加快科技成果轉(zhuǎn)化加強(qiáng)自主創(chuàng)新精神
——訪北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院博士生導(dǎo)師 閆清東教授

■ 文 王云碩

如果把發(fā)動(dòng)機(jī)比喻為車輛的“心臟”，那么傳動(dòng)系統(tǒng)，則好比是“肌肉”，將動(dòng)力傳輸?shù)缴眢w各部。暢銷世界的車型背后都有著優(yōu)秀傳動(dòng)系統(tǒng)的身影。早年，我國在先進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)方面主要還是以仿制國外產(chǎn)品為主，為了能夠?qū)崿F(xiàn)國內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng)的自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能布局與市場需求最佳匹配，北京理工大學(xué)車輛傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱實(shí)驗(yàn)室)于1992 年10 月由原國防科工委批準(zhǔn)立項(xiàng)成立，1998 年3 月建成并投入運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)室依托北京理工大學(xué)特種車輛研究所，始終堅(jiān)持“理論與實(shí)踐、工程與科學(xué)、寬廣與精深相結(jié)合”的人才培養(yǎng)理念，立足國防、面向國家戰(zhàn)略、瞄準(zhǔn)國際前沿。回首風(fēng)雨20 多載，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)了一大批車輛工程專業(yè)專門技術(shù)人才與管理人才，是開展學(xué)術(shù)交流、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與國際科技合作的前沿基地。

本期我們采訪到北京理工大學(xué)動(dòng)液傳動(dòng)研究室學(xué)術(shù)帶頭人、北京市高等學(xué)校教學(xué)名師、流體傳動(dòng)與控制學(xué)會液力傳動(dòng)技術(shù)委員會委員、液力專業(yè)委員會主任委員閆清東教授。實(shí)驗(yàn)室在閆清東教授的帶領(lǐng)下可以說是走過了一個(gè)輝煌的階段，現(xiàn)在正同國家一起躍上一個(gè)新的高度。

《起重運(yùn)輸機(jī)械》：實(shí)驗(yàn)室立足于行業(yè)前沿的根基是什么？

閆清東：動(dòng)液傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室由所校聯(lián)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，充分利用優(yōu)質(zhì)的科研條件和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金，緊緊圍繞國防科技和武器裝備發(fā)展需求，積極開展創(chuàng)新研究和探索性研究。圍繞車輛主題，本著自主創(chuàng)新、求真務(wù)實(shí)的工作理論，專注在深化基礎(chǔ)理論、建立方法體系、創(chuàng)新集成結(jié)構(gòu)、科學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證的科研宗旨，在車輛振動(dòng)與潤滑摩擦基礎(chǔ)理論、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能預(yù)測與優(yōu)化集成，新型驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)技術(shù)、操縱與控制、軍用機(jī)器人與多域機(jī)動(dòng)平臺、車輛測試與虛擬實(shí)驗(yàn)等技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有重要的國際影響力，使之成為凝聚和培養(yǎng)高科技人才，開展高水平科研工作的基地。該實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)地面武器機(jī)動(dòng)工程委重點(diǎn)專業(yè)和校名牌專業(yè)等學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)與科學(xué)研究任務(wù)，屬于科學(xué)研究、專業(yè)教學(xué)、學(xué)科建設(shè)等三位一體的綜合性實(shí)驗(yàn)室。重點(diǎn)從事車輛傳動(dòng)的教學(xué)、科研及人才培養(yǎng)工作。

項(xiàng)昌樂院士領(lǐng)銜的動(dòng)力傳動(dòng)與控制研究團(tuán)隊(duì)

動(dòng)力傳動(dòng)及控制研究團(tuán)隊(duì)

《起重運(yùn)輸機(jī)械》：作為車輛傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，您所帶領(lǐng)的特種車輛研究所團(tuán)隊(duì)的研究方向包括那些？

