液压自由活塞发动机关键技术及未来发展方向

介绍了液压自由活塞发动机的三种基本结构、工作原理和优点,重点分析了液压自由活塞发动机由于其独特的结构所具有的特性、研制过程中的关键技术、研究难点,以及相应的研究现状,讨论了制约液压自由活塞发动机走向产业化的瓶颈技术,以及为解决这些技术所进行的探索和尝试。推动液压自由活塞发动机的发展可从结构改进、燃料及燃烧技术突破及多学科融合技术等方面进行。     

双活塞液压自由活塞发动机原理样机的研制及其压缩比

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质,利用油液的压力能实现动力非刚性传输的一种特种发动机。提出一种特殊结构的液压自由活塞发动机设计方案,并据此研制了双活塞液压自由活塞发动机原理样机。由于压缩比对自由活塞发动机的性能具有重要影响,所以从结构设计、安装方式与行程控制等不同层面,对双活塞液压自由活塞发动机原理样机压缩比进行了详细而系统的研究。研究结果为液压自由活塞发动机的结构设计、控制及安装方式的选择皆有指导意义。     

双组元液压自由活塞发动机的研究背景与可行性分析

在对内燃式液压自由活塞发动机和单组元液压自由活塞发动机进行比较分析的基础上,提出了一种新型的液压自由活塞发动机--双组元液压自由活塞发动机.从工作原理、释能方式、结构特点、燃料能量密度、单元功率及应用场合等不同角度,对三种液压自由活塞发动机的多种性能进行了比较.探讨了双组元液压自由活塞发动机的点火方式和需解决的关键技术问题,指出双组元液压自由活塞发动机是一种值得深入研究的新型动力机.     

双活塞式液压自由活塞发动机运动特性

双活塞式液压自由活塞发动机是将内燃机与液压泵集成为一体的新型动力机械。依据双活塞式液压自由活塞发动机样机活塞组件动力学模型,推导出活塞组件的自激振动方程;运用相轨迹法研究了活塞组件系统的稳定性,以及活塞组件的幅频特性;提出液压自由活塞发动机稳定运行的必要条件,以及通过负载特性确定活塞组件稳态工作频率的方法。     

液压自由活塞发动机自激振动的控制

以单活塞液压自由活塞发动机活塞运动控制为目标,研究相应的控制方案。基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动系统的理论分析,同时利用样机建立试验测试平台,对活塞运动控制的理论基础、控制回路和控制方法进行研究。通过控制压缩能量的释放时刻可以实现对活塞运动频率的控制。设计出一种新的先导式控制回路及其自由活塞位置反馈调制控制方法。回路实现了对阀组通流能力的充分利用和活塞极限位置的控制。回路循环能量损失的主要来源是节流和泄漏。单活塞液压自由活塞发动机稳定运行充分条件是实现膨胀过程的完整性。     

双活塞式液压自由活塞发动机仿真研究

双活塞式液压自由活塞发动机是将内燃机与液压泵集成为一体的新型动力机械。根据双活塞式液压自由活塞发动机样机的实际参数建立了仿真模型,与试验数据比较该仿真模型具有较高的仿真精度。在仿真和试验数据的基础上分析了双活塞式液压自由活塞发动机与传统发动机在运动和燃烧特性上的差异:并提出了设计参数与系统整体性能指标的对应关系。为双活塞液压发动机结构优化设计提供了理论依据。     

自由活塞极限位置的液压节流控制

针对单活塞液压自由活塞发动机自由活塞运动不受机械机构约束的情况,研究单活塞液压自由活塞发动机自由活塞极限位置的液压节流控制方法,保证系统机械结构安全。基于对自由活塞极限位置节流控制原理的分析,建立液压控制回路数学模型,结合试验和仿真分析节流控制的工作特征及其影响因素。研究结果表明,单活塞液压自由活塞发动机极限位置的液压节流控制应考虑单向阀节流、回油阻尼和油液弹性三种作用效果的影响。压缩腔压力在膨胀冲程的第一次压力峰值由单向阀引起,第二次压力峰值由回油阻尼和油液弹性引起。增大回油孔通流面积可减小第一次压力峰值压力波后期高压的持续时间。回油阻尼和油液弹性能有效防止单活塞液压自由活塞发动机机械损坏的发生。     

