内燃式水动力系统方案设计与仿真结果

提出了一种内燃式水动力系统,该系统集成了内燃机与柱塞式水泵技术。针对三种典型的内燃式水动力系统,着重论述了系统方案、工作机理、工作特点及研发中的关键问题。通过数值模拟可知,该系统与传统的活塞式内燃机—柱塞式水泵能量组合系统相比,燃油消耗率全工况相对改善12％～42．78％,有效热效率全工况相对改善13．63％～74．75％,运转不均匀度全工况相对改善4．66％～15．57％,输出压力全工况相对改善15．21％～76．61％, 输出流量全工况相对降低0．69％～2．13％。     

内燃式水动力装置有效热效率特性

通过试验研究了内燃式水动力装置的有效热效率特性。内燃式水动力装置将传统内燃机与柱塞式水泵技术集成为一体,直接利用活塞往复直线运动输出水压能。定义了系统最佳有效热效率区和最佳有效热效率特性曲线并与传统内燃机驱动柱塞泵系统进行了比较。全工况有效热效率比传统内燃机驱动柱塞泵系统改善13．63％～ 74．45％。相同有效热效率水平下包含的工况明显比传统内燃机驱动柱塞泵系统宽广。内燃式水动力装置各油门开度下最高有效热效率在19．91％～28．88％之间,对应转速为1400 r／min。     

单缸轴向内燃泵工作过程与性能模拟研究

论述了单缸轴向内燃泵的结构原理,建立了考虑系统液、固、气耦合的工作过程的动力学微分方程,给出了求解的初始条件.内燃泵曲轴角速度在一个工作循环内有明显波动,泵腔内的流质压力在阀门开闭时出现阶跃.同传统的活塞式内燃机驱动柱塞泵系统相比,内燃泵全工况燃油消耗率降低12%～42.78%,有效热效率提高13.63%～74.75%,运转不均匀度降低4.66%～15.57%,输出流质压力提高15.21%～76.61%.     

内燃式压缩机动力学分析

将传统内燃机与往复活塞式压缩机工作原理、技术及结构进行集成,提出了一种可方便地将热能转换为气体压力能的内燃式压缩机.建立了等效动力学模型,采用MATLAB软件对其进行了动力学仿真计算.给出了内燃式压缩机一个工作循环中曲轴瞬时转速与转角之间的关系曲线,确定了曲轴速度波动系数与飞轮转动惯量之间的关系,为内燃式压缩机的工作平稳性设计奠定了基础.     

三缸内燃泵配流阀容积效率对整机性能影响的仿真研究

介绍了内燃泵(ICP)的结构原理,并对其进行了动力分析。考虑液体可压缩性与液体连续流条件建立了ICP配流阀的动力学模型,研究了阀的容积效率特性。阀的固有频率接近样机工作频率的整数倍时,容积效率大幅度降低。样机标定转速与容积效率最低转速较为接近,不利于系统正常稳定工作,应该对配流阀结构进一步优化。容积效率的变化对ICP的燃油消耗率、输出流量、有效热效率、有效功率等性能指标影响较大,但对输出压力基本没有影响。     

内燃式油压动力系统方案研究

提出了一种新型内燃式油压动力系统，该系统集成了内燃机与柱塞式液压泵技术。针对三种典型的内燃式油压动力系统，着重论述了系统方案、工作机理、工作特点及研发中的关键问题。     

三缸内燃式空气压缩机多工况可输出功率分析及动力学仿真

针对传统内燃机驱动的活塞式空气压缩机工作过程中效率低的问题,设计了三缸内燃式空气压缩机原理方案,使其在输出气体压力能和驱动内燃机附属系统工作的基础上可额外提供一定的功率以带动机器外部的其他工作载荷。采用理论分析计算与仿真计算相结合的方法,研究得到了在不同油门开度和不同输出气压的工况下空气压缩机可输出功率的变化情况。基于虚拟样机技术建立了内燃式空气压缩机主体部分的动力学仿真模型,对其进行了动力学仿真分析,研究得到了特定工况下仿真模型运动特性和受力情况的数据,分析了计算结果和仿真结果的误差。     

约束活塞型内燃式水泵阀式配流系统工作特性研究

提出约束活塞型内燃式水泵的概念并阐述其工作原理，建立了阀式配流系统的动力模型。给出约束活塞型内燃式水泵主体部分及进水阀和出水阀、的动力方程，并对该阀式配流系统的工作特性进行仿真研究。结果表明：阀式配流系统缸内压力在进水阀和出水阀打开的瞬时有较大的阶跃和脉动，出水阀阀片的移动速度在缸内压力最大时达到最大，在缸内压力最小时达到最小；在阀的固有频率（即约束活塞型内燃式水泵工作频率的3倍）附近，阀的容积效率最低。     

内燃式柱塞泵原理方案设计

将内燃机和柱塞泵工作原理进行组合,实现了内燃机和柱塞泵结构的一体化设计。提出了一种直接利用内燃机活塞的直线往复运动实现流体压力能输出的新工作模式。在对内燃式柱塞泵进行功能分析和分解的基础上,构思出实现各分功能(功能元)的装置、机构或元件。通过组合得到了多种设计方案,并对选出的4种设计方案进行了分析和比较,再根据其中一个设计方案完成了以水为工作介质的内燃式柱塞泵样机的制作、试验和仿真计算。结果表明,该设计方案可行,实现了预期功能,其主要工作性能指标与内燃机-柱塞泵组合系统相比有明显改善。     

