以提高系统总效率为目标,研究了单活塞式自由活塞柴油液压动力装置的节能途径.分析了系统的能量传递过程,理论计算了能量输入、损失和输出之间的关系,结合试验结果研究了系统各组成部分的节能途径.结果表明：系统最高效率理论值可达38%,样机实测值为27.5%.理论和试验结果都表明系统总效率明显优于内燃机与液压泵的传统组合.系统内燃机部分的指示热效率达到传统内燃机的较优水平.系统液压泵部分泵腔效率的提高通过提高吸排油阀动态响应实现,高压腔和压缩腔循环效率提高通过减小两腔节流损失实现.

研究液压自由活塞发动机液压阀组动态特性.基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动规律,给出了其液压阀组形式,建立了阀组数学模型,对阀组的稳定性、频率响应、位移时间响应和流量特性进行了分析.结果表明：单活塞液压自由活塞发动机吸排油应分别采用反向和正向外流式锥阀;减小阀组的阀芯质量和黏性阻尼系数可减小阀芯运动与活塞运动之间的相位差,提高系统容积效率;排油阀开启过程瞬时开度大且阀芯运动受限位装置影响.

针对单活塞液压自由活塞发动机工作频率控制的需要,给出一种频率阀结构和连接方式,对频率开启过程的两个阶段和关闭过程进行理论分析,建立了频率阀动态特性压力测试系统,并对频率控制开关过程进行试验研究。研究结果表明,提出的频率阀具有大通流能力高响应特征,主阀的大通径保证了频率阀的通流能力,先导阀的高响应和次阀的大通径实现了频率阀的高响应。频率阀开启时间延迟包括从先导阀控制信号发出到先导阀开始动作之间的间隔和从先导阀开始动作到主阀芯开始动作之间的间隔。

结合液压自由活塞发动机基本原理,建立了系统分析模型,通过仿真和样机试验结果分析了活塞运动不对称性及其影响因素。研究结果表明：液压自由活塞发动机活塞上止点运动呈现不对称性特征,能量传递特征和活塞受力特征决定了该不对称性是固有的。在上止点附近,气体压力对活塞运动状态起决定性作用,活塞压缩过程越快,对应的膨胀过程也越快。配流阀响应对活塞上止点运动状态影响不明显,不同负载压力形成位置主要影响膨胀过程后期。

液压自由活塞发动机(hydraulic free piston 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.

介绍单活塞式液压自由活塞发动机的工作原理分析了该类发动机的特点。利用AMESim/MATLAB联合仿真技术建立单活塞式液压自由活塞发动机模型进行了工作过程的动态特性仿真分析了一个周期内气缸压力、液压腔压力和单向阀与频率控制阀流量变化特性研究了活塞动力学特性并进行了试验研究。根据对仿真与试验结果的分析论述了该发动机有工作频率可控和运动速度不对称的特点频率控制阀要求频响高流量大。这为所研制的液压自由活塞发动机原理样机的设计提供了理论指导。

研究单活塞液压自由活塞发动机原理样机活塞组件振动特性．建立活塞组件动力学模型，导出了活塞振动方程，研究了活塞的幅频特性并运用相平面法分析了活塞运动的稳定性．活塞组件运动属于单自由度变阻尼、变刚度自振振动．活塞运动频率与振幅间存在单调上升关系且受压缩比的限制，其稳定极限环存在的区域由进气口位置和活塞行程决定，下止点位置位于稳定极限环存在区域是实现自激振动的关键，工作频率可以在零和自激振动频率之间调整．

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... 展开更多

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

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。