轉動中國“齒輪”

于曉杰

李和言，北京理工大學機械與車輛學院副教授，特種車輛研究所副所長。主要研究方向為綜合傳動技術、傳動摩擦與設計，主要從事車輛變速系統集成設計、靜液驅動系統和離合器摩擦系統領域的研究工作，當前研究集中在離合器摩擦熱失穩方面。]999年獲北京理工大學軍用車輛學士學位，2004年獲車輛工程博士學位。2009.11-2010.12，美國密歇根大學機械工程系訪問學者；2014.6-2015.1，美國丹佛大學材料與科學工程系訪問學者。榮獲國家科技進步獎二等獎1項、國防科技進步獎一等獎2項、北京市教育教學成果獎二等獎1項和北京理工大學青年教師教學基本功比賽一等獎1次，獲北京理工大學師德先進個人稱號。

大到航空母艦，小到汽車，它們的構造都離不開基礎部件，而它們整體性能的提升同樣離不開基礎部件水平的提高。基礎工業就像“齒輪”，只有轉動齒輪，才能推動整個行業的發展。

“我的主要工作就是幫助機械行業或是車輛行業的基礎部件得到提升，只有加強基礎部件，才能提升基礎行業，進而對整個行業有幫助。”對自己的研究工作，李和言如是詮釋。10余年來，在北京理工大學這片沃土上，他在自己“基礎工作”的崗位上不斷耕耘，不斷創新，始終構筑著心中的理想和藍圖。摸索中前進

1995年，李和言從東北黑龍江一個小鎮來到首都北京。對于“為什么選擇軍用車輛這個專業？”這一問題，樸實的李和言給出的回答也讓人覺得實在，“因為這個專業不收費，還不交雜費，而且每個月學校還給150塊錢左右的補助，在那個時候已經很不錯了。”家庭情況是一方面，但其實在專業選擇上對李和言影響比較大的還是他的父親。在他考大學之前，父親就為他專業的選擇提前來了一趟北京，經過一番“考察”，最終選擇了這個看起來比較務實的專業。

4年后，成績優異的李和言如愿以償地考上了研究生，師從馬彪教授，恰好這時馬老師的課題組正在研究我們國家最新式的步兵戰車的傳動裝置，這是當時國家高新工程重點研發項目，李和言慶幸地說：“能趕上這樣一個任務不容易”。不斷的實踐和磨練，漸漸地李和言開始進入到課題研究中，2003年年底項目定型，裝備也成功在部隊開始使用。“這個裝備雖然應用了，但還有很多后續問題需要解決。2004年，博士畢業后李和言選擇留校工作，繼續在車輛工程研究領域“啃硬骨頭”。這一干就是十幾年，一直在母校工作到現在。談到母校，從本科至今，李和言在北京理工大學走過了將近20年的時間，感情自然不言而喻，導師對自己的幫助和影響也讓他銘記在心，而最讓他受益匪淺的是“母校給我提供了一個平臺和空間，并能和具體的工程實際、具體的國防事業相結合，學有所用，這個受益是最大的。”

術業有專攻。幾年下來，李和言負責的裝備光榮地亮相于國人面前，經過了天安門，參加了2009年國慶閱兵。就在這個時候，李和言決定“走出去”。用他的話說“工作三四年，面臨最大的一個瓶頸問題就是自己的學術方向。”“工作的這幾年，研究了很多實際產品，但也發現了一些問題。由于工作比較忙，有些問題還沒有及時得到解決，還沒有探究這些問題背后的真正原因是什么，因此想找一個集中的時間把這些問題理清。”

于是，2009年11月，李和言來到美國密歇根大學機械工程系訪學，而令他驚喜的是自己的導師正是離合器摩擦領域的泰斗級人物J.R Barber教授。近一年時間，李和言不僅重新把力學、物理學、機械動力學等專業知識深入學習了一遍，還把原來工程上未解決的問題進行深入研究，不只“知其然”，更“知其所以然”。也就是在這時起，李和言慢慢形成并確定了自己現在的研究方向——離合器摩擦。對李和言來說，這是收獲的一年，不僅確定了自己的研究方向，一年內還發表了四五篇高水平論文，同時還申請成功了國家自然科學基金青年基金。這次成功申請，也標志著李和言將自己的科研工作從工程研發向基礎研究邁出了重要的一步，而那時他還是一個剛剛30歲出頭的年輕人。