油液混合动力挖掘机建模与参数匹配仿真研究

为提高油液混合动力系统挖掘机的节油效果及操控性能,对某21 t油液混合动力挖掘机进行了参数匹配仿真研究。基于元件样本曲线及试验测试曲线,建立混合动力挖掘机数学模型和整机AMESim/Simulink联合仿真模型。根据动力源驱动结构、工作原理及负载特性,确定了释放策略。利用AMESim/Simulink联合仿真,分析不同辅助马达与蓄能器参数对燃油消耗量的影响,并依此确定系统匹配参数。仿真对比分析了参数匹配后的混合动力系统与原系统动臂油缸下降速度、发动机输出扭矩、燃油消耗量、燃油消耗率。结果表明,相对于原系统,节油率为12.5%,节油效果显著。     

单柱塞泵流量压力输出特性研究

现有的柱塞泵一般采用1个缸体同时集成多个柱塞,多个柱塞通过缸体耦合在一起,不能独立控制,多个柱塞只能按某特定规律运动,共同完成吸油和排油。在工作中,存在高效区域无法随负载动态调整和单液压泵不能同时输出多级压力匹配不同负载需求的缺点,为此提出一种矩阵式多单柱塞泵重组液压驱动系统。针对所提出新型液压驱动系统的前期探索研究,分析单柱塞泵流量压力输出特性,在详细阐述单柱塞泵结构特点的基础上,研究了单柱塞泵的工作原理。通过AMESim建立单柱塞泵的流量压力仿真模型,分析单柱塞泵的机电液的耦合特性和流量压力输出特性,讨论蓄能器和单柱塞泵的液压耦合特性,最后通过实验研究对单柱塞泵的特性进行验证。     

活塞气缸拍击特性及其磨损间隙变化关系

以某发动机气缸-活塞组为例,模拟了发动机气缸-活塞组中活塞的二阶拍击运动,根据二阶运动参数的模拟结果预测了气缸-活塞组件表面的磨损状态及磨损间隙。在此基础上,分析了气缸-活塞组间的间隙变化对活塞二阶运动的影响,获得了不同气缸套活塞磨损间隙的变化情况下,活塞在气缸套里做二阶运动时各种动态参数的变化规律。分析结果表明,所提出的方法能够有效预测因内燃机缸套活塞磨损间隙变化所引起活塞拍击特性的变化规律。     

单缸电力约束活塞发动机空载电动势仿真

论文介绍了单缸电力约束活塞发动机的结构、工作机理,建立了运动学、动力学模型,并对其空载下的电磁力进行了理论推导、仿真分析。研究表明该电机的各种特性与交流发电机基本相似,且其空载和负载情况下都能发出类似于正弦的交流电。     

内燃式压气机概念设计

为解决传统的内燃机-往复活塞式压气机组合系统存在的效率低、成本高等问题,采用将传统内燃机与往复活塞式压气机工作原理、技术及结构集成的方法,提出一种直接利用内燃机活塞的直线往复运动实现压气功能的内燃式压气机方案。根据其工作原理提出分别采用液压蓄能器、组合弹簧和飞轮提供回程动力的三种设计方案,并采用评分法对其进行分析和选择。根据选出的方案完成概念设计。     

发动机冷却系统中流动与传热问题数值模拟进展

着重论述利用数值模拟技术研究发动机冷却系统中流动与传热问题的发展现状,包括水套单相流及气液两相流流动、流－固耦合传热、一维与三维联合模拟等该研究领域的热点内容。耦合系统之间联合分析的方法准确反映了发动机各部件之间的影响关系,这种分析方法是目前研究的重点,但其中仍存在一些问题。基于此状况提出改进办法：针对不同工况选用循环平均参数作为燃气侧传热边界条件;水套进出口的流动边界条件,在稳态工况下设为定值,在过渡工况下通过循环一维仿真计算确定;应采用整体耦合方法进行计算,计算模型应尽量完整,但可以进行适当的简化,并总结出模型简化的原则。     

内燃式水平对动空气压缩机的多工况动态特性分析

针对传统的内燃机驱动的活塞式空气压缩机工作过程中振动大,噪声大的问题,提出了内燃式水平对动空气压缩机原理方案,基于虚拟样机技术建立了内燃式空气压缩机曲轴轴系的动力学仿真模型。采用ADAMS软件对其进行了多种工况下的运动学和动力学分析,给出了作用在曲轴上的动态载荷及变化规律。运用有限元分析软件ANSYS对曲轴进行了模态分析,得到了曲轴前六阶模态的振型和响应的频率。建立了曲轴系刚柔混合体动力学模型,完成了内燃式水平对动空气压缩机曲柄连杆机构多柔体动力学仿真。     

内燃机活塞环组降低摩擦功耗的新方法

分析了活塞环组的摩擦损失,研究了活塞环的结构变化。根据当今内燃机产品发展中面临的问题和需求，提出了活塞环组中的两个气环改为一个气环的新结构。根据流体动力润滑理论与活塞环载荷方程，分析了一个气环与两个气环的不同摩擦功耗。结果表明，采用一个气环后的摩擦功耗有大幅度降低。高质量的一个气环，能够完成现有两环的密封润滑功能,这样的结构设汁新方法有助于推进内燃机的轻量化。     

高速航空柱塞泵研究现状

航空柱塞泵是飞机液压系统的核心动力元件,通过提高自身转速和压力来提高液压能源系统的功率密度。阐述了高转速航空柱塞泵的特点及分类,分析了高转速对航空柱塞泵带来的技术挑战,总结了国内外在高速柱塞泵研究领域的一些重要研究成果。详细阐述了航空柱塞泵在高速运动状态下的旋转组件动力学、吸油、排油、功率损失等特性,并提出了相应的防治措施。