本文關(guān)鍵詞：單缸液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略及工作穩(wěn)定性研究

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【摘要】：液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與液壓泵集成的復(fù)合動(dòng)力機(jī)械，它將內(nèi)燃機(jī)活塞通過(guò)連桿直接與液壓泵的柱塞連接，，省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)中的曲軸和液壓泵中的柱塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為液壓能輸出，減少了能量的中間傳遞環(huán)節(jié)，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高。因此，近三、四十年來(lái)，隨著電子控制技術(shù)和液壓技術(shù)的進(jìn)步，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得了快速的發(fā)展。 按照活塞的布置形式，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可以分為單活塞式、雙活塞式和對(duì)置活塞式三種類型。單缸液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)（Single-cylinder Hydraulic Free PistonEengine，SHFPE）即是單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，它是其中最基本的結(jié)構(gòu)形式，也是目前科研機(jī)構(gòu)研究單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的主要對(duì)象。SHFPE具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)少，體積小、重量輕以及摩擦損失和傳熱損失較低等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)由于活塞可以自由運(yùn)動(dòng)，壓縮比可變，具有良好的可變控制性能和廣泛的燃料適應(yīng)性。但是SHFPE中活塞不受機(jī)械機(jī)構(gòu)的限制，活塞的“自由性”使其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和位移容易受到作用力變化的影響。在運(yùn)行過(guò)程中，活塞上所受合力的波動(dòng)會(huì)通過(guò)影響活塞運(yùn)動(dòng)而最終影響到SHFPE的工作穩(wěn)定性，甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)的非正常工作。因此，需要對(duì)SHFPE相關(guān)特性進(jìn)行研究，以探索SHFPE工作穩(wěn)定性的影響因素和控制方法。 本論文中針對(duì)SHFPE工作特點(diǎn)，將其工作狀態(tài)分為了起動(dòng)工況、正常運(yùn)行工況和失火工況，并提出了各工況的控制策略，滿足SHFPE在全工況下正常工作的基本控制要求。活塞下止點(diǎn)位置對(duì)SHFPE工作狀態(tài)有較大影響，在減小活塞反彈距離的基礎(chǔ)上，提出了噴油量的閉環(huán)控制方案，提高了對(duì)活塞下止點(diǎn)位置精度的控制。SHFPE中活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)會(huì)影響到機(jī)器的使用壽命，論文中提出了三種不同的緩沖措施，并對(duì)它們的緩沖效果進(jìn)行了分析。考慮SHFPE在行走機(jī)械中的實(shí)際使用情況，為隔離負(fù)荷變化對(duì)SHFPE的工作狀態(tài)產(chǎn)生影響，提出了一種SHFPE恒壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真分析。本論文的主要內(nèi)容按章節(jié)詳述如下： 第一章，介紹了自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式、發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，對(duì)SHFPE的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，在論述SHFPE應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，說(shuō)明了本論文的研究背景和意義，并對(duì)本論文的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了介紹。 第二章，介紹了SHFPE的結(jié)構(gòu)和工作原理，包括了SHFPE的頻率調(diào)節(jié)和功率輸出特性。通過(guò)對(duì)活塞組件受力的分析，建立了SHFPE數(shù)學(xué)仿真模型，對(duì)其基本工作特性和循環(huán)效率進(jìn)行了分析。另外，還對(duì)SHFPE性能隨工作參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。 第三章，提出了SHFPE全工況的控制策略，包括起動(dòng)工況、正常運(yùn)行工況和失火工況，滿足了SHFPE實(shí)現(xiàn)正常工作的基本要求；對(duì)主油口與下止點(diǎn)位置的距離進(jìn)行了計(jì)算，分析了不同距離對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)特性的影響以及對(duì)頻率控制閥性能的要求；研究了頻率控制閥性能和控制脈寬對(duì)SHFPE工作特性的影響規(guī)律，確定了基于位移反饋的頻率閥控制策略。 第四章，分析了下止點(diǎn)起始位置對(duì)SHFPE性能的影響規(guī)律，確定了下止點(diǎn)位置的控制目標(biāo)；建立了SHFPE振動(dòng)的非線性方程，得到能量平衡對(duì)其工作穩(wěn)定性的影響規(guī)律，提出噴油量的閉環(huán)控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)下止點(diǎn)位置精度的控制；研究了下止點(diǎn)時(shí)活塞反彈距離大小的影響因素，為減小活塞反彈提供了改進(jìn)依據(jù)；分析了不同措施對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)引起的沖擊和振動(dòng)的緩沖效果。 第五章，建立了由SHFPE和液壓變量馬達(dá)組成的恒壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了SHFPE與負(fù)載的隔離，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，SHFPE輸出壓力可以保持恒定，滿足了變工況下SHFPE工作穩(wěn)定性的要求；對(duì)液壓變量馬達(dá)速度的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真分析。 第六章，對(duì)全文研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)論進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)需要進(jìn)一步重點(diǎn)研究的工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK407

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：1281390