閆清東：實(shí)驗(yàn)室主要研究方向包括：傳動(dòng)系統(tǒng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與技術(shù)、多流復(fù)合傳動(dòng)理論與技術(shù)、高效驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)、傳動(dòng)元件基礎(chǔ)理論與技術(shù)、傳動(dòng)系統(tǒng)摩擦與潤滑技術(shù)。其中針對軍用與民用領(lǐng)域的輪式或履帶式車輛，動(dòng)液組的研究方向又分為：車輛電傳動(dòng)理論與技術(shù)、車用動(dòng)液傳動(dòng)技、車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、多域機(jī)動(dòng)平臺技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)。近三十年來，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了多項(xiàng)重大預(yù)先研究、973 重大基礎(chǔ)研究、國家自然科學(xué)基金、國際合作和企業(yè)橫向合作等科研任務(wù)，取得了包括國家級和部級科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)在內(nèi)的眾多獎(jiǎng)勵(lì)，為我國車輛傳動(dòng)理論與技術(shù)的進(jìn)步作了貢獻(xiàn)。

《起重運(yùn)輸機(jī)械》：目前在車輛傳動(dòng)方面，團(tuán)隊(duì)有哪些技術(shù)創(chuàng)新?

閆清東教授正在指導(dǎo)博士生工作

Y310 沖壓型液力變矩器

閆清東：實(shí)驗(yàn)室的液力傳動(dòng)團(tuán)隊(duì)，主要開展車用液力元件技術(shù)相關(guān)的探索性、創(chuàng)新性和重大關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的研究。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托各類條件保障建設(shè)項(xiàng)目，在液力元件研究方向分別構(gòu)建了虛擬設(shè)計(jì)與分析平臺、多節(jié)點(diǎn)刀片并行計(jì)算中心、激光流場測試系統(tǒng)、葉輪快速成型系統(tǒng)、大功率液力傳動(dòng)裝置。開展了系列變矩器理論、液力元件三維流動(dòng)設(shè)計(jì)、高功率密度扁平循環(huán)圓液力元件設(shè)計(jì)技術(shù)、大曲率流道非接觸測繪技術(shù)、空間葉輪內(nèi)部流場非接觸觀測方法等課題的研究，其成果在新一代國產(chǎn)特種車輛上得到了廣泛應(yīng)用。另外在橫向課題上，也先后為多家民用車輛和工程機(jī)械相關(guān)行業(yè)企業(yè)進(jìn)行開發(fā)、分析和研制工作。在這些產(chǎn)品的研發(fā)過程中，完成了從前期方案設(shè)計(jì)開始，到循環(huán)圓設(shè)計(jì)、流動(dòng)分析、葉形優(yōu)化、工程設(shè)計(jì)、流場觀測、實(shí)驗(yàn)研究，乃至對應(yīng)的模具設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)等一系列工作的方法體系構(gòu)建。經(jīng)過上述多輪研制產(chǎn)品的臺架實(shí)驗(yàn)考核和現(xiàn)場裝車應(yīng)用檢驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了動(dòng)液傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)室提出的液力元件集成設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和可靠性，相關(guān)理論和技術(shù)的創(chuàng)新在液力元件開發(fā)上得到了較為充分地應(yīng)用，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，在液力行業(yè)內(nèi)具有一定的影響力。

《起重運(yùn)輸機(jī)械》：隨著國內(nèi)物料搬運(yùn)行業(yè)市場對工業(yè)車輛的需求不斷提高，我們愈發(fā)需要新技術(shù)能夠快速應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。在液力技術(shù)的應(yīng)用方面實(shí)驗(yàn)室有哪些成果？

閆清東：第一是液力變矩器三維流動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)的研究成果。液力變矩器通過液體動(dòng)能變化來傳遞能量，具有優(yōu)良的載荷自適應(yīng)性、無級變矩變速能力和柔性減振等性能，廣泛應(yīng)用于各類車輛和工程機(jī)械。

針對高效液力變矩器設(shè)計(jì)需求，提出了液力變矩器渦識別和流場降階能量分析的流場評價(jià)方法，研究了引起能量損失的主要渦旋重構(gòu)并揭示了能量損失機(jī)理，突破了能量損失精確預(yù)測和低流動(dòng)損失葉柵系統(tǒng)精細(xì)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，在液力元件三維流動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了液力變矩器葉柵系統(tǒng)的三維流動(dòng)精細(xì)設(shè)計(jì)。

