四冲程自由活塞发动机仿真与实验

为实现清洁高效利用燃料发电,提出并研究了四冲程自由活塞发动机。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的气体状态方程以及代用燃烧放热规律,建立系统仿真模型,对系统动态特性进行仿真研究,重点讨论了压缩比和膨胀比对系统性能的影响。在仿真分析的基础上,研制了一台缸径为62 mm的原理性样机,对样机实验结果进行了分析,并利用仿真模型对样机的性能参数进行了回归分析。研究结果表明:目前样机的发电效率为34%左右,优化后四冲程自由活塞发动机的发电效率在45%左右,比传统小型汽油发电机组有明显的性能优势。     

压缩空气驱动自由活塞膨胀机-直线发电机特性试验

提出了一种采用有机朗肯循环(ORC)系统的自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG)试验样机,并在压缩空气试验平台上对FPE-LG样机的运动特性进行了试验研究。结果表明,在进气压力较高的工况下,FPE-LG能够稳定运行,基准位置处活塞速度和运行止点位置的循环变动较小。当进气压力为0.2 MPa,工作频率为2.5 Hz时,活塞最大速度接近1.2 m/s;进气角、排气角和进气压力对活塞运动的对称性和直线发电机输出功率有重要影响,减小排气角或增大进气角,有利于提高活塞运动的对称性、减小活塞运动的循环变动、明显改善直线发电机的输出功率。当进气压力为0.19 MPa,工作频率为2.5 Hz时,直线发电机输出功率的峰值最大,约为19.0 W。     

被动进气式自由活塞发电机设计与特性分析

设计了一种采用轴向直流换气的被动进气式自由活塞直线发电机,阐述了其主要结构和工作原理,建立了动力学及热力学方程,实验验证了仿真模型的工作过程,分析了工作过程运动特性和相关结构参数对系统性能的影响规律,为性能优化及样机设计提供依据.结果表明工作过程中,发动机换气持续时间约占全周期的58％,有利于新鲜充量进入到气缸;活塞运动曲线呈非对称状,在上止点加速度变化剧烈,需要加大燃烧放热速度来适应其变化;适当加大活塞质量及排气口开闭位置,减小点火提前位置和进气阀门的开启压力,可使样机具有较高的输出功率.     

自由活塞内燃发电机能量转换与传递过程研究

根据能量守恒定律,建立自由活塞内燃发电机运行过程周期能量模型.通过计算获得一个周期内的能量转换规律,并分析相邻周期的能量传递过程,得到不同压缩比下的能量变化情况及其对性能的影响.分析结果表明,自由活塞内燃发电机能量转换有效效率的理论值可达40％.燃烧、扫气及散热等为能量损失的主要部分.连续运行过程中,一侧气缸作功行程后期的部分能量作为压缩能传递给另一侧,直接影响下一周期燃烧.压缩比变化对各能量及有效效率有不同影响,保持压缩能稳定对运行控制至关重要.     

自由活塞内燃发电机稳定运行参数耦合分析

针对自由活塞内燃发电机较难实现稳定运行的问题,对自由活塞内燃发电机工作过程活塞受力状况进行了分析,结果表明其工作过程可以看成是单自由度有阻尼强迫振动系统。结合工作过程中的能量守恒原理,分析了自由活塞内燃发电机稳定运行过程中结构参数与性能参数之间的耦合关系,通过等效计算,获得了自由活塞内燃发电机稳定工作所需要的匹配参数。并以一样机为例,对分析结果进行了仿真验证,结果表明通过等效计算所确定的匹配参数能够近似实现稳定运行,验证了分析的正确性。     

两冲程HCCI自由活塞式内燃发电机仿真

综合利用Matlab/Simulink、Chemkin、电磁场有限元法对HCCI自由活塞式内燃发电机建立了仿真模型.分析了系统的运动特征,阐明了它与传统内燃机运动规律的差异.讨论了变负荷、燃空当量比下自由活塞式内燃机的变压缩比特性.仿真结果表明,自由活塞式内燃发电机能够根据外部参数调节压缩比,当工作在高压缩比下时,有利于提高燃烧效率、降低内燃机排放.     

