液壓自由活塞發(fā)動機(jī)系統(tǒng)仿真及特性研究.pdf

1、液壓自由活塞發(fā)動機(jī)(Hydraulc Free Piston Engine，HFPE)是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型動力源。它將內(nèi)燃機(jī)技術(shù)、液壓技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)集中于一體，并具有潛在的節(jié)能、環(huán)保、高度的柔性布置和燃料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢。
　　本文的研究對象是單活塞式液壓自由活塞發(fā)動機(jī)(Single Hydraulic Free Piston Engine，簡稱SHFPE)，它是一種具有單活塞組件、單動力燃燒腔和單獨(dú)的壓縮回

2、復(fù)系統(tǒng)并由多種過程耦合作用下進(jìn)行工作的新型液壓發(fā)動機(jī)。由于它是多種技術(shù)的集合體，所以在工作過程中對控制系統(tǒng)的要求相對較高，因此本文主要對SHFPE進(jìn)行系統(tǒng)仿真并重點(diǎn)研究它的動態(tài)特性和控制系統(tǒng)。本文的研究工作主要包括:發(fā)動機(jī)液壓系統(tǒng)的建模與仿真、頻率控制閥的設(shè)計(jì)、關(guān)鍵液壓元件的建模與仿真、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的研究。
　　本文首先介紹SHFPE的工作原理，分析其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并結(jié)合以上原理和特點(diǎn)，建立發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)。根據(jù)SHFPE基本結(jié)構(gòu)

3、和原理，建立了它的數(shù)學(xué)模型，在AMESim中建立它的液壓模型，并進(jìn)行了工作過程的動態(tài)特性仿真，研究了活塞組件的動態(tài)特性并分析了單周期和多周期液壓腔壓力和流量變化特性。
　　研究結(jié)果表明，由于沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，SHFPE的活塞行程規(guī)律與曲柄發(fā)動機(jī)存在顯著的差異，液壓自由活塞發(fā)動機(jī)活塞關(guān)于上止點(diǎn)運(yùn)動呈現(xiàn)不對稱性特征，能量傳遞特征和活塞受力特征決定了該不對稱性是固有的。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)活塞組件的往復(fù)運(yùn)動不僅會帶動液壓腔的流量出現(xiàn)周期性的變化也

4、會使液壓腔的壓力呈周期性的波動，而且因各個(gè)腔的活塞受力面積的不同所以造成流量的最大值不同。
　　SHFPE中的關(guān)鍵液壓元件主要包括頻率控制閥和配流閥，其中頻率控制閥采用先導(dǎo)閥為大、小流量電磁閥并聯(lián)形式的三級閥結(jié)構(gòu)，配流閥采用插裝式錐閥結(jié)構(gòu)。建立頻率控制閥和配流閥的液壓仿真模型并得出它們的流量特性和時(shí)間響應(yīng)特性。研究結(jié)果表明，提出的三級頻率閥符合系統(tǒng)的大流量、高響應(yīng)的工作要求。配流閥的流量特性和時(shí)間響應(yīng)特性都與活塞組件運(yùn)動有相應(yīng)的關(guān)