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摘要：本文研究了一种基于压电效应的减速带发电系统。通过将压电材料嵌入减速带中，利用车辆经过减速带时的挤压力来激发压电材料产生电荷。笔者分析了压电材料的选取、布置方式以及对电荷进行收集的方法。实验结果表明，该系统能够有效地将车辆行驶时的动能转化为电能。同时，笔者探讨了减速带发电系统在城市道路中的潜在应用，包括为交通信号灯、周边设施供电和传感器检测车辆信息等。基于对实测数据和模拟结果的分析，笔者展望了该技术在能量回收和可再生能源方面的广阔前景。该系统为人们在能源可持续利用领域提供了一种全新的思路，不仅在理论上有重要意义，也在实践中具有潜在的经济和环境效益。

关键词：储能；减速带；节能；数字化；

1.引言

在当今社会，可再生能源的利用与开发备受关注，以缓解对传统能源的过度依赖并减少对环境的负面影响。在此背景下，基于新能源技术的研究备受关注，其中压电效应作为一种重要的能源转换方式逐渐受到了广泛的重视。本论文旨在探索基于压电效应的减速带发电技术，以回收城市道路车辆行驶时产生的动能，为当代能源可持续利用提供新思路。通过将压电材料嵌入减速带中并利用车辆经过时的挤压力，可以转化机械能为电能，为城市能源补充和城市可持续发展做出贡献。

本文在近期相关研究的基础上，系统地阐述了该技术的原理、设计要点以及实际应用前景。通过对压电效应的理论分析和实验验证，本文试图为该领域的研究和应用提供指导和参考。希望本研究能够为城市基础设施领域的能源回收和利用提供新的思路，促进城市的可持续发展。

在本篇文章中，笔者将详细地介绍基于压电效应的减速带发电技术，探讨其设计原理、实验验证以及在城市道路中的潜在应用。通过对该技术的深入研究，我们希望为全球范围内的能源可持续利用做出一定的贡献，推动城市能源资源的更加高效利用。

2.减速带发展现状

减速带发电工程是一种利用交通车辆通过减速带时产生的机械能，将其转换为电能的新型清洁能源项目。国内外在减速带发电工程的发展上都取得了一定的进展。

在国外，减速带发电工程已经成为一种广泛应用的清洁能源利用技术。例如，在欧洲、美国以及一些亚洲国家，许多城市的主要道路上都安装了减速带发电装置，成功地将交通车辆的行驶能量转化为电能并汇入电网供给城市使用。一些国家还在高速公路、桥梁等交通枢纽增设了减速带发电设备，以便更大范围地利用交通运输过程中的能量，为城市发电系统注入清洁能源。

国内在减速带发电工程领域也逐渐崭露头角。一些城市开始在主要道路的减速带上设置发电装置，取得了可观的发电效果。这些项目的建设不仅为城市的清洁能源供给做出了一定的贡献，同时也成为了当地的科技创新亮点，吸引了国内外的关注和投资。

然而，减速带发电工程在国内外的发展仍然面临一些挑战。一方面，在技术研发上，如何提高发电装置的效率、延长设备的使用寿命，以及减少设备对交通车辆行驶的干扰，都是当前急需解决的问题。另一方面，在工程应用上，如何将减速带发电工程与城市的电网系统充分衔接，保证发电效益的最大化，也是需要认真思考的事项。展望未来，随着绿色能源理念的不断普及和清洁能源技术的不断成熟，减速带发电工程有望成为城市清洁能源利用的重要组成部分。未来，人们需要持续关注该技术在国际国内的应用和发展，不断推动其技术进步和工程化应用，以期为城市能源供给做出更大的贡献。

3.设计

3.1设计目的

由于传统的减速带在设计和使用上的不足，导致了过往车辆不能很好地减速，且缓冲效果较差，对车的磨损较大，因此本研究设计一种创新与节能型压电效应减速带。该设计通过收集车辆通过减速带的重力势能作为电能来源，起到了很好的缓冲作用，具有传统减速带控制车速的作用，又能够缓冲车辆通过时带来的冲击，降低车辆冲击带来的损伤，提高车上人员的舒适性，保护车辆零部件安全；储存车辆对减速带的冲击能量，如果能够将产生的这部分能量进行回收利用，将会具有很高的实际应用价值并产生一定的社会经济效益，同时，也符合当今社会节约资源，低碳环保的新理念，迎合了"节能减排"的趋势。

3.2设计思路

本研究在减速带的基础上，结合物理原理等专业知识，设计机械结构与减速带的结合。车辆经过时，减速带由于产能结构运转，存在一定缓冲高度，能够有效减少车辆产生的震动。减速带需要设计蓄能装置，采用电磁式原理，通过能量转换模块将机械能转化为电能，将车辆通过减速带时消耗的能量转换为电能，进行回收利用。

3.3设计创新点

本设计的创新之处在于从日常道路行驶的一个方面入手，通过对道路系统小小的改造将闲置的能量转化为可供人们利用的绿色能源。将传统的减速带进行改进连接发电装置安装于车辆需要减速的地段，既不影响车辆的正常行驶，也不额外消耗能量。符合绿色能源的要求，在帮助车辆减速的同时产生电能一举两得。实验成功后，可对减速带进行再创新，将减速带产生的电储存起来，方便为下一步所使用。对于减速带监测和治理汽车尾气方面的应用开发，国内外还鲜有报道。目前笔者所想的这部分电可用于：

