可控起动传动装置（Controlled Start Transmission, CST）为重型刮板输送机提供了一种软起动、过载保护和多机功率平衡的可靠方法。液黏摩擦传动单元（Hydro-viscous Drive Unit,HDU）是CST装置的核心,它包括多组摩擦副。摩擦副的可靠性和耐磨性能直接决定了CST装置的整体性能。以粉末冶金和激光表面工程技术为基础,提出以仿生非光滑表面来改善和提高摩擦副机械耐磨性能的新思路。利用激光直接沉积和激光脉冲钻孔技术,制备了具有不同非光滑表面形态和参数的非光滑表面试样。通过表面形貌分析和摩擦磨损试验发现：激光直接沉积过程的基板预热（600℃）,有助于提高激光沉积试样的表面质量,包括表面形貌、裂纹抑制控制以及沉积材料与基板结合位置的晶粒细化等;与光滑试样相比,具有非光滑表面形态的试样具有更好的耐磨性能,在试验条件下,当小孔间距等...

为了揭示液黏传动摩擦副温度场分布规律,以矿用刮板输送机可控启动装置为研究对象,基于热传导原理建立了摩擦副三维瞬时热传导方程,采用摩擦功率法推导了热流密度数学模型,确定了摩擦副的对流换热系数。在ANSYS Workbench中建立了摩擦副温度场有限元模型,分别研究了不同接合压力和相对转速及整个软启动过程中摩擦副的温度场分布特性。结果表明：摩擦片和对偶片具有相似的温度场分布规律,均是沿内径至外径方向先上升后下降,温度最大值出现在接近摩擦副外径处;摩擦副温度随接合压力和相对转速的增大而升高;摩擦片每个菱形区域中心温度高于四周区域,容易形成热斑;整个软启动过程中摩擦副温度逐渐升高,在软启动刚结束时达到最大值,摩擦副接触表面高温区向中心靠近。温度场仿真结果为后续的摩擦副热—结构耦合分析打下了基础,提供了相...

铜基粉末冶金摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究摩擦副的摩擦特性,应用MM-Ⅲ型摩擦磨损性能试验机对铜基粉末冶金摩擦副不同工况下的摩擦因数进行了测试,分析了相对转速、接触比压、温度对摩擦因数的影响。结果表明,摩擦因数随着相对转速的变化与斯特里贝克曲线相似,摩擦因数先急剧下降,后缓慢上升;随着摩擦副接触比压的增加,油膜黏性剪切作用减小,接触摩擦因数随着比压的增加逐渐降低;同时,接触摩擦因数受温度的影响较小。因此,应用摩擦磨损试验机可以得到铜基粉末冶金摩擦副摩擦因数随相对转速、温度和比压的变化规律,为混合摩擦转矩模型建立和液黏传动调速稳定性研究提供理论依据。

为了研究液黏传动摩擦副软启动过程应力场的分布特性,利用Abaqus软件建立三维摩擦副热弹性分析模型,采用间接耦合数值分析方法来预测应力场的瞬态特性,并对参数敏感性进行了分析。结果表明,软启动过程中对偶钢片热应力逐渐增大,在启动结束时达到最大值,且最大值位置逐渐向中心区域靠近;油槽具有良好的冷却效果,摩擦衬片热应力最大值出现在每个菱形区域的边缘;弹性模量和热膨胀系数有正影响,而厚度和泊松比有负影响;改变参数值对热应力最大值出现的位置无影响。分析结果为摩擦副结构参数和材料参数的选择提供了参考依据。

为了研究矿用重型刮板输送机可控启动装置中液黏传动可控启动过程混合摩擦阶段的转矩特性,基于雷诺方程建立了油膜承载力和剪切转矩数学模型,并根据G-W模型建立了微凸峰接触转矩模型,最终以刮板输送机实现S形曲线,得到了可控启动过程中摩擦副的承载特性和转矩特性。结果表明,可控启动过程中,摩擦副间油膜厚度按反S曲线随时间增大而减小;摩擦副的承载力和转矩不断增大,其中微凸峰为总承载力和转矩的主要承担部分,并且不断增大,而油膜承载力和转矩则只占据小部分并不断减小。研究结果为可控启动装置可控启动过程转矩特性预测和控制部分设计提供了理论依据。

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明:当启动时间10s额定输出转速45r/min启动过程遵循S形曲线变化时油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大启动时油膜越薄摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。

液黏传动是利用油膜的剪切力传递动力的一种新型传动方式，动压承载力对于油膜形成具有重要意义。利用流体动力润滑理论，对油膜动压承载力进行求解，得到承载力与油膜厚度以及摩擦片沟槽形状的变化曲线。并利用液黏传动实验台对油膜压力场进行分析，验证了理论分析的正确性。