轉(zhuǎn)動(dòng)中國(guó)“齒輪”

于曉杰

李和言，北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院副教授，特種車(chē)輛研究所副所長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)榫C合傳動(dòng)技術(shù)、傳動(dòng)摩擦與設(shè)計(jì)，主要從事車(chē)輛變速系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、靜液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和離合器摩擦系統(tǒng)領(lǐng)域的研究工作，當(dāng)前研究集中在離合器摩擦熱失穩(wěn)方面。]999年獲北京理工大學(xué)軍用車(chē)輛學(xué)士學(xué)位，2004年獲車(chē)輛工程博士學(xué)位。2009.11-2010.12，美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)械工程系訪問(wèn)學(xué)者；2014.6-2015.1，美國(guó)丹佛大學(xué)材料與科學(xué)工程系訪問(wèn)學(xué)者。榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)防科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、北京市教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)和北京理工大學(xué)青年教師教學(xué)基本功比賽一等獎(jiǎng)1次，獲北京理工大學(xué)師德先進(jìn)個(gè)人稱(chēng)號(hào)。

大到航空母艦，小到汽車(chē)，它們的構(gòu)造都離不開(kāi)基礎(chǔ)部件，而它們整體性能的提升同樣離不開(kāi)基礎(chǔ)部件水平的提高?；A(chǔ)工業(yè)就像“齒輪”，只有轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，才能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

“我的主要工作就是幫助機(jī)械行業(yè)或是車(chē)輛行業(yè)的基礎(chǔ)部件得到提升，只有加強(qiáng)基礎(chǔ)部件，才能提升基礎(chǔ)行業(yè)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)行業(yè)有幫助?！睂?duì)自己的研究工作，李和言如是詮釋。10余年來(lái)，在北京理工大學(xué)這片沃土上，他在自己“基礎(chǔ)工作”的崗位上不斷耕耘，不斷創(chuàng)新，始終構(gòu)筑著心中的理想和藍(lán)圖。摸索中前進(jìn)

1995年，李和言從東北黑龍江一個(gè)小鎮(zhèn)來(lái)到首都北京。對(duì)于“為什么選擇軍用車(chē)輛這個(gè)專(zhuān)業(yè)？”這一問(wèn)題，樸實(shí)的李和言給出的回答也讓人覺(jué)得實(shí)在，“因?yàn)檫@個(gè)專(zhuān)業(yè)不收費(fèi)，還不交雜費(fèi)，而且每個(gè)月學(xué)校還給150塊錢(qián)左右的補(bǔ)助，在那個(gè)時(shí)候已經(jīng)很不錯(cuò)了?！奔彝デ闆r是一方面，但其實(shí)在專(zhuān)業(yè)選擇上對(duì)李和言影響比較大的還是他的父親。在他考大學(xué)之前，父親就為他專(zhuān)業(yè)的選擇提前來(lái)了一趟北京，經(jīng)過(guò)一番“考察”，最終選擇了這個(gè)看起來(lái)比較務(wù)實(shí)的專(zhuān)業(yè)。

4年后，成績(jī)優(yōu)異的李和言如愿以償?shù)乜忌狭搜芯可?，師從馬彪教授，恰好這時(shí)馬老師的課題組正在研究我們國(guó)家最新式的步兵戰(zhàn)車(chē)的傳動(dòng)裝置，這是當(dāng)時(shí)國(guó)家高新工程重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，李和言慶幸地說(shuō)：“能趕上這樣一個(gè)任務(wù)不容易”。不斷的實(shí)踐和磨練，漸漸地李和言開(kāi)始進(jìn)入到課題研究中，2003年年底項(xiàng)目定型，裝備也成功在部隊(duì)開(kāi)始使用。“這個(gè)裝備雖然應(yīng)用了，但還有很多后續(xù)問(wèn)題需要解決。2004年，博士畢業(yè)后李和言選擇留校工作，繼續(xù)在車(chē)輛工程研究領(lǐng)域“啃硬骨頭”。這一干就是十幾年，一直在母校工作到現(xiàn)在。談到母校，從本科至今，李和言在北京理工大學(xué)走過(guò)了將近20年的時(shí)間，感情自然不言而喻，導(dǎo)師對(duì)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(gè)平臺(tái)和空間，并能和具體的工程實(shí)際、具體的國(guó)防事業(yè)相結(jié)合，學(xué)有所用，這個(gè)受益是最大的?！?/p>

術(shù)業(yè)有專(zhuān)攻。幾年下來(lái)，李和言負(fù)責(zé)的裝備光榮地亮相于國(guó)人面前，經(jīng)過(guò)了天安門(mén)，參加了2009年國(guó)慶閱兵。就在這個(gè)時(shí)候，李和言決定“走出去”。用他的話說(shuō)“工作三四年，面臨最大的一個(gè)瓶頸問(wèn)題就是自己的學(xué)術(shù)方向?！薄肮ぷ鞯倪@幾年，研究了很多實(shí)際產(chǎn)品，但也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。由于工作比較忙，有些問(wèn)題還沒(méi)有及時(shí)得到解決，還沒(méi)有探究這些問(wèn)題背后的真正原因是什么，因此想找一個(gè)集中的時(shí)間把這些問(wèn)題理清?！?/p>

