一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，包括以下步骤：计算在一个步长时刻内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，获得该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离；根据该时刻距离矫正缓冲过程伺服油流通面积，进而获得此时通过缓冲活塞的流量；计算并更新缓冲活塞两端压力，重复以上步骤进行迭代运算，获得整个缓冲过程活塞的位移数据。本发明专利技术随着每一步长时刻活塞运动距离的变化对缓冲过程流通面积及流量进行精确矫正，为设计及计算低速级排气系统中排气阀杆的详细升程提供有效方法，计算结果精确。

【技术实现步骤摘要】
一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法
本专利技术涉及的是一种缓冲活塞的缓冲过程的计算方法。
技术介绍
随着船舶配气系统不断更新发展，机械式配气机构已逐渐被取代，无凸轮轴的液压驱动可变配气技术受到了越来越多的重视。电液控制技术与可变配气技术相结合，可以使配气系统的控制更为灵活，不再受制于凸轮型线与柴油机转速，针对不同工况的配气需求，灵活改变气阀开启相位与关闭相位。但在排气系统灵活性提高的同时，液压驱动系统中伺服油压力将复杂多变，其中就包括排气组件内部运动的影响，尤其是临近排气阀杆的缓冲活塞在缓冲过程中的节流效应影响甚大。为了提高配气系统工作的精确度，需要一种有效且精确的计算方法，对缓冲活塞的缓冲过程作出详细的分析计算。目前一般的节流计算方法难以满足排气阀开闭过程位移的计算精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供随着每一步长时刻活塞运动距离的变化对缓冲过程流通面积及流量进行精确矫正的一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，其特征是：(1)建立系统模型：包括对系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT,0<Nt≤NT，锥形缓冲活塞结构参数和压力初值进行设定；(2)计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，获得该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离；(3)根据该时刻距离矫正缓冲过程伺服油流通面积，计算此时通过缓冲活塞的流量；(4)计算并更新缓冲活塞两端压力，重复以上步骤进行迭代运算，获得整个缓冲过程活塞的位移数据。本专利技术还可以包括：1、步骤(1)中需要设定的初值参量包括：系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT、锥形缓冲活塞质量Mhc、直径dhc、锥形凸台轴向长度lz及半锥角α、活塞与配合面环状间隙δ、锥面边缘处位置与其配合面出口位置的初始距离x0、位于锥形缓冲活塞两端伺服油压力值Pup、Pdown。2、步骤(2)中，计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，其对应的机械运动方程为：其中S1、S2为各压力对应的作用面积；活塞变化的位移：其中v为该步长时刻的活塞速度；该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离：X＝x0+Δx。3、步骤(3)中，矫正缓冲过程伺服油流通面积并计算流量的具体方法：设定锥面边缘处位置与其配合面出口位置距离的边界条件X0、X1；根据步骤(2)中获得的锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离：X＝x0+Δx；判断该距离条件下所属的边界范围；(a)若X≤0，则缓冲过程的流量：其中ΔP＝Pup-Pdown，β为连续系数，ρ和ν分别为伺服油密度和运动粘度；此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：ΔVdown＝-ΔVup；(b)若0＜X≤X0，则缓冲过程的流量：其中A1为此刻的等效流通面积；D1为液力有效直径；此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：(c)若X0＜X≤X1，则缓冲过程的流量：A2为此刻的等效流通面积，D2为A2的液力有效直径；此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：若X1＜X，则缓冲过程的流量：A3为此刻的等效流通面积且D3为A3的液力有效直径；此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：4、步骤(4)中，利用获得的缓冲过程流量和活塞上下腔体体积变化量，计算并更新缓冲活塞上下两端压力，重复以上步骤进行迭代运算，获得整个缓冲过程活塞的位移数据。本专利技术的优势在于：本专利技术根据每一步长时刻活塞运动距离的变化，定义四个缓冲活塞位移边界条件，对缓冲过程流通面积及流量进行阶段式矫正，进而实现活塞上下腔伺服油压力的精确计算，为设计及计算低速级排气系统中排气阀杆的详细升程提供有效方法，计算结果精确。