液压自由活塞发动机活塞循环运动特性研究.pdf

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1、液压自由活塞发动机活塞循环运动特性研究刘文翠2015年1月中图分类号：U464UDC分类号：629液压自由活塞发动机活塞循环运动特性研究作者姓名刘文翠学院名称机械与车辆学院指导教师荆崇波副教授答辩委员会主席马彪教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期二零一五年一月InvestigationonthePistonCycleMotionPropertiesinaFree-pistonHydraulicEngineCandidateName：LiuWencuiSchoolorDepart

2、ment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:JingChongboChair,ThesisCommittee：Pro.BiaoMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalengineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，

3、文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要与传统二冲程曲柄连杆内燃机活塞运动相比，液压自由活塞发动机（HFPE）活塞运动无解析表达、无固定运动轨迹、无固定极限位置，造成系统循环稳定性变差、功率密度和能量转换效率低于预期，系统控制的鲁棒性不足。液压自由活塞发动机的活塞运动特

4、性对其整体性能有重要影响，掌握活塞运动变化规律，将为系统性能的提升找到优化方向。论文首先对影响液压自由活塞发动机活塞运动规律的液压部件特征进行了研究。针对液压自由活塞发动机泵腔传统液压控制回路供油装置复杂的问题，提出了新型液压控制回路。通过仿真与试验，对液压控制回路中的蓄能器储能特性进行了研究，指出在低频充放油条件下，蓄能器能量损失包括热损失和液压损失两项，其中热效率约为92%，液压效率约为98%；在高频充放油条件下，蓄能器能量损失主要体现在液压损失上，液压效率约为34%，热效率约100%。在明确液压自由活塞发动

5、机液压系统特征的基础上，对活塞运动的压缩-膨胀循环特征参数变化进行了研究。基于蓄能器气体的压缩-膨胀变化特性，给出了系统特征参数与蓄能器参数间的变化关系。通过调节蓄能器压缩比1~3的变化可实现系统压缩比5~30的变化，指出基于不同燃料的使用特性及其对不同压缩比的需求，进行系统与蓄能器间的参数优化，是实现改善系统性能的有效途径之一。给出了活塞运动频率的解析表达，指出蓄能器参数以及系统结构参数共同构成频率的影响因素。在活塞运动的膨胀行程，解析计算与分析了耦合缸内气体燃烧放热因素后活塞运动频率的变化特性，指出在燃烧释放

6、能一定时，燃烧速度对频率有很大影响，可以通过改善燃烧方式来调整频率特性。建立了液压自由活塞发动机新型液压控制回路机-液耦合仿真模型。通过仿真计算对系统稳定运行时的运行特性进行了研究。研究结果表明，相对传统液压循环结构，系统总效率提高了0.63%。由于液压系统响应延迟造成的液压损失降低了96.9%。为进一步研究活塞运动的控制特性提供了理论支撑。关键词：自由活塞；活塞运动特性；液压控制回路I北京理工大学硕士学位论文AbstractComparedwiththepistonmotionintheconventional

7、two-strokecrankICengine,thepistonmotionintheHFPEhasnoanalyticalexpression,nofixedtrajectoryandnofixedlimitposition.Itleadstothedecreaseofthecycle-by-cyclestability.Thepowerdensityandtheenergyconversionefficiencyarealsoreduced.Therobustnessofthesystemcontrolis

8、insufficient.TheHFPEpistonmotioncharacteristicshaveanimportanteffectonthesystemperformance,understandthepistonmotionpropertiesisonewaytoimprovethesystemperformance.Thehydrauliccomponentsp