于是，2009年11月，李和言來(lái)到美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)械工程系訪學(xué)，而令他驚喜的是自己的導(dǎo)師正是離合器摩擦領(lǐng)域的泰斗級(jí)人物J.R Barber教授。近一年時(shí)間，李和言不僅重新把力學(xué)、物理學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)深入學(xué)習(xí)了一遍，還把原來(lái)工程上未解決的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，不只“知其然”，更“知其所以然”。也就是在這時(shí)起，李和言慢慢形成并確定了自己現(xiàn)在的研究方向——離合器摩擦。對(duì)李和言來(lái)說(shuō)，這是收獲的一年，不僅確定了自己的研究方向，一年內(nèi)還發(fā)表了四五篇高水平論文，同時(shí)還申請(qǐng)成功了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金。這次成功申請(qǐng)，也標(biāo)志著李和言將自己的科研工作從工程研發(fā)向基礎(chǔ)研究邁出了重要的一步，而那時(shí)他還是一個(gè)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(jìn)。

柔和的“傳動(dòng)”

心臟是我們的動(dòng)力，但是心臟只能參與收縮不能承擔(dān)重物，我們必須用胳膊和腿進(jìn)行力的放大和傳遞?！拔覀兊墓ぷ骶褪茄芯寇?chē)的胳膊和腿。如果車(chē)輪和履帶是車(chē)的腳，發(fā)動(dòng)機(jī)是車(chē)的心臟的話，我們的研究就是讓心臟發(fā)出的動(dòng)力良好地到達(dá)車(chē)輪處，把發(fā)動(dòng)機(jī)有限的力和速度進(jìn)行范圍擴(kuò)大，讓它能適應(yīng)于更復(fù)雜的路面和負(fù)載?！崩詈脱孕蜗蟮亟榻B了自己正在從事的研究工作，“讓發(fā)動(dòng)機(jī)舒舒服服并柔和地把動(dòng)力傳過(guò)去”。

當(dāng)初為什么選擇研究裝甲車(chē)輛？對(duì)這一問(wèn)題李和言說(shuō)：“在20世紀(jì)80年代中后期，我們的軍用車(chē)輛發(fā)展不太順利，克服障礙的能力也不夠強(qiáng)，再加上海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中一些新技術(shù)的出現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)我國(guó)的裝甲車(chē)輛技術(shù)已經(jīng)落后了，所以我們就想設(shè)計(jì)出更好的傳動(dòng)系統(tǒng)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)有限的功能提高，速度更快一點(diǎn)，調(diào)節(jié)得更柔和一點(diǎn)?！崩詈脱越榻B說(shuō)，對(duì)于研究的產(chǎn)品，從1991年開(kāi)始預(yù)研，1997年產(chǎn)品正式開(kāi)始研發(fā)，到2003年正式運(yùn)行，“我們用了12年左右的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)的從無(wú)到有，然后又用了12年左右的時(shí)間從不成熟到成熟，我們還在繼續(xù)革新的路上?！币蠒r(shí)代的腳步，就必須與時(shí)俱進(jìn)。之后的發(fā)展中，李和言所在的團(tuán)隊(duì)始終在不停地對(duì)產(chǎn)品升級(jí)更新?！拔覀儸F(xiàn)在80%的研究任務(wù)都和國(guó)防相關(guān)，研究的產(chǎn)品至今已有3個(gè)系列20多種產(chǎn)品，很多也都參與過(guò)國(guó)慶閱兵。”

近5年來(lái)，李和言作為負(fù)責(zé)人、副總設(shè)計(jì)師和主任設(shè)計(jì)師承擔(dān)完成了多項(xiàng)型號(hào)裝備的綜合傳動(dòng)裝置的研制工作與生產(chǎn)配套工作，還主持和參與完成國(guó)家自然科學(xué)基金、總裝預(yù)研、國(guó)防“973”、科工局傳動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目多項(xiàng)。在坦克裝甲車(chē)輛綜合傳動(dòng)技術(shù)及大功率離合器摩擦研究方面，作出了突出的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，并取得了多項(xiàng)創(chuàng)新型成果。