液压自由活塞发动机的发展历程及研究现状

介绍了液压自由活塞发动机的发展历程、工作原理、典型系统、研究现状及研发中的关键技术问题     

液压自由活塞发动机——未来的动力之星

液压自由活塞发动机是近20年发展起来的新型动力,是一种有前途的车用特种发动机。本文首先介绍了该发动机的工作原理、结构类型、性能特点;其次分析了该发动机物理实现的关键技术问题、应用前景;最后提出了发展我国自由活塞发动机的对策。     

液压自由活塞发动机性能模拟的参数化研究

液压自由活塞发动机的工作过程是在多过程相互耦合作用下进行,活塞动力学与燃烧、扫气、泵油各过程紧密结合.基于Aemsim建立了一维仿真模型,在分析运动特性和热力学特性的基础上,研究了关键性结构和控制参数对发动机性能的影响.仿真结果表明:由于没有机械约束,自由活塞发动机的活塞行程规律与曲柄发动机存在显著的差异;活塞质量是影...     

未来的动力之星——液压约束活塞发动机与液压自由活塞发动机

介绍了液压自由活塞发动机（HFPE）与液压约束活塞发动机（HCPE）的发展现状，就两者的结构原理、功能特性等方面进行了对比分析。HFPE和HCPE都能直接将燃料燃烧产生的热能转化为液压能，都可作为伞液压午辆动力源使用。采用传统的燃烧技术，HFPE总效率可达40％，HCPE可达35％。两者任何工况下都能方便地工作在最佳经济工况，方便地回收车辆制动能量，提高整车效率。     

缸间齿轮联动液压发动机结构设计与研究

针对液压自由活塞发动机和液压约束活塞发动机在关键技术和产业化方面出现的问题,创新性地提出了缸间齿轮联动液压发动机的结构原理,在此基础上对作为影响缸间齿轮联动液压发动机整机性能关键部件的缸间齿轮齿条传动机构和液压配流系统进行了结构设计与研究。缸间齿轮齿条传动机构采用正变位直齿圆柱齿轮和标准齿条无侧隙啮合传动,通过合理选择几何参数和强度校核,其能够支持发动机正常稳定运转;设计了一种往复柱塞泵用转套式配流系统,能够实现单向吸油和泵油,完成动力输出,且容积效率高、结构紧凑,相较于传统阀配流往复柱塞泵配流结构优势明显。缸间齿轮联动液压发动机的结构设计与研究为随后的整机性能研究、仿真优化和样机试制提供了参考依据。     

液压自由活塞柴油机无凸轮电液驱动配气机构设计与试验研究

基于所开发的单缸液压自由活塞柴油机,通过对传统发动机配气机构的改造,开发了无凸轮电液驱动配气机构。介绍了系统中液压驱动机构,执行器机构和电子控制系统的设计,并进行了初步试验。试验表明,该配气机构具有较原机更大的时面值,能够实现液压自由活塞发动机的有效换气,气门关闭的双脉冲控制方法可以减小气门落座冲击,同时也指出了执行器滞后可能引起的问题。     

具有液压恒压网络的车辆驱动性能仿真

研究基于液压自由活塞发动机和液压变压器的液压恒压网络车辆驱动系统的工作特性。建立了系统数学模型,提出了相应的控制方法,并对液压恒压网络车辆性能进行了仿真研究。研究结果表明:液压恒压网络车辆驱动系统实现了动力的开关控制和驱动的恒功率控制,验证了以驱动控制、制动控制以及转速保护为基础的系统控制方法的有效性。车辆驱动系统全程加速过程可实现先恒转矩后恒功率控制。在UDDS循环工况下,液压自由活塞发动机工作时间占总循环时间的20%,液压能再生制动可降低燃油消耗约34.6%,液压恒压网络车辆百公里油耗较同级别传统车辆降低了60.6%。     

α型斯特林自由活塞反渗透海水淡化增压系统设计研究

主要提出了反渗透海水淡化系统的新型动力装置,将自由活塞斯特林发动机与往复式柱塞泵耦合,构成自由活塞斯特林增压泵,为反渗透海水淡化系统提供动力。首先,通过分析该发动机的结构和运行机理,建立自由活塞斯特林增压泵质量-液压力-阻尼系统;其次,利用实用等温模型分析法对斯特林发动机进行热力学建模,利用流体力学对液压腔压力变化建模,以及利用牛顿定律对系统活塞动力学建模;最后,借助MATLAB软件对系统建模进行求解分析,求出新型增压泵的输出功率和流量。结果证明该增压系统的设计符合反渗透海水淡化系统的需求,并可正常运行。     

