机械弹性储能箱蜗簧衬片连接强度分析段巍，方涛，汤敬秋，王璋奇（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）摘要：蜗卷弹簧是机械弹性储能的关键零部件，其端部与芯轴和储能箱体内壁连接的强度直接影响蜗卷弹簧工作的可靠性。针对蜗卷弹簧外端与箱体内壁采用衬片固定的连接方式，采用阿基米德螺旋线建立了蜗簧和衬片的数学模型，推导了作用在衬片上的初始弯矩，针对不同长度的衬片建立了衬片连接有限元模型，对比了蜗簧和衬片有限元单元的应力大小及分布统计，得到了不同长度衬片对蜗卷弹簧的影响，确定了合适的衬片连接长度。研究成果可为蜗卷弹簧的安全运行提供有力依据。关键词：弹性储能；蜗卷弹簧；储能箱；衬片连接；有限元；应力分析1引言随着太阳能、风能等间歇性能源的开发和利用，储能技术的研究和发展变得日益重要。机械弹性储能以平面蜗卷弹簧为关键零部件，利用蜗卷弹簧受载时产生弹性变形，将机械能转化为弹性势能，卸载后将弹性势能转化为机械能的原理进行储能和释能，该储能方式具有储能大容量、高效率、低成本和无污染等优点[1-5]。图1为机械弹性储能系统示意图[6]，该系统以蜗卷弹簧储能箱为中心分为发电侧与储能侧。太阳储能箱的类型费用？重庆便携储能箱材质
Gomis-Bellmuntreviewofenergystoragetechnologiesforwindpowerapplications［J］.RenewableandSustainableEnergyReviews，2012，16（4）：2154-2171.［3］朱熀秋，汤延祺.飞轮储能关键技术及应用发展趋势［J］.机械设计与制造，2017（1）：265-268.（ZhuYe-qiu，Tangtechnologiesandapplicationtrendsinflywheelenergystoragesystem［J］.MachineryDesignamp;Manufactur，2017（1）：265-268.）［4］RossiF，CastellaniB，Nicoliniandchallengesofmechanicalspringsystemsforenergystorageapplications［J］.EnergyProcedia，2015（82）：805-810.［5］段巍，冯恒昌，王璋奇.弹性储能装置中平面涡卷弹簧的有限元分析［J］.中国工程机械学报，2011（4）：493-498.（DuanWei，FengHeng-chang，Wangelementanalysisonflatspiralspringinelasticenergystoragedevice［J］.ChineseJournalofConstructionMachinery，2011（4）：493-498.）［6］汤敬秋.机械弹性储能用大型蜗卷弹簧力学特性研究［D］.北京：华北电力大学（北京），2016：15-36.。重庆便携储能箱材质光伏储能箱价格费用？
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图11为不同衬板长度l下蜗簧单元受到的平均应力值，该值随着长度l增加而减小，且降低速度减缓。表明蜗簧受到的影响随着衬片长度的增加而减小。衬片应力分析不同衬片应力变化，如图12所示。为更好观察对比结果，调整衬片等效应力显示，保持**大值与**小值不变，如图13所示。对于不同长度衬片，除了l=100mm衬片的**大等效应力出现在右凸耳位置，其余长度的**大等效应力出现在左凸耳位置，且凸耳处的应力大于螺钉处受到的应力，这是由于螺钉与凸耳同时提供固定作用，而凸耳离自由端较近，产生的应变比螺钉处应变大；**小等效应力出现在衬片与螺钉连接一侧的边缘且不为零，这是因为衬片受载后变形，产生弧面切向力，使衬片固定端一侧受挤压作用从而产生微小的压缩变形。设小应力单元比例s定义为s=Nσi/Nn，Nσi表示单元应力σi≤80MPa的单元数，Nn为衬片的总单元数。图12表示蜗簧平均应力、小应力单元比例s与衬片长度l的关系，可以看出：随着衬片长度增加，平均应力值减小且降低率减缓，而小应力单元比例增加。这表明随l增加，衬片取决定作用的大应力单元比例逐渐降低，并且衬片的应力过渡趋于平缓，但是长度过大（即小应力单元过多）会增加衬片的质量。便携储能箱生产厂家费用？
2蜗卷弹簧曲线描述蜗卷弹簧在储能前的状态，即初始状态，其外端固定于蜗簧箱内壁上，内端固定在芯轴上；在蜗簧箱内壁蜗簧互相接触，形状符合阿基米德螺旋线的特征，记为AS；芯轴和压紧的弹簧之间表现为自然状态，形状相似于对数螺旋线特征，记为LS，如图2所示。图1械弹性储能系统MechanicalElasticEnergyStorageSystem图2初始状态蜗簧模型SpiralSpringModelofInitialState阿基米德螺线是一个点匀速远离固定点的同时以固定的角速度绕该固定点转动形成的轨迹，如图3所示。其极坐标方程表示：式中：a—其初始极径；b—控制径向距离的参数。图3阿基米德螺旋线ArchimedesSpiral对数螺旋线也叫等角螺旋线，线上任意一点的极径与该点切线方向的夹角α为定值，且α≠90°，如图4所示。其极坐标方程表示为：式中：ρ（θ）—在任意角度θ螺旋线的极径；ρ0—θ为0时的极径；θ—沿螺旋线所经过的角度；k—线上任一点处的极径与该点处的切线的夹角的余切，即k=cot（α）在图2中，设AS的蜗簧长度为L1。LS的长度为L2，则蜗簧的全长L=L1+L2。初始状态的蜗簧形状的表达函数为：图4对数螺旋线LogarithmicSpiral3衬片模型衬片与蜗簧通过螺钉连接于箱体内壁。空气储能箱的类型费用？浙江充电桩储能箱生产厂家
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单体蜗簧箱中平面蜗卷弹簧是**部件，其内端与芯轴连接，外端与蜗簧箱内壁连接。蜗卷弹簧与箱内壁连接方式通常有铰式固定、销式固定、V型固定、衬片固定[7]，其中衬片固定是通过螺钉将衬片、蜗簧和箱体内壁进行静连接。该连接方式可减少蜗簧圈间压力，增大蜗簧受载面积，减少应力集中。在弹性储能前期研究中，文献[6]针对蜗卷弹簧提出了基于螺线的形态迭代法，详细描述了蜗簧储能中的各个状态；文献[8]分析了蜗卷弹簧箱体中不同厚度蜗簧在运行过程中曲率，弯矩等相关参数的变化；文献[9]针对平面蜗卷弹簧进行了有限元应力分析及动力学分析，研究了蜗簧受到的扭矩与其转角之间的关系；文献[10]讨论了提高蜗卷弹簧储能密度的方法。这些研究成果均没有对蜗卷弹簧端部的连接问题进行研究，而连接处的强度将直接影响蜗簧工作的可靠性，若采用衬片固定，不同长度衬片的选取也将直接影响衬片的连接性能。因此在已有机械弹性储能系统方案基础上，针对蜗簧外端与箱体内壁的衬片连接，建立衬片连接力学模型和有限元模型，开展衬片连接强度分析，探讨不同长度下的衬片连接对蜗簧性能的影响。2蜗卷弹簧曲线描述蜗卷弹簧在储能前的状态，即初始状态，其外端固定于蜗簧箱内壁上。重庆便携储能箱材质
