, S. (2018). An electromagnetic rotational energy harvester using sprung eccentric rotor, driven by pseudo-walking motion. Applied Energy, 217, 66–74. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.02.093
  14. Xue, T., Yeo, H. G., Trolier-McKinstry, S., Roundy, S. (2018). Wearable inertial energy harvester with sputtered bimorph lead zirconate titanate (PZT) thin-film beams. Smart Materials and Structures, 27 (8), 085026. doi: https://doi.org/10.1088/1361-665x/aad037
  15. von Buren, T., Mitcheson, P. D., Green, T. C., Yeatman, E. M., Holmes, A. S., Troster, G. (2006). Optimization of inertial micropower Generators for human walking motion. IEEE Sensors Journal, 6 (1), 28–38. doi: https://doi.org/10.1109/jsen.2005.853595
  16. Mi, J., Li, Q., Liu, M., Li, X., Zuo, L. (2020). Design, modelling, and testing of a vibration energy harvester using a novel half-wave mechanical rectification. Applied Energy, 279, 115726. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115726
  17. Wu, F., Li, C., Yin, Y., Cao, R., Li, H., Zhang, X. et al. (2018). A Flexible, Lightweight, and Wearable Triboelectric Nanogenerator for Energy Harvesting and Self-Powered Sensing. Advanced Materials Technologies, 4 (1), 1800216. doi: https://doi.org/10.1002/admt.201800216
  18. Cao, S., Li, J. (2017). A survey on ambient energy sources and harvesting methods for structural health monitoring applications. Advances in Mechanical Engineering, 9 (4), 168781401769621. doi: https://doi.org/10.1177/1687814017696210
  19. Megalingam, R. K., Nair, L. M., Viswanath, M., Sugathan, S. (2012). Pedalite: Lighting up Lives in Un-electrified Villages. 2012 IEEE Global Humanitarian Technology Conference. doi: https://doi.org/10.1109/ghtc.2012.61
  20. Megalingam, R. K., Gedela, V. V. (2017). Solar powered automated water pumping system for eco-friendly irrigation. 2017 International Conference on Inventive Computing and Informatics (ICICI). doi: https://doi.org/10.1109/icici.2017.8365208
  21. Prabhu, R. S., Vasudev, O. P. N., Nandu, V., Lokesh, K. J., Anudev, J. (2018). Design and Implementation of A Power Conversion System On A Bicycle With Utilisation By Sensors. 2018 2nd International Conference on I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC)I-SMAC (IoT in Social, Mobile, Analytics and Cloud) (I-SMAC). doi: https://doi.org/10.1109/i-smac.2018.8653679
  22. Bhargavi, P., Likhtih, S., Mohanty, A., Mahalakshmi, R. (2021). Design and Power Flow Control in TCSC Compensated SCIG based Wind Energy Conversion Systems. 2021 5th International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA). doi: https://doi.org/10.1109/iceca52323.2021.9675974
  23. Zou, H.-X., Zhao, L.-C., Gao, Q.-H., Zuo, L., Liu, F.-R., Tan, T. et al. (2019). Mechanical modulations for enhancing energy harvesting: Principles, methods and applications. Applied Energy, 255, 113871. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113871
  24. Evans, V. (2020). Newton’s Laws, G-forces and the impact on the brain. Australasian Journal of Neuroscience, 30 (1), 24–29. doi: https://doi.org/10.21307/ajon-2020-003
  25. Chen, J.-S., Chen, I.-S. (2015). Deformation and vibration of a spiral spring. International Journal of Solids and Structures, 64-65, 166–175. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.03.022
Розробка способу збору механічної енергії для використання в якості альтернативи електричній енергії в електричних атракціонах

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-30

Як цитувати

Megalingam, R. K., Sasikumar, B., Raghavan, D., Raagul Vadivel, S. R., Makkal Mohandas, S., & Kuttankulangara Manoharan, S. (2022). Розробка способу збору механічної енергії для використання в якості альтернативи електричній енергії в електричних атракціонах . Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (120), 54–62. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265224

Номер

Том 6 № 7 (120) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Rajesh Kannan Megalingam, Bharath Sasikumar, Dhananjay Raghavan, Shree Rajesh Raagul Vadivel, Sreekanth Makkal Mohandas, Sakthiprasad Kuttankulangara Manoharan

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.