500 kW 傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺

630 kW 傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺

非接觸測繪辦公室

團(tuán)隊(duì)為提高液力變矩器性能水平和設(shè)計(jì)精度及效率，開發(fā)了扁平循環(huán)圓設(shè)計(jì)方法、葉柵參數(shù)化造型方法，利用自編程序及二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)葉柵系統(tǒng)造型、CFD 特性仿真的自動(dòng)化處理，搭建了液力變矩器三維流動(dòng)平臺，成功進(jìn)行了多種液力變矩器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。同時(shí)，利用液力變矩器三維流動(dòng)設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)了液力變矩器的扁平化設(shè)計(jì)，扁平率最小可壓縮到0.19，相比原型液力變矩器，其軸向尺寸減少40%，體積縮小60%，大幅提高了扁平液力變矩器的經(jīng)濟(jì)性及功率密度。該成果創(chuàng)新性強(qiáng)，技術(shù)復(fù)雜、難度大，總體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，低流動(dòng)損失葉柵系統(tǒng)精細(xì)設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。液力變矩器三維流動(dòng)設(shè)計(jì)平臺解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的經(jīng)驗(yàn)約束，且使得設(shè)計(jì)更加靈活，基于該平臺，北京理工大學(xué)成功研制了系列化鑄造型液力變矩器型譜。

第二是液力緩速制動(dòng)技術(shù)方向的成果。液力緩速器是重型車輛在長下坡路段、城市交通或載重低速行駛等工況下，廣泛作為機(jī)械主制動(dòng)器的有效輔助制動(dòng)裝置，具有體積小、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、制動(dòng)效能持續(xù)時(shí)間長的優(yōu)點(diǎn)，可以有效減輕機(jī)械主制動(dòng)器的磨損、提升重型車輛行駛安全。

以提高液力緩速器動(dòng)態(tài)制動(dòng)效能為目標(biāo)，揭示其葉柵及充放油系統(tǒng)內(nèi)部液氣兩相流動(dòng)特性，獲取氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)下葉柵參數(shù)對緩速制動(dòng)特性的影響規(guī)律，建立制動(dòng)性能預(yù)測降階簡化模型，提出面向快速響應(yīng)和精確控制的電液比例充液率控制方案，通過緩速制動(dòng)系統(tǒng)的流動(dòng)觀測與分析揭示充液率與系統(tǒng)壓差和流量的變化規(guī)律，據(jù)此結(jié)合整車制動(dòng)性能需求提出恒速/恒矩制動(dòng)策略和方法，構(gòu)建三維兩相流動(dòng)液力緩速制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系和方法。

團(tuán)隊(duì)研制的用于車輛輔助制動(dòng)系統(tǒng)的適用不同制動(dòng)功率等級的液力緩速器，以及融合變矩器與緩速器為一體的液力變矩緩速裝置，具有快速起效、低空轉(zhuǎn)損失和轉(zhuǎn)矩精確調(diào)節(jié)特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛在復(fù)雜制動(dòng)策略下的緩速制動(dòng)動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)。

上述研究工作獲得部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，獲得發(fā)明專利多項(xiàng)。

《起重運(yùn)輸機(jī)械》：圍繞液力元件的研究與設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)目前聚焦的應(yīng)用方向是什么，未來這些研究設(shè)計(jì)有怎樣的應(yīng)用前景？

閆清東：首先，我們將液力研究技術(shù)應(yīng)用于高效高功率密度的液力變矩器中，開展低空化高功率密度葉柵系統(tǒng)構(gòu)型、面向高效率的葉柵參數(shù)優(yōu)化、高效高功率密度液力變矩器系列化設(shè)計(jì)、以及高效高功率密度液力變矩器試驗(yàn)驗(yàn)證等研究，形成系列化高效高功率密度液力變矩器產(chǎn)品，并在裝載機(jī)、平地機(jī)等工程機(jī)械上得到應(yīng)用，提高了整機(jī)動(dòng)力性能，提升了中國工程機(jī)械產(chǎn)品競爭力。

其次在低空損電液控制液力緩速器方面，我們開展了液力緩速器空損流動(dòng)特性研究、空損抑制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、低空損液力緩速器設(shè)計(jì)優(yōu)化、以及低空損液力緩速器試驗(yàn)驗(yàn)證等研究，形成系列化低空損液力緩速器產(chǎn)品，并在重型車輛、工程機(jī)械領(lǐng)域上得到應(yīng)用，提高了車輛和工程機(jī)械的功率利用率和產(chǎn)品競爭力。