液压自由活塞发动机动态特性的仿真研究

液压自由活塞发动机(hydrau lic free p iston engine,以下简称HFPE)是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质实现动力非刚性传输的一种特种发动机。在左、右动力腔的交替驱动下,HFPE的活塞组件在腔体中作往复直线运动,同时泵出液压油驱动负载工作。与曲轴式发动机不同,由于不受曲柄连杆机构的约束,HFPE活塞组件的运动规律完全取决于其本身的质量及所受到的作用力。本文通过建立所研制的HFPE样机各子系统的数学模型,重点研究了HFPE样机的动态特性,以期为系统的结构及控制系统提供理论依据。     

单组元发动机——能量自给机器人的新型动力源

供能问题是目前制约能量自给机器人广泛应用和进一步发展的关键技术之一。在对能量自给机器人常规储能动力装置进行比较分析的基础上,阐述了单组元推进剂及单组元发动机的基本概念、释能方式和工作特点,并推导出单组元燃料做功能力的基本特征参数。随后,根据能量自给机器人动作行为的不同,综述了国内外正在开展的不同类型单组元发动机的工作原理和研究现状。结合前期开展的单组元发动机和内燃式液压自由活塞发动机的研究工作,指出了单组元发动机的深入研究所需解决的关键技术问题,认为单组元发动机是解决能量自给机器人供能问题的一种值得深入研究的新型动力源。     

液压约束活塞发动机配流系统的优化设计

液压约束活塞发动机是一种新型液压动力系统,配流阀系统是其中不可缺少的重要元件。对配流系统进行最优化设计,可大幅度地缩短系统设计周期,改善设计方案,从而达到提高整机产品质量的目的。基于最优化技术,采用对容积效率和阀的寿命线性加权的方法,得出了总目标函数,建立液压约束活塞发动机配流系统的优化模型。通过Matlab语言程序对其进行优化设计,对优化数学模型进行求解。对优化前后的结果进行分析,优化后吸入阀和排出阀的冲击力分别下降了48.77%和44.50%,优化后的容积效率提高了10.06%。计算结果表明,所采用的算法是可行的、有效的。对此系统的出水阀压力和流量随转速、油门的变化关系进行试验研究,将试验结果与仿真结果进行对比,仿真结果与试验结果非常接近,误差在6%以内。从而验证了液压约束活塞发动机阀式配流系统优化模型的正确性与精确性。     

电力液压系统中的密封摩擦特性分析与优化

随着电力液压系统中发动机的快速发展,活塞组件面临着越来越苛刻的工作环境。为了降低发动机活塞组的摩擦损失功,提高电力液压系统的工作效率,通过对电力液压系统中活塞环组密封摩擦特性影响因素进行分析,再通过正交试验对实验进行优化,分析不同环组配合下的曲轴偏置、活塞销偏置、配缸间隙和活塞中凸点高度等因素对密封和摩擦特性的影响规律。实验结果表明,曲轴偏置是对摩擦损失功最主要的影响因素,配缸间隙是对窜气量最主要的影响因素。优化后方案与原始方案相比,窜气量减少至39.53 L/min,摩擦损失功为0.45 kW。优化后的方案密封性得到了改善,同时摩擦损失功和敲击噪声均有所减少。通过对电力液压系统中的密封摩擦特性进行深入研究和优化,可以为提高液压系统的可靠性和效率提供理论依据和实践指导。     

单活塞液压自由活塞发动机压缩冲程特性

以压燃式单活塞液压自由活塞发动机为对象研究其压缩冲程特性,以期得到高效可靠的压缩过程实现方案,满足系统着火条件要求.基于系统的基本结构,对系统不同工况下的压缩过程进行分类,并分别研究其主要特征,确定利用液压能实现系统压缩过程的基本控制量.通过建立系统压缩过程气缸状态和液压腔状态仿真模型,结合相关的试验测试结果,对不同工况下的压缩过程特性进行研究.研究表明:系统低压压缩过程着火条件易于满足,在非正常工作状态下的高压压缩过程需要消除压缩蓄能器的稳压作用,同时减小频率控制阀节流作用的影响.