節能減排，從細節做起
——基于壓電材料的拉桿發電蓄電系統設計制作

◆中南林業科技大學機電工程學院 鄧述珍 賀 奔 梁 美 賀昕興 陳希杰

全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽是由教育部高等學校能源動力類專業教學指導委員會指導，全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽委員會主辦的學科競賽。該競賽每年舉辦一次，以“節能減排、綠色能源”為主題，緊密圍繞國家能源與環境政策，是一項具有導向性、示范性和群眾性的全國大學生競賽。

中南林業科技大學每年都會舉辦該項賽事，為參加國賽選拔隊員，校賽主要在機電工程學院舉辦，我們又是機電工程學院新能源科學與工程專業的學生，大賽主題與我們的專業息息相關，于是我們決定組隊參賽。

通過前期的充分調研，我們將目光鎖定公共交通拉環，希望以它為載體，滿足人們及時為小型電子設備充電的需求。下面就讓我們簡單介紹一下“基于壓電材料的拉桿發電蓄電系統”的設計制作過程吧。

隨著人口劇增，城市化進程加快，堵車、限行有時會讓私家車“寸步難行”，越來越多的人響應“低碳生活綠色出行”的號召，選擇搭乘公共交通出行。在搭乘公共交通出行時人們常用電子產品打發時間，但電子產品續航時間短，在公共交通上能及時充電成為人們的需求。我們小組思考，能否合理利用公共交通上可收集的能量，設計一種成本較低、結構簡單的發電蓄電系統？我們計劃以公共交通拉環為載體，利用人手拉拉環的壓力將機械能轉換為電能，最后經整流儲存在蓄電池中，為小型電子設備及時充電。

之后，我們分組在不同時段對長沙的公交車、地鐵進行了調研，在上、下班高峰期，車廂內的拉環使用率很高，統計結果顯示，一輛公交車一天約有13個拉環被使用，平均每個拉環被使用約6個小時。拉環在被使用的時間內道路擁堵，公交車時停時啟，人們手握拉環，對拉環的壓力不斷變化。初步計算得出，長沙市一輛公交車車廂內的拉環在使用過程中可儲存約2度電，理論上能為一部電池容量為3500 mAh的手機充電80次。所以，本裝置不僅可供手機充電，也能為公交上的車載電視等其他電子產品供電。

如何將拉環上儲存的壓力轉變為電能？我們決定利用壓電材料試做系統。

一、材料選取

我們選取壓電陶瓷作為發電材料，再比較各種型號的壓電陶瓷性能參數，最終選取靈敏度高、壓電常數和介電常數相對較高，在相同荷載條件下具有更好發電性能的PZT-5H為壓電材料。

二、設計及優化懸臂梁結構

經測試，我們選取將懸臂梁結構應用于拉桿發電蓄電系統。圖1（a）（b）為壓電陶瓷懸臂梁結構，一端固定，另一端可自由活動。其中，虛線部分構成一個壓電振子（壓電振子由中間的金屬片和上、下的壓電片構成），在梁的上、下兩面分別設置電極，在自由端加一個外在作用力，使懸臂梁發生彎曲變形，在其電極上就會有電荷產生。此時，一個壓電振子相當于一個電荷源，從而實現對外輸出電能。

圖 1 懸臂梁結構

壓電陶瓷常見厚度為0.5 mm~2 mm，一般不超過10 mm，太薄或太厚的生產成本都將上升，在超過7 mm后，其加工成本急劇增加，并且材料穩定性變差。我們通過優化計算，選擇每個系統用五個壓電振子。最后，我們利用3D打印技術制作了模型，并進行了發電實驗。

圖2 作品實物

圖3 基于壓電材料的拉桿發電蓄電系統獲中南林業科技大學第二屆大學生節能減排社會實踐與科技競賽一等獎

以上就是“基于壓電材料的拉桿發電蓄電系統”的設計及制作過程。該作品在校賽中得到了學校專家評委的認可，獲得學校節能減排大賽一等獎，之后我們申報了學校大學生創新創業訓練項目并獲批！

這次比賽激發了我們的科研興趣和創新熱情。三年過去了，我們團隊的五位成員或被保送研究生或考上研究生，繼續自己的科研之路。（指導老師：唐若晗）

同一名稱翻譯不統一也是英文公示語中常見的錯誤。例如鎮江博物館里服務臺有兩種翻譯，Information Center和Information Desk，開放時間也有兩種翻譯，SERVING HOURS和Open time。無論是從整體性還是和諧性來說，一個景點的同一地名譯名應當統一。另外，“服務臺”的翻譯也存在問題，根據《規范》應譯為Service Desk?！伴_放時間”也譯錯了，《規范》中的譯文應為Opening Hours。