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2a为缓冲阶段前的工作示意图，图2b为缓冲阶段的工作示意图；图3为有无缓冲过程对排气阀升程影响对比图；图4为有缓冲过程仿真与实验结果图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-4，锥面边缘处位置与其配合面出口位置如图2标识所示，具体步骤如下：步骤1：建立系统模型，需要设定的初值参量为：系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT,0<Nt≤NT，锥形缓冲活塞质量Mhc、直径dhc,锥形凸台轴向长度lz及半锥角α，活塞与配合面环状间隙δ，锥面边缘处位置与其配合面出口位置的初始距离x0，位于锥形缓冲活塞两端伺服油压力值Pup、Pdown；步骤2：计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，其对应的机械运动方程为：其中S1、S2为各压力对应的作用面积；则活塞变化的位移：其中该步长时刻的活塞速度：v＝v0+a·Nt该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离：X＝x0+Δx；步骤3：根据该时刻距离矫正缓冲过程伺服油流通面积，计算此时通过缓冲活塞的流量。具体方法如下：设定锥面边缘处位置与其配合面出口位置距离的边界条件X0、X1；X0＝lz+tanα(δ+lztanα)根据步骤2中获得的锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离：X＝x0+Δx；判断该距离条件下所属的边界范围；(a)若X≤0，则缓冲过程的流量：其中ΔP＝Pup-Pdown，ρ和ν分别为伺服油密度和运动粘度；连续系数：其中液力直径：此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：ΔVdown＝-ΔVup(b)若0＜X≤X0，则缓冲过程的流量：其中A1为此刻的等效流通面积：D1为A1的液力有效直径：此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：(c)若X0＜X≤X1，则缓冲过程的流量：其中A2为此刻的等效流通面积：D2为A2的液力有效直径：此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：(d)若X1＜X，则缓冲过程的流量：其中A3为此刻的等效流通面积：D3为A3的液力有效直径：且kg为连续系数：此刻对应的缓冲活塞上下腔体的体积变化为：步骤4：计算并更新缓冲活塞两端压力：假设j为迭代次数，该步长时刻压力值：Pup/down(j+1)＝Pup/down(j)+ΔPup/down其中Qhc为缓冲过程流量(Q0、Q1、Q2、Q3)；重复以上步骤2、3进行缓冲过程的迭代运算，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，其特征是：/n(1)建立系统模型：包括对系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT,0<Nt≤NT，锥形缓冲活塞结构参数和压力初值进行设定；/n(2)计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，获得该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离；/n(3)根据该时刻距离矫正缓冲过程伺服油流通面积，计算此时通过缓冲活塞的流量；/n(4)计算并更新缓冲活塞两端压力，重复以上步骤进行迭代运算，获得整个缓冲过程活塞的位移数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，其特征是：
(1)建立系统模型：包括对系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT,0<Nt≤NT，锥形缓冲活塞结构参数和压力初值进行设定；
(2)计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，获得该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离；
(3)根据该时刻距离矫正缓冲过程伺服油流通面积，计算此时通过缓冲活塞的流量；
(4)计算并更新缓冲活塞两端压力，重复以上步骤进行迭代运算，获得整个缓冲过程活塞的位移数据。


2.根据权利要求1所述的一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，其特征在于：步骤(1)中需要设定的初值参量包括：系统的控制步长Nt、运算过程的总时间NT、锥形缓冲活塞质量Mhc、直径dhc、锥形凸台轴向长度lz及半锥角α、活塞与配合面环状间隙δ、锥面边缘处位置与其配合面出口位置的初始距离x0、位于锥形缓冲活塞两端伺服油压力值Pup、Pdown。


3.根据权利要求1所述的一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓冲过程计算方法，其特征在于：步骤(2)中，计算在一个步长时刻Nt内由于压差导致缓冲活塞运动并产生的轴向位移，其对应的机械运动方程为：

其中S1、S2为各压力对应的作用面积；
活塞变化的位移：其中v为该步长时刻的活塞速度；
该时刻锥面边缘处位置与其配合面出口位置的距离：
X＝x0+Δx。


4.根据权利要求1所述的一种低速机排气系统环状间隙式锥形活塞缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建辉，卢相东，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23