自由活塞式内燃发电机启动过程分析

针对自由活塞式内燃发电机启动过程巾的匹配问题,建立了内燃发电机系统启动过程的数学模型.通过对活塞运动位移及速度的简化,推导出直线电机驱动力简化表达式.研究结果表明:增加内燃发电机的活塞运动组件质量,可以减小直线电机的驱动力,但是活塞组件达到的最大速度减小,不利于高速启动;减小内燃机摩擦阻力系数以及有效压缩比也可以降低直线电机的驱动力.利用该简化公式分析了一台样机的启动过程,获得了该样机所需要的最小驱动力.     

自由活塞式内燃发电机动态仿真与特性分

根据自由活塞式内燃发电机的运行原理,建立了基于动力学和热力学方程的自由活塞式内燃发电机动力学模型.通过对动力学模型的数值求解,获得了系统的动态特性,并进一步分析了质量、输入能量、点火位置、负载等对系统性能的影响,同时对系统频率特性进行了研究.研究结果表明系统为自激系统,通过输入参数的合理控制,可实现系统稳定频率下的运行.     

两冲程HCCI自由活塞式内燃发电机仿

综合利用Matlab/Simulink、Chemkin、电磁场有限元法对HCCI自由活塞式内燃发电机建立了仿真模型。分析了系统的运动特征,阐明了它与传统内燃机运动规律的差异。讨论了变负荷、燃空当量比下自由活塞式内燃机的变压缩比特性。仿真结果表明,自由活塞式内燃发电机能够根据外部参数调节压缩比,当工作在高压缩比下时,有利于提高燃烧效率、降低内燃机排放。     

液压自由活塞发动机的节能方式研究

液压自由活塞发动机是将内燃机和液压泵集成于一体，实现动力非刚性传输的复合发动机。本文从其内部能量转换及外部能量回收两个方面，详细地分析和阐明了液压自由活塞发动机各种节能方式和实现途径，以液压挖掘机为例，强调液压自由活塞发动机作为中心液压站，结合二次调节及液压变压器技术，简单方便地实现群控节能。     

机械系统运动稳定性分析

对机械运动中多自由度线性自治系统的运动稳定性分析有多种方法,但是这些方法不是受到使用条件的限制就是数学分析繁杂。本文利用劳斯-赫尔维茨判据(Routh-Hurw itz C riterion)对上述系统的运动稳定性问题进行了研究探讨。并由给出的算例表明该方法较为简捷,实用。     

粉末成形液压机自适应鲁棒运动控制

在粉末冶金零件成形生产中,压坯产品的质量取决于粉末成形工艺的完成度,这依赖于成形液压机的运动控制性能。然而控制粉末成形液压机运动的电液系统是一种具有参数不确定性的非线性系统,且整个运动控制系统在粉末致密化加压成形过程中还受到了负载压制力的强非线性干扰。针对以上难题,研究中建立了负载压制力的非线性模型,将其与电液系统的动力学模型相结合,基于此包含负载动力学的控制设计模型利用自适应鲁棒控制理论设计了粉末成形液压机的压制运动控制器。理论上,该控制器保证了鲁棒瞬态性能和稳态跟踪精度。实验结果表明,所设计的电液控制器可以实现对铁基粉末成形圆柱体压坯单向变速压制工艺压制运动曲线的精确跟踪控制,并表现出良好的控制性能。     

基于SMP的总线式软运动控制引擎设计

提出了基于SMP实时架构的EtherMAC实时以太网主站的设计方法,开发了一种运行于内核空间的运动控制引擎,并给出了一种通过在共享内存建立内存堆栈方式的跨平台编程接口设计方法。通过设计总线抽象层将总线控制资源抽象,降低了运动控制引擎与总线之间耦合性,增强了总线系统或从站设备的可替换性。原型机进行功能验证表明,该引擎实现了较好的易用性和可移植性,并间接增强了EtherMAC的实时性能。