一种新型往复式原动液压泵的原理研究陈甫,赵克定,吴盛林(哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001PrincipalResearchonaNewTypeofto-and-fromMotiveHydraulicPumpCHENFu,ZHAOKe-ding,WUSheng-lin(HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China摘要:介绍了往复式原动液压泵动力装置的结构类型和工作机理,分析了单活塞式原动液压泵的能量传递过程并作了相关计算,提出了原动液压泵研究中存在的技术问题,为该装置的实用化作出了积极探索。关键词:新型动力;能量传递;液压泵:TH137文献标识码:A:10012257(200409001603Abstract:Ato-and-frommotivehydraulicpumpisakindofcompoundengineofnon-stifftransmissionofpower,whichintegratesahydraulicpumpandadieselengine1Thispaperintroducetousitsmaintypes,struc-tureandworkingprinciple,secondly,analyzetheenergy-transmissionprocessofthemotivehydraulicpumpandmakesomecorrespondingcalculation,finally,summa-rizeseveraltechnicalobstaclesinitsimplement,whichissuretoactivelycontributetotheapplicationofthisequip-ment1Keywords:newtypeofpower;energytransmission;hydraulicpump收稿日期:200406230引言多数应用液压技术和发动机技术的传统大中型动力机械中,用于制动、怠速和减速的油耗占到总耗油量的43%,作业效率低下[1]。而随着液压技术的不断成熟,单个液压元件效率的提升空间已经十分有限,因此,需要研究将发动机和液压装置进行一体化设计以提升总体效率。往复式原动液压泵TMHP(toandfrommotivehydraulicpump作为液压技术、微电子技术、控制技术和发动机技术的综合,将自由活塞发动机(freepistonengine与液压技术结合起来[2-3],既提高了总体效率又简化了机构,是一种很有前途的动力装置。1TMHP的主要类型及特点111主要类型按发动机部分燃烧室数目和刚性连接组件数目的不同,TMHP分为3种基本类型如图1所示[4]。图1112TMHP的结构及性能特点11211几种类型TMHP间的比较3种结构形式的TMHP有着各自不同的特点,它们的性能特点比较如表1所示。11212TMHP与传统发动机比较由于TMHP是将自由活塞发动机的动力活塞与液压部分的柱塞泵进行刚性连接,通过该刚性连接组件直接将燃烧室中燃料释放的热能转化为液压能输出,驱动马达等负载工作,省去了传统发动机中的曲柄连杆机构和液压泵中的旋转斜盘机构,因而1表13种TMHP的性能比较结构优点缺点单一活塞式结构最简单流量控制容易制造成本最低需单独的回复系统;存在振动问题扫气时需阀系配合对置活塞式无震动问题流量控制容易扫气效果好需单独的回复系统;结构比较复杂活塞间精确同步难双活塞式功率密度最大,无需回复装置存在振动问题流量调节较困难扫气时间短;扫气时需阀系配合具有其特殊的优势。TMHP与传统发动机的性能对比如表2所示。表2TMHP与传统发动机的性能比较参考指标TMHP传统发动机结构大小零件少,重量轻组合灵活,功率可选结构复杂,功率固定工作效率可回收制动能,能量链短,效率高能量链长,效率低燃料要求压缩比可变,适用燃料范围广压缩比固定,适用范围小磨损情况活塞与缸体无侧向作用力,磨损小有侧向力,磨损较大废气排放对压缩比精确控制时,有害气体排放少有害气体,排放较多2TMHP的能量传递过程211单活塞式TMHP主要设计参数以单活塞式TMHP为例,分析其能量传递过程,并按照给定的参数进行相关计算[5]。设计样机为两冲程火花点火式汽油机、平顶活塞,气流组织形式为自然吸气、扫气箱回流扫气。主要设计参数如下:D动力活塞直径(84mmA1面积(5542mm2d柱塞泵活塞直径(16mmA2柱塞泵活塞截面积(840mm2L活塞行程(75mmL1扫气口至缸头的距离(6215mmL2扫气口至内止点的距离(1915mmf稳定工况下活塞组件的工作频率(30~40Hz212能量传递分析计算a1计算一个工作循环的总输入能E。该输入能的大小应等于一个工作循环中,燃料燃烧所释放的热量,计算公式如下:E=gHu(1式中g一个工作循环的燃料供应量Hu燃料的热值g=V1G1M@1032214[U(A+1](2V1排气口刚关闭时,汽缸的有效容积G1扫气效率M混合气的摩尔质量U当量混合比A混合气空气过量系数(设工作于最佳燃料经济性点当Hu=4515@106J/kg,G1=016,M=281964@10-3kg/mol,U=1417,A=018...