工程师职称论文液体粘性传动技术发展现状及研究趋势

　　液体粘性传动技术作为一门新兴的传动技术，以其独特传动方式，优越的传动性能以及节能降耗的功效，越来越受到人们的关注。本文主要针对液体粘性传动技术发展现状及研究趋势进行了一些论述，文章是一篇工程师职称论文范文。
　　【摘要】本文介绍了液粘粘性传动技术的传动原理及特点，对液粘传动技术的国内外发展现状进行了阐述，针对国内液体粘性传动技术存在的问题，提出了该技术的研究趋势。

　　【关键词】液体粘性传动,液粘传动,油膜剪切传动,HVD

　　0 前言

　　利用液体粘性传动技术开发的液粘调速装置，是其中最具代表性的产品，广泛应用在风机、水泵、带式输送机等大功率的重型设备上，节能降耗效果明显。但该技术在我国的起步比较晚，对该技术的研究还不够全面，不够深入。有待科研工作者的进一步钻研和完善。

　　1 液体粘性传动的定义及工作原理

　　液体粘性传动(HVD)是一种以粘性液体为工作介质，依靠主、从动摩擦副之间液体的油膜剪切力来传递动力、调节速度和转矩的一种新型传动方式。

　　液体粘性传动基于牛顿粘性定律。根据牛顿的流体剪切理论，如图1所示，在两相距h的平行平板之间充满粘性流体后，让下平板固定不动而使上平板在其自身平面内以等速U向右运动，则粘附在上板的流体质点的速度为U，下板的流体质点速度为0，若作用于上平板使之产生等速度U的外力为F，则该力与速度U及平板面积A成正比，与间距h成反比，即

　　F=μUA/h 或τ=μU/h

　　其中，F是油膜的剪切平板力;

　　μ是流体的动力学粘度;

　　τ是平板间的剪切力;

　　h是平板间的距离。

　　从上式可以看出，在保持流体粘度μ一定的条件下，通过控制平板间的距离h，就可以调节调节两平板间传递的剪切应力τ。只要结构和各参数设计合理，就可以设计出传递很大功率的液体粘性传动装置。

　　图 1 流体的内摩擦模型

　　液体粘性传动装置的基本工作原理如图2所示。

　　液粘传动装置可大致分为主机和辅机两部分。主机由动力输入系统和动力输出系统组成。动力输入系统包括主动轴7、主动摩擦片9，动力输出系统包括被动摩擦片10、被动轴11。辅机包括控制系统、冷却系统和测量系统等。

　　系统工作时，主、被动摩擦片9、10之间由润滑油路提供油液，油液在油压和离心力的叠加作用下，经过主、被动摩擦片9、10之间的间隙，不断被甩出，使摩擦片之问始终存在动态剪切油膜，并不断带走由于摩擦片之间由油膜内摩擦而产生的热量。控制系统通过改变工作油路中的油压，改变控制液压缸控制活塞8的行程，推动摩擦片发生相对运动，使摩擦片之间的剪切润滑油膜厚度发生改变，从而使被动轴11获得所需要的转速。当工作油压增加到足以将控制液压缸控制活塞8完全推出时，主、被动摩擦片9、10被完全压紧，抱死在一起，摩擦片之间不再存在剪切润滑油膜和油膜剪切力，主动摩擦片9通过静摩擦力带动被动摩擦片10一起转动，此时，液粘传动装置进入同步运行状态。

　　图 2 液体粘性传动装置工作原理简图

　　1，15.粗滤器;2，14.供油泵;3.精滤器;4.HVD转速调节阀;5，13.溢流阀;6.换向阀;7.主动轴;8.液压缸控制活塞;9，10.主、被动摩擦片;11.被动轴;12.冷却装置;16.油箱

