往复式原动液压泵的机理研究

【摘要】：原动式往复液压泵(Free Piston Engined Hydraulic Reciprocating Pump)又称液压自由活塞发动机(Hydraulic Free Piston Engine,以下简称HFPE),是近30年逐渐发展起来的新型动力机,它是将内燃机和液压泵集成为一体,以液体为工作介质,利用油液的压力能,实现动力非刚性传输的特种发动机。在HFPE中,活塞组件是由内燃机活塞与液压泵活塞通过活塞杆直接刚性连接而成。和曲轴式发动机/液压泵(Crank-shaft engine/hydraulic pump,以下简称CSEP)的组合动力相比,它省去了曲轴式内燃机中将活塞的往复运动转换为旋转运动的曲柄连杆机构,以及液压泵中将旋转运动转换为泵活塞往复运动的旋转斜盘机构。因此具有结构简单、零件数目少、重量轻、成本低、效率高、燃料范围广及易回收系统频繁起停中惯性能和重力势能等优点。作为特种发动机,HFPE主要是为了取代目前仍执世界动力机之牛耳的曲轴式发动机,在频繁起停大中功率的行走机械中的应用。 本论文以双活塞式原动液压泵(dual piston HFPE,以下简称DHFPE)为研究对象,从理论分析、样机研制及实验研究等诸方面对DHFPE的工作机理进行了全面而系统的研究。本博士论文的主要内容可分为8章,现分述如下,以作为整篇论文的摘要。 第1章为HFPE的发展历程及研究现状。能源结构的变化趋势和人类可持续发展的时代要求,是液压自由活塞发动机成为动力机舞台上一颗璀璨之星的外在要求;而行走机械中曲轴式内燃机+液压泵组合动力的巨大节能空间,则是液压自由活塞发动机崛起的内在动力。本章首先介绍了HFPE作为对自由活塞发动机(free piston engine,简称FPE)的历史继承和发展而重新登上动力机舞台的历史背景;其次以大量的文献资料为基础,系统地归纳总结了FPE的发展历程及其演变的4个典型阶段;最后阐述了目前国内外关于HFPE的研究现状、结构类型、典型代表、性能特点、关键问题及应用前景,并说明了目前开展液压自由活塞发动机机理研究的目的、意义及对策。 第2章为HFPE样机的系统组成及循环能量平衡分析。为了论文的结构和表述的方便起见,本章首先介绍了HFPE样机的系统组成及各组成模块的作用,以作为本章及后续章节理论和实验研究的基础;随后从稳定运转的DHFPE的一个