为实现对单活塞液压自由活塞发动机工作频率的精确控制,掌握液压自由活塞下止点运动规律是基础,基于系统基本原理,研究了活塞下止点运动规律的数学模型。通过建立数学仿真模型和试验系统,研究了液压自由活塞在下止点的运动规律及其影响因素。结果表明,活塞下止点运动过程包括反向加速和正向减速过程,活塞到达下止点后的反弹距离主要由该过程决定,活塞下止点运动过程中的反向加速力来自泵腔和压缩腔压力。系统压缩腔压力变化规律可控是工作频率精确控制的基础,压力变化规律控制要考虑活塞运动状态和单向阀的阀芯动作规律的影响。

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。

流量脉动是影响径向球塞泵向高压高速方向发展的关键因素针对径向球塞泵的定子曲线优化设计是降低其流量脉动率的有效手段。基于等速曲线的特性引入高次方过渡曲线和正弦过渡曲线设计理论对单作用径向球塞泵定子曲线进行改进提出曲线分段方程。对两种新型曲线影响泵流量脉动的效果进行对比评价分析了曲线形式、过渡角度和球塞个数等主要影响因素。结果发现采用正弦过渡曲线设计可较大幅度(20%)降低径向球塞泵的理论流量脉动率可为低流量脉动的径向泵设计提供新思路。

研究单活塞式液压自由活塞柴油机（HFPDE）的启动工况,得到其启动流程。基于系统启动能量传递过程,理论分析了各组分能量的定量分配关系,研究了回复蓄能器、频率控制阀以及压缩腔参数的匹配方法并进行了相应的试验验证。结果表明系统启动压缩行程较稳定工况长且单次循环启动成功率较高。系统启动输入能量主要来自回复蓄能器且主要被高压腔高压油和动力腔气体吸收,启动压缩过程压缩比可以灵活调整,提出的系统启动装置参数匹配方法和启动流程可行。

研究液压机械传动系统的动态性能．根据功率键合图规则，建立二段式液压机械双流无级传动装置双流传动工况的键合图模型，并以惯性元的广义动量和容性元的广义位移作为状态变量，推导出系统的状态方程．根据键合图模型，分析了该无级传动系统的动态响应特性，分别得到负载、输入转速和斜盘摆角变化时，系统输出转速和系统主油压的响应曲线，同时分析了液容变化对系统响应速度的影响．分析结果表明，该系统动态响应达到稳定的时间为0．5s，当液容增大时，达到稳定的时间将延长。

为求解高压条件下锥形配流副的润滑模型该文提出了综合应用有限差分法、液阻网络法和约束最优化复合形法的二元二目标复合形法研究表明了模型解的存在性和唯一性并通过实例应用二元二目标复合形法对润滑模型进行了求解。实例结果显示平衡油槽的无量纲压力随工作压力的变化保持恒定配流间隙随工作压力增大呈线性减小而偏心率在工作压力范围内均略小于0最小为-0.036。研究为锥形配流副弹流润滑特性的分析及其设计提供了参考。

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