　　2 液体粘性传动的特点

　　液粘调速离合器作为一种新型的液体传动装置，与其他传动装置相比，具有以下特点：

　　(1)在调速范围内可以实现无级调速，不同转向性能相同。

　　(2)可获得无转速差高效率的直接传动，此时无功率损失。传动效率为100%(理论值)，较其他间接方案效率提高3%―5%。

　　(3)可在轻载或者无载下起动，减小起动电流对电网的冲击。

　　(4)可手动控制，亦可远距离自动控制转速，调速精度高。

　　(5)结构紧凑，体积小，占地面积小，使用维护简单。

　　(6)在起动惯性较大的负载时，可使之缓慢加速，防止传动系统过载。

　　(7)可以自动限制传递的转矩，因而对传动系统起到保护作用。

　　(8)带动风机、水泵，调速范围越大，节能效果越显著。

　　(9)全封闭结构、噪音低，适用于粉尘、湿度大及腐蚀场所。

　　3 液体粘性传动技术的国内外研究现状
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　　国际上美国是最早开始研究液体粘性传动的国家，自20世纪60年代初开始，经过近二十年的发展，液粘传动技术开始工业化应用。目前，美国已经研制出能够精确伺服控制的液粘传动装置，其功率等级达70，000马力，可连续24小时工作，寿命在24，000小时以上。20世纪70年代末，日本新泻控巴达公司从美国双盘公司引进液体粘性传动技术，进行了大规模的开发生产。并在美国专利技术的基础上对液粘产品进行技术改进，所形成的新产品已申请日本、美国、英国和德国四国专利进行生产。目前，国外对液粘传动技术的研究方向主要呈现出功率等级更高、运行性能更可靠、结构更紧凑、电液控制系统先进、控制形式多样化等特点。

　　国内关于液体粘性传动的研究从20世纪70年代末开始。上海交通大学的董勋教授是最早研究液粘传动技术的学者之一，他对液粘传动技术的基本理论进行了初步研究，在雷诺方程的基础上得到了油膜压力分布和径向流量的数值分析计算方法―流度矩阵，为油膜形成机理的研究提供了理论依据。北京理工大学魏宸官教授于1986年成功研制出新型液体粘性传动装置，在风机、水泵上得到了大量推广应用。生产液粘产品的企业主要有辽宁华孚石油高科技股份有限公司、兖州科欣机电设备制造有限公司等。这些企业能够研发和生产中小功率等级的液粘传动产品，但性能与国外同等级产品相比还有一定的差距。目前我国还没有开发、生产大功率等级液粘传动装置的能力。

　　4 液体粘性传动技术的研究趋势

　　我国所研制、生产的HVD调速传动装置从功率等级到工作性能还远远达不到各工业用户的要求和期望。目前，我国的液粘技术研究所面临的主要研究课题及研究方向包括：

　　(1)油膜润滑传动机理的研究。国内各研究单位采用有限元素法或者级数法，运用无限宽或者有限宽平面阶梯轴承理论对带径向油槽摩擦片间油膜的润滑传动机理进行研究，所得到的结果计算非常复杂、繁琐。由于理论研究过程中边界条件的引入与实际HVD系统不符，导致计算所得结果与试验结果相比误差很大，无法进行实际工程应用。因此，需要对HVD油膜润滑传动机理做进一步的研究。

　　(2)开环稳态转速平稳性的研究。所谓开环稳态转速平稳性，是衡量HVD装置开环稳态输出转速在任意工作点上保持恒定、不产生漂移和扰动的能力的性能指标。如果对HVD采用闭环控制，不仅浪费资金和设备，而且在这些湿度大、有腐蚀性气体的环境中容易造成电子元器件的损坏、失效，从而影响整个HVD装置的安全使用。

　　(3)HVD装置摩擦副变形失效的研究。

　　(4)液压控制系统的研究。液压控制系统的性能好坏直接影响到HVD调速传动装置的快速响应、运行稳定、调节精度等性能指标。

　　(5)HVD专用润滑油的研究。

　　(6)结构的优化。使HVD调速传动装置结构及其零部件更加合理化、工业化、系列化、标准化。

　　(7)大功率等级HVD装置的研制。

　　5 结论

　　本文给出了液体粘性传动的定义及分类。介绍了液粘传动的工作原理。阐述了国内外液体粘性传动技术的发展和研究状况，与国外液粘技术相比，我国在油膜形成机理、摩擦片材料及结构、传动润滑介质等方面需要进一步研究。实践证明，液体粘性传动技术具有很大的应用价值和发展前景。

　　【参考文献】

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　　[2]王春奇.一种新型液粘性软启动装置机械结构的设计研究[D].西安：西安理工大学，2007.

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