耦合工作模式下磁流变液动力传递机理及调控特性研究

This project takes open transmission structure as object, and researches the power transmission mechanism and regulation characteristics of magnetorheological fluid under coupling working modes to solve the heat dissipation problem of power transmission. A novel open transmission structure model is established, the particles distribution characteristics under shear-flow-squeeze coupling modes is researched, the law of formation, expansion and fracture of the particle chain is explored, and the power transmission and heat dissipation mechanism of magnetorheological fluid under the multi coupling modes are revealed. The characteristics of surfactants temperature and rotate speed vs. apparent viscosity are studied respectively, and preparation process of a low viscosity oil /water based magnetorheological fluid based on direct addition method is developed. The influence mechanism of the time response of magnetorheological fluid power transmission is revealed from the power supply, excitation coil, magnetic hysteresis, eddy current, magnetorheological fluid transmission medium and so on. A dynamic transmission model based on time-varying load is established, and the adaptive dynamic control strategy of speed / torque is studied, which improves speed following characteristics and improves the stability and reliability of magnetorheological fluid power transmission. This project provides a new theory and method for revealing the mechanism of magnetorheological fluid power transmission under multi coupling modes, solving the problem of heat transmission of traditional closed transmission structure and realizing the stable high power transmission of magnetorheological fluid.

本项目针对磁流变液动力传递过程中的散热难题，提出以开式传动结构为对象，开展耦合工作模式下磁流变液动力传递机理及调控特性研究。主要内容包括：建立新型开式磁流变传动结构模型，分析剪切-流动-挤压复合工作模式下颗粒分布特征，探索颗粒链形成、扩展及断裂规律，揭示多耦合工作模式下磁流变液动力传递机理及热量散失机制；研究表面活性剂温度/转速-表观粘度特性，开发基于直接添加法的低粘度油基/水基磁流变液制备工艺，以获得高性能传动用油基/水基磁流变液；从激磁电源、励磁线圈、磁滞、涡流、磁流变液传动介质等角度，揭示磁流变液动力传递时间响应影响机理，并建立基于时变负载的动力传递模型，研究速度/扭矩自适应动态调控策略，改善速度跟随特性，提高磁流变液动力传递的稳定性和可靠性。本项目研究对于揭示多耦合工作模式下磁流变液动力传递机理，解决传统闭式传动结构散热难题，实现大功率磁流变液动力稳定传递提供了新的理论和方法。

为解决磁流变液动力传递过程中的散热难题，本项目综合利用理论分析、数值模拟和实验研究等方法，开展了耦合工作模式下磁流变液动力传递机理及调控特性研究。揭示了双颗粒链链结模型下不同颗粒粒径、浓度、磁场强度和温度对磁流变液剪切屈服应力的影响机理，研究了不同类型/含量的表面活性剂对磁流变液沉降稳定性的影响规律，在此基础上结合微-纳复合体系制备了抗沉降高性能磁流变液，对比分析表明微-纳复合体系所构成的软磁性颗粒饱和磁化强度、矫顽力、磁化功率、磁滞损耗和高温稳定性均有一定提升，磁流变液的零场粘度和沉降稳定性均随着微-纳复合体系质量分数的增大而提升；探究了壁面参数和不同磁导率的壁面材料对传动空间内磁场强度分布的影响规律，分析结果表明在传动结构内部中增添沟槽可有效改善局部空间内磁感应强度，实现高磁场强度下动力介质的循环流动，但沟槽数量的持续增加会弱化传动空间平均磁感应强度，削弱传递动力；分析了电流强度、传动空间间隙、冷却间隙、传动结构、核心传动件材质对传动空间内磁感应强度影响规律；建立了相比传统线性等效磁路模型能够更准确、更快速的计算结果的非线性等效磁路模型；研究了耦合工作模式下磁流变液动力传递机理，变传统闭式为开式传动结构开发新型开式磁流变离合器，并基于动力介质循环特性开发了液压循环风冷散热系统，基于自抗扰思想设计了LADRC控制器，实现了磁流变液耦合传动模式下的高效散热和稳定调控。为进一步解决传统磁流变对偶传动散热难题，本项目还创新开发了对辊式磁流变传动结构并开展理论和实验研究。在本项目的资助下，发表论文12篇，其中SCI检索10篇，申请或授权发明专利15件，培养硕士博士共10名。本项目的研究成果有效解决了磁流变液动力传递散热及调控难题，有利于磁流变动力传递装置推广、提升机电设备的智能化水平，展现出较高的经济价值和社会意义。