基于三缸HCPE虛擬樣機的動力學仿真分析及連桿優(yōu)化設計.pdf

1、液壓約束活塞發(fā)動機(HCPE)把柱塞泵與活塞式內(nèi)燃機的技術特點和結構原理融匯在一起,形成一種新型的將燃料在發(fā)動機缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉化成流體壓力能的動力裝置。對其主運動系統(tǒng)進行動力學仿真分析與零部件連桿的優(yōu)化設計,具有重要意義。
　　 本文分析了液壓約束活塞發(fā)動機的結構原理,通過仿真液壓約束活塞發(fā)動機的熱力學模型,得到三缸HCPE的缸內(nèi)燃氣壓力。在標定工況下：轉速為1600r/min、油門開度為100%,基于CAD/CAE軟

2、件建立了三缸軸向HCPE的仿真模型,假定瞬時角速度可變進行了仿真研究。提出了不動點迭代的轉速調(diào)控方法,可使曲軸很快收斂到某一工作轉速。通過仿真,三缸軸向HCPE的運轉不均勻度為4.75%,工作較平穩(wěn)。進而,基于三缸HCPE主運動系統(tǒng)的運轉穩(wěn)定性分析,對其進行動力學仿真與分析。經(jīng)分析,得到連桿大頭與小頭的受力曲線,從而得到了連桿的載荷的最大壓力與最大拉力,為后續(xù)連桿的優(yōu)化設計分析提供了載荷邊界條件。然后,借助ansys有限元優(yōu)化分析與響應

3、面近似技術,對液壓約束活塞發(fā)動機的主運動系統(tǒng)的重要組成件——連桿,進行優(yōu)化設計,并對結果進行了比較分析。
　　 Ansys有限元分析經(jīng)過15次迭代得到最終優(yōu)化方案,結果表明,連桿大頭過渡圓半徑對應力影響較大,與初始值相比增大2.02%。優(yōu)化后連桿與原始體積相比減輕了25.8%,體積相對更小,結果更加緊湊。而借助響應面近似技術對三缸HCPE連桿進行優(yōu)化,優(yōu)化后體積變?yōu)闉?.031×10-5m3與原始體積相比,體積減小了20.03%