大功率液粘调速离合器油膜动力学行为演变机理研究

Hydro-viscous variable speed clutch (HVSC) applied to high-power mechanical equipment for speed regulation and soft start, has obvious energy-saving effects. However, the output speed and torque of the HVSC exists certain fluctuation and saltation. Our pre-research demonstrates that the complex oil film dynamic behavior is the direct cause of the fluctuation and saltation. Unpredictable fluctuations and saltations become a bottleneck problem to improve the working stability and energy-saving effect of the high-power HVSC. This project aims at the international forefront issues to investigate the coupling mechanism of the multiphysics with the friction pairs in the high-power HVSC, and the oil film dynamic model based on the dynamic elastic-plastic deformation of the friction pair and the viscosity-temperature characteristics of the oil will be established to explore the oil film dynamic behavior evolution processes and its impact on the output speed and torque of the HVSC. The deformation law of the friction pair and its impact mechanism on the oil film dynamic behavior under different conditions will be experimented to verify and improve the built theoretical models. Through this project, we expect to reveal the oil film dynamic behavior evolution mechanism of high-power HVSC, and obtain the major factors that affect its working stability and energy-saving effect. The research results can provide a theoretical and technical supports for the dynamic design and efficient control strategy of the high-power HVSC.

大功率机械设备引入液粘调速离合器进行速度调节和柔性启动，具有获得显著节能效果的潜力。然而大功率液粘调速离合器输出转速和扭矩存在一定的波动和突变，本项目开展的预先研究表明复杂的油膜动力学行为是导致波动和突变的直接原因，难以预测的波动和突变问题成为改善大功率液粘调速离合器工作稳定性和节能效果的瓶颈。本项目瞄准这一国际前沿问题，研究大功率液粘调速离合器多物理场与多组摩擦副的耦合机制，构建基于摩擦副动态弹塑性变形与油膜粘温特性的油膜动力学模型，探寻摩擦副动态变形时油膜动力学行为演变机制及其对输出转速和扭矩的影响；实验研究不同工况下摩擦副变形规律及其对油膜动力学行为的作用机理，以验证和完善所建立的理论模型。通过本项目的研究，有望揭示大功率液粘调速离合器油膜动力学行为演变机理，获得影响设备工作稳定性和节能效果的主要因素，为大功率液粘调速离合器的动态设计和高效控制策略的制定提供一定的理论依据。

节能降耗是当今世界面临的重大技术课题之一，在大功率机械设备中引入液粘调速离合器进行调速和柔性启动，具有获得显著节能效果的潜力，已引起国内外专家的广泛关注。本项目针对大功率液粘调速离合器中存在的迫切需要解决的技术问题，概括提取出科学问题开展理论和实验研究。. 主要研究内容：（1）构建了多组摩擦副三维瞬态弹塑性变形模型，揭示了摩擦副的动态弹塑性变形机理及其影响因素。（2）研究摩擦副界面变形的描述方法和数学函数，揭示了不同工况下摩擦副的动态弹塑性变形规律。（3）建立了基于摩擦副动态变形多组摩擦副间油膜动力学模型，揭示了多场耦合对油膜动力学行为的影响机理。（4） 实验研究了不同工况下摩擦副的变形规律及其对油膜动力学行为的影响，并验证和完善所建立的理论模型。. 研究取得的创新之处：形成了多场作用下多组摩擦副三维瞬态弹塑性变形建模方法，探明了多组摩擦副动态弹塑性变形机理及其影响因素，为大功率液粘调速离合器摩擦副的设计提供足够的理论依据。其次，构建基于摩擦副动态弹塑性变形与油膜粘温特性的油膜动力学模型，揭示了摩擦副动态变形对油膜动力学行为的影响机理，获得影响液粘调速离合器工作稳定性和节能效果的主要因素，为大功率液粘调速离合器的动态设计和高效控制策略的制定提供一定的理论依据和技术支持。研究成果对于提高大功率液粘调速离合器的技术水平和节能降耗水平具有重要的意义。. 项目执行期间发表学术论文16篇，其中包括在ASME知名期刊Journal of Tribology和Journal of Fluids Engineering上发表论文2篇，已经申请并公开发明专利10件（2件已授权）；授权软件著作权1项；较为优秀地完成了项目预期目标。