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1、液壓自由活塞發(fā)動機(jī)活塞循環(huán)運(yùn)動特性研究劉文翠2015年1月中圖分類號：U464UDC分類號：629液壓自由活塞發(fā)動機(jī)活塞循環(huán)運(yùn)動特性研究作者姓名劉文翠學(xué)院名稱機(jī)械與車輛學(xué)院指導(dǎo)教師荊崇波副教授答辯委員會主席馬彪教授申請學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)機(jī)械工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期二零一五年一月InvestigationonthePistonCycleMotionPropertiesinaFree-pistonHydraulicEngineCandidateName：LiuWencuiSchoolorDepart
2、ment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:JingChongboChair,ThesisCommittee：Pro.BiaoMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalengineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，
3、文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要與傳統(tǒng)二沖程曲柄連桿內(nèi)燃機(jī)活塞運(yùn)動相比，液壓自由活塞發(fā)動機(jī)（HFPE）活塞運(yùn)動無解析表達(dá)、無固定運(yùn)動軌跡、無固定極限位置，造成系統(tǒng)循環(huán)穩(wěn)定性變差、功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率低于預(yù)期，系統(tǒng)控制的魯棒性不足。液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的活塞運(yùn)動特
4、性對其整體性能有重要影響，掌握活塞運(yùn)動變化規(guī)律，將為系統(tǒng)性能的提升找到優(yōu)化方向。論文首先對影響液壓自由活塞發(fā)動機(jī)活塞運(yùn)動規(guī)律的液壓部件特征進(jìn)行了研究。針對液壓自由活塞發(fā)動機(jī)泵腔傳統(tǒng)液壓控制回路供油裝置復(fù)雜的問題，提出了新型液壓控制回路。通過仿真與試驗(yàn)，對液壓控制回路中的蓄能器儲能特性進(jìn)行了研究，指出在低頻充放油條件下，蓄能器能量損失包括熱損失和液壓損失兩項(xiàng)，其中熱效率約為92%，液壓效率約為98%；在高頻充放油條件下，蓄能器能量損失主要體現(xiàn)在液壓損失上，液壓效率約為34%，熱效率約100%。在明確液壓自由活塞發(fā)動
5、機(jī)液壓系統(tǒng)特征的基礎(chǔ)上，對活塞運(yùn)動的壓縮-膨脹循環(huán)特征參數(shù)變化進(jìn)行了研究?；谛钅芷鳉怏w的壓縮-膨脹變化特性，給出了系統(tǒng)特征參數(shù)與蓄能器參數(shù)間的變化關(guān)系。通過調(diào)節(jié)蓄能器壓縮比1~3的變化可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓縮比5~30的變化，指出基于不同燃料的使用特性及其對不同壓縮比的需求，進(jìn)行系統(tǒng)與蓄能器間的參數(shù)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)改善系統(tǒng)性能的有效途徑之一。給出了活塞運(yùn)動頻率的解析表達(dá)，指出蓄能器參數(shù)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)共同構(gòu)成頻率的影響因素。在活塞運(yùn)動的膨脹行程，解析計算與分析了耦合缸內(nèi)氣體燃燒放熱因素后活塞運(yùn)動頻率的變化特性，指出在燃燒釋放
6、能一定時，燃燒速度對頻率有很大影響，可以通過改善燃燒方式來調(diào)整頻率特性。建立了液壓自由活塞發(fā)動機(jī)新型液壓控制回路機(jī)-液耦合仿真模型。通過仿真計算對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時的運(yùn)行特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，相對傳統(tǒng)液壓循環(huán)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)總效率提高了0.63%。由于液壓系統(tǒng)響應(yīng)延遲造成的液壓損失降低了96.9%。為進(jìn)一步研究活塞運(yùn)動的控制特性提供了理論支撐。關(guān)鍵詞：自由活塞；活塞運(yùn)動特性；液壓控制回路I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractComparedwiththepistonmotionintheconventional
7、two-strokecrankICengine,thepistonmotionintheHFPEhasnoanalyticalexpression,nofixedtrajectoryandnofixedlimitposition.Itleadstothedecreaseofthecycle-by-cyclestability.Thepowerdensityandtheenergyconversionefficiencyarealsoreduced.Therobustnessofthesystemcontrolis
8、insufficient.TheHFPEpistonmotioncharacteristicshaveanimportanteffectonthesystemperformance,understandthepistonmotionpropertiesisonewaytoimprovethesystemperformance.Thehydrauliccomponentsp