1.夜晚让减速带自我发光，警示减速

2.安装传感器，附加测速等数据分析处理模块，监测汽车尾气，载重是否达标

3.为每条减速带联网，实时监测减速带的情况。

4.结构原理

设计并制造具有适应性的减速带发电装置（图1），利用压电效应（图2），采用电磁式原理，通过能量转换模块将机械能转化为电能，并采用智能化监测和控制系统实现最佳运行状态。项目所需要的发电设备主要由线圈及磁铁构成一个直流发电机，当线圈由于外力在磁场中上下切割磁感线运动时，线圈的磁通量会发生变化，根据法拉第电磁感应定律，该闭合线圈产生感应电动势及感应电流，连接储电装置，即蓄电池，将电量储存下来。

发电设备的能量来源是车辆的动能与重力势能的转化，实现能源传输的设备有减速带以及弹簧。车辆驶向减速带时，轮胎将减速带压缩，线圈向下运动切割磁感线，产生电能；当轮胎离开时，弹簧将减速带弹起，线圈向上运动又切割磁感线产生电能。

5.实现功能

（1）实现公路减速带“发电模块”的常规技术生产。重点在减速带自身性能稳定、耐用、安全方面开展优化生产。积极探索与分析小范围内，减速带的发电能力。为后期大量投放市场收集经验数据。作为固定能源，本产品可以通过产能机构收集车辆经过减速带时损耗的能量，转换为电能供给路灯等周边用电器使用，减少周边用电器的使用和维护成本。

（2）开展“互联网+减速带”研究与生产。主要在减速带内部机构中植入智控芯片，相当于给每一条减速带配备身份编码及GPS定位点。一旦减速带出现发电故障，团队总部智控平台将第一时间收到问题信息，并指派各地区技术人员开展精准维护与保养。积极收集与总结售后服务经验。同时具有测速、测重功能。车辆经过减速带使蓄能机构完成蓄能时，不同

速度的车辆产生电能不同，通过测速模块进行分析，可以对车辆的速度进行计算，检测车速超出限定值时，将会通知交管部门，便于对超速车辆进行拦截，维护交通秩序，降低道路安全隐患；重量不同将导致产生的电能不同，通过测重模块分析，可以对车辆载重进行计算。速度不固定的情况下，数据不稳定，需要将本产品进行多个组合，使用车速对初始数据进行调整。车辆载重超出限定值时，会通知交管部门对超载车辆进行拦截，降低道路维护成本，保障道路安全。

（3）开展“智能+减速带”研究与生产。主要在智能芯片与外界天气环境间实施智能识别与远程控制的研究与生产。当外界遇到恶劣雨雪天气减速带发电存在安全隐患的时候，智能芯片要及时关闭发电功能直至外界天气重新达到发电要求才再次开启。重点在安全发电方面进行高效率作业。同时遭遇大范围断电时，交管部门或用户能够从本产品中拆卸蓄电池，储存的电能可以为人们提供应急能源。出现地震、台风、泥石流等重大自然灾害导致大范围断电时，能够及时地提供电力支援，为抢险救灾提供帮助，降低人员伤亡及财产损失。

（4）开展“减速带++”平台的（减速带衍生电能，电能又附加到各个应用领域）公共服务功能。做大做强“减速带++”平台，吸引各行各业第三方团队或机构积极加入该平台并达成“产、学、研”合作协议，每年平台为国家电网提供大量市场价格合理且性能稳定的绿色电能。积极探索该平台服务“一带一路”沿线国家的节能环保领域。为世界人民展示“绿色发电”的“中国方案”。

6.结语

在笔者的研究过程中也识别出一些关键问题和挑战，包括压电材料选择与性能的提升、能量转换效率的优化以及实际应用的可行性。解决这些挑战将需要综合利用材料科学、工程学和环境科学等多个领域的知识和技术。

尽管存在挑战，但笔者相信基于压电效应的减速带发电技术在未来将在可再生能源领域发挥重要作用。随着技术的不断进步和创新，笔者期望能够看到该技术在实际应用中取得更多突破，并为可再生能源和环境保护做出积极贡献。“绿色技术创新是绿色发展的重要动力”。伴随着政策的引导和广大科技人员的不懈努力，将来的发电技术所产生的附加空气污染将会越来越少。在追求绿色发电的道路上，将会有越来越多的进步性创新成果。

7.参考文献

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[3]陈婧怡，张金成，方腾等.可持续发电储能减速带商业模式创新探讨[J].内燃机与配件，2022，（07）：114-116.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2022.07.036

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8.作者简介

刘晨（2001—），男，山东临沂人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为计算机技术。

符广全（1965—），男，山东临沂人，临沂大学信息科学与工程学院教授，研究方向为计算机网络技术及应用。

李珍（2000—），女，山东菏泽人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为计算机技术。

崔振海（2000—），男，山东潍坊人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为计算机技术。

李娜（2001—），女，山东日照人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为计算机技术。

李远航（2000—），男，山东泰安人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为计算机技术。

李军（1997—），男，山东青岛人，本科，临沂大学，信息科学与工程学院，研究方向为社会工作。

[临沂大学大学生创新创业训练计划项目资助 项目编号：X202310452527]。

（作者单位：临沂大学 信息科学与工程学院）