液压驱动式泵-喷嘴系统特性研究

　　本文设计的液压驱动泵-喷嘴供油系统是在美国DDC6V53发动机凸轮轴驱动的泵-喷嘴供油系统基础上改造的一种新型电子控制液压驱动供油系统,设计该供油系统的目的主要是为所研制的液压自由活塞发动机[1]提供燃油系统,由于液压自由活塞发动机无旋转机构,不能采用传统旋转凸轮轴驱动喷油系统.与传统凸轮轴驱动的泵-喷嘴供油系统相比,该喷油系统在一定循环喷油量线性范围内实现了根据发动机工况柔性调节循环喷油量的功能,可以实现发动机工况和喷油量的合理匹配,优化发动机的性能特性[2].该喷油系统中存在液压-机械-液压等多个环节的能量和力的传递与转化过程,工作过程中由于推-挺-摇机构的惯性力、高压液体的液动力等因素的多重作用,使得影响该喷油系统特性因素较复杂.为了更好地研究该喷油系统的工作机理和相关参数的影响规律,本文采用仿真计算与实验研究相结合的方法对其进行了机理分析,从理论上论述了该喷油系统的工作原理和参数影响规律.

　　1　液压驱动泵喷嘴系统工作原理

　　图1为DDC6V53发动机泵-喷嘴供油系统示意图,该图显示了供油系统在发动机上的装配情况和动力传动情况,凸轮轴驱动挺柱、推杆、摇臂动作,从而驱动喷油器喷油.改造工作主要是电子控制液压驱动的按一定规律运动的柱塞代替原DDC发动机的凸轮,其原理如图2所示.

　　工作原理为:电磁阀通电打开a、b端接通,高压油源中的高压油通过电磁阀进入液压缸,推动柱塞上移,柱塞推动挺柱组件动作完成喷油.当电磁阀断电关闭时b、c端接通,柱塞腔内高压油通过电磁阀泄回油箱,柱塞在弹簧作用下回到原位,完成一次喷油过程.

　　2　试验台设计及设备

　　图3是根据该系统的设计原理设计加工的一个用于测试该供油系统的试验台,该试验台由美国DDC6V53发动机的气缸盖及泵-喷嘴供油系统,控制液压油的电磁阀、以及在气缸体上加工出的高压油道等组成.

　　该试验台的液压驱动采用一套高压泵站提供高压油,电磁阀采用美国Caterpillar公司HEUI的电磁阀[3],通过螺纹方式安装于机体上油道相应位置,如图3所示.同时,为了试验测量需要,采用RL-P-Y压力传感器测试液压缸内压力变化,采用500DC-SE型号的LVDT传感器测量柱塞升程,利用Tektronix记忆示波器记录试验数据,采用消雾器、量杯、秒表等对循环供油量进行测量和计算.

　　3　仿真计算与试验研究

　　3·1　建模方法

　　采用法国IMAGINE公司推出的液压/机械系统仿真平台AMESim对该系统进行模型搭建和仿真计算[4-6],图4是该系统的仿真模型,模型中每一个部件都根据试验台的结构参数作了相应的参数定义,主要参数如表1所示.