從不明確到明確，從只知其然到知其所以然，李和言一直在摸索，一直在前進。

柔和的“傳動”

心臟是我們的動力，但是心臟只能參與收縮不能承擔重物，我們必須用胳膊和腿進行力的放大和傳遞。“我們的工作就是研究車的胳膊和腿。如果車輪和履帶是車的腳，發動機是車的心臟的話，我們的研究就是讓心臟發出的動力良好地到達車輪處，把發動機有限的力和速度進行范圍擴大，讓它能適應于更復雜的路面和負載。”李和言形象地介紹了自己正在從事的研究工作，“讓發動機舒舒服服并柔和地把動力傳過去”。

當初為什么選擇研究裝甲車輛？對這一問題李和言說：“在20世紀80年代中后期，我們的軍用車輛發展不太順利，克服障礙的能力也不夠強，再加上海灣戰爭中一些新技術的出現，我們發現我國的裝甲車輛技術已經落后了，所以我們就想設計出更好的傳動系統，讓發動機有限的功能提高，速度更快一點，調節得更柔和一點。”李和言介紹說，對于研究的產品，從1991年開始預研，1997年產品正式開始研發，到2003年正式運行，“我們用了12年左右的時間實現了先進傳動系統的從無到有，然后又用了12年左右的時間從不成熟到成熟，我們還在繼續革新的路上。”要跟上時代的腳步，就必須與時俱進。之后的發展中，李和言所在的團隊始終在不停地對產品升級更新。“我們現在80%的研究任務都和國防相關，研究的產品至今已有3個系列20多種產品，很多也都參與過國慶閱兵。”

近5年來，李和言作為負責人、副總設計師和主任設計師承擔完成了多項型號裝備的綜合傳動裝置的研制工作與生產配套工作，還主持和參與完成國家自然科學基金、總裝預研、國防“973”、科工局傳動專項等項目多項。在坦克裝甲車輛綜合傳動技術及大功率離合器摩擦研究方面，作出了突出的學術貢獻，并取得了多項創新型成果。

經過多年努力，在與前輩們的合作中，李和言所在的團隊形成了坦克裝甲車輛液力機械綜合傳動裝置的動態性能預測設計和優化集成匹配的方法。針對坦克裝甲車輛液力機械綜合傳動高性能與有限空間、重量約束的矛盾，液壓、液力、機械等多種傳動形式綜合與變速、轉向、聯合制動與操縱等多功能綜合的矛盾，分析了綜合傳動系統各性能耦合與動態演變的內在機理，獲得了匹配設計的最佳當量負載工況區間，建立了綜合傳動系統的性能預測模型和空間需求分析模型，對綜合集成的傳動方案進行性能優化與空間需求預測設計，實現了動力裝置與負載之間的動態性能匹配和有限空間匹配。將液力機械綜合傳動裝置的研制周期由原先的7-8年縮短至2-2.5年。研制了300kW系列、400kW系列液力機械綜合傳動裝置，滿足了中輕型履帶式裝甲車輛的研制與發展需求。該成果榮獲工信部國防科學技術進步獎一等獎（2008年）和國家科學技術進步獎二等獎（2012年），并獲批發明專利2項。

李和言所在的團隊還建立了綜合傳動裝置液壓無級轉向過渡過程動力學模型，解決了履帶車輛轉向過程的穩定性控制，解決了履帶車輛轉向過程動態功率平衡，大功率轉向系統設計等難題，實現了履帶車輛由機械有級轉向向液壓無級轉向的跨越，并達到國外同類產品的先進水平。該成果榮獲國防科學技術進步獎一等獎（2012年），并獲批發明專利2項。

此外，李和言團隊還揭示了濕式多片式換擋離合器在高能量密度摩擦界面上的熱彈耦合作用機制，建立了離合器系統及摩擦界面的摩擦熱失穩狀態預測模型和界面綜合應力分析模型，實現了對實際摩擦過程中的非均勻摩擦狀態的定量評估與預測。理論分析和試驗測試相結合，初步獲得了摩擦界面在實際摩擦過程中的溫度場和應力場分布規律，為高速履帶式裝甲車輛多自由度高轉速寬傳動范圍多擋變速結構設計和換擋規律設計提供了理論支撐，并獲批發明專利2項。

“齒輪”上的理想

隨著車輛傳動系統功率密度的提高，離合器承受的機械載荷和熱載荷增加明顯，離合器逐漸成為了制約車輛傳動系統壽命和性能提升的瓶頸之一。“我們現有的和離合器相關的知識還是一二十年前的”，這讓李和言更加迫切要從設計角度來更新和發展與世界接軌的技術，“首先要加強基礎部件，只有基礎行業的設計水平提升了，才能打好工業基礎，進而提高整個行業的水平。”這也是他的“理想”。

“傳統離合器設計中一般假設應力場與溫度場在界面上呈均勻分布，采用控制滑摩功來降低平均溫升，但在離合器使用過程中發現，即使滑摩功在許用范圍內，但仍然會出現因摩擦副表面溫度過高而失效的情況。”李和言介紹說，濕式多片式離合器以其結構緊湊、功率密度高、變型適應性強而被廣泛應用在自動變速器AT、混合驅動系統上，是車輛動力傳動系統的關鍵部件之一。

2015年結題的國家自然基金委面上項目，李和言承擔完成了濕式片式離合器摩擦界面熱不穩定狀態分析模型與驗證。針對高摩擦能量密度輸入條件，通過探明濕式多片式離合器內部載荷規律和對外輸出特性，李和言所在的團隊建立了離合器摩擦界面狀態分析模型與試驗評估系統，獲得了各參數對離合器摩擦品質、摩擦性能和磨損特性能的影響規律，為離合器動力學特性和控制特性精確設計提供了精細指導。

李和言還介紹到，基于該成果實現了采用國產銅基粉末冶金摩擦材料的換擋離合器的能量傳遞密度從700kJ/m²可靠地提高到大于1300kJ/m²將離合器可靠工作壽命提高30%以上，實現綜合傳動裝置整機壽命從不足8000km提高到大于10000km，與國外同類產品的先進水平相當。目前，該成果作為關鍵內容之一，已通過國防科學技術進步獎一等獎初評。

基礎工業好比“齒輪”，只有提高基礎產品，打好工業基礎后，才能提高整個行業的水平，但這需要有一部分人靜下心來認認真真做些基礎的事情。這一路走來，李和言說，讓自己收獲最大的就是面向國防服務，把自己的技術運用到國防技術的攻關上，實現裝備的性能提升。“國家的需求，需要有基礎行業的支撐”，而李和言就是這一部分靜下心來做好基礎的事情的人，因為在他的藍圖里，他要轉動的是整個中國的“齒輪”。

除了在科研上與時俱進、精益求精，作為教師，李和言對自己也是高標準、高要求。目前，他已指導和協助指導畢業研究生20余名，其中博士生5名。在教學效果上，每年學生給他打出的分數都在95分以上。但對于“老師”這個稱謂，李和言始終抱著敬畏之心。古人言，師者，傳道受業解惑也。在他看來，能真正稱得上老師的人并不多。他還坦言：“教授好當，研究員也好當，最不好當的就是老師。我們能傳道、授業，但還沒有做到解惑。”

談到對學生的培養，李和言也有著自己獨到的理念。“大學最吸引人的地方，就是給你提供了一個平臺讓你去試錯，而且在這期間試錯成本最低，可以隨時糾正方向。”“每個學生都要敢于嘗試，勇于試錯。除此之外，更要有自己的個性。只有這樣，才能對社會做出更大的創造性貢獻。”而他的這些作風和理念，也深深影響著他的學生們。1