經(jīng)過(guò)多年努力，在與前輩們的合作中，李和言所在的團(tuán)隊(duì)形成了坦克裝甲車(chē)輛液力機(jī)械綜合傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)性能預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)和優(yōu)化集成匹配的方法。針對(duì)坦克裝甲車(chē)輛液力機(jī)械綜合傳動(dòng)高性能與有限空間、重量約束的矛盾，液壓、液力、機(jī)械等多種傳動(dòng)形式綜合與變速、轉(zhuǎn)向、聯(lián)合制動(dòng)與操縱等多功能綜合的矛盾，分析了綜合傳動(dòng)系統(tǒng)各性能耦合與動(dòng)態(tài)演變的內(nèi)在機(jī)理，獲得了匹配設(shè)計(jì)的最佳當(dāng)量負(fù)載工況區(qū)間，建立了綜合傳動(dòng)系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè)模型和空間需求分析模型，對(duì)綜合集成的傳動(dòng)方案進(jìn)行性能優(yōu)化與空間需求預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力裝置與負(fù)載之間的動(dòng)態(tài)性能匹配和有限空間匹配。將液力機(jī)械綜合傳動(dòng)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(jī)械綜合傳動(dòng)裝置，滿足了中輕型履帶式裝甲車(chē)輛的研制與發(fā)展需求。該成果榮獲工信部國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2008年）和國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2012年），并獲批發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。

李和言所在的團(tuán)隊(duì)還建立了綜合傳動(dòng)裝置液壓無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向過(guò)渡過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型，解決了履帶車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程的穩(wěn)定性控制，解決了履帶車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程動(dòng)態(tài)功率平衡，大功率轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)等難題，實(shí)現(xiàn)了履帶車(chē)輛由機(jī)械有級(jí)轉(zhuǎn)向向液壓無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)向的跨越，并達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。該成果榮獲國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（2012年），并獲批發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。

此外，李和言團(tuán)隊(duì)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(jī)制，建立了離合器系統(tǒng)及摩擦界面的摩擦熱失穩(wěn)狀態(tài)預(yù)測(cè)模型和界面綜合應(yīng)力分析模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際摩擦過(guò)程中的非均勻摩擦狀態(tài)的定量評(píng)估與預(yù)測(cè)。理論分析和試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合，初步獲得了摩擦界面在實(shí)際摩擦過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律，為高速履帶式裝甲車(chē)輛多自由度高轉(zhuǎn)速寬傳動(dòng)范圍多擋變速結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和換擋規(guī)律設(shè)計(jì)提供了理論支撐，并獲批發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。

“齒輪”上的理想

隨著車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)功率密度的提高，離合器承受的機(jī)械載荷和熱載荷增加明顯，離合器逐漸成為了制約車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)壽命和性能提升的瓶頸之一?！拔覀儸F(xiàn)有的和離合器相關(guān)的知識(shí)還是一二十年前的”，這讓李和言更加迫切要從設(shè)計(jì)角度來(lái)更新和發(fā)展與世界接軌的技術(shù)，“首先要加強(qiáng)基礎(chǔ)部件，只有基礎(chǔ)行業(yè)的設(shè)計(jì)水平提升了，才能打好工業(yè)基礎(chǔ)，進(jìn)而提高整個(gè)行業(yè)的水平?！边@也是他的“理想”。

“傳統(tǒng)離合器設(shè)計(jì)中一般假設(shè)應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)在界面上呈均勻分布，采用控制滑摩功來(lái)降低平均溫升，但在離合器使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即使滑摩功在許用范圍內(nèi)，但仍然會(huì)出現(xiàn)因摩擦副表面溫度過(guò)高而失效的情況?！崩詈脱越榻B說(shuō)，濕式多片式離合器以其結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、變型適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用在自動(dòng)變速器AT、混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，是車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。

2015年結(jié)題的國(guó)家自然基金委面上項(xiàng)目，李和言承擔(dān)完成了濕式片式離合器摩擦界面熱不穩(wěn)定狀態(tài)分析模型與驗(yàn)證。針對(duì)高摩擦能量密度輸入條件，通過(guò)探明濕式多片式離合器內(nèi)部載荷規(guī)律和對(duì)外輸出特性，李和言所在的團(tuán)隊(duì)建立了離合器摩擦界面狀態(tài)分析模型與試驗(yàn)評(píng)估系統(tǒng)，獲得了各參數(shù)對(duì)離合器摩擦品質(zhì)、摩擦性能和磨損特性能的影響規(guī)律，為離合器動(dòng)力學(xué)特性和控制特性精確設(shè)計(jì)提供了精細(xì)指導(dǎo)。

李和言還介紹到，基于該成果實(shí)現(xiàn)了采用國(guó)產(chǎn)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(shí)現(xiàn)綜合傳動(dòng)裝置整機(jī)壽命從不足8000km提高到大于10000km，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平相當(dāng)。目前，該成果作為關(guān)鍵內(nèi)容之一，已通過(guò)國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)初評(píng)。

基礎(chǔ)工業(yè)好比“齒輪”，只有提高基礎(chǔ)產(chǎn)品，打好工業(yè)基礎(chǔ)后，才能提高整個(gè)行業(yè)的水平，但這需要有一部分人靜下心來(lái)認(rèn)認(rèn)真真做些基礎(chǔ)的事情。這一路走來(lái)，李和言說(shuō)，讓自己收獲最大的就是面向國(guó)防服務(wù)，把自己的技術(shù)運(yùn)用到國(guó)防技術(shù)的攻關(guān)上，實(shí)現(xiàn)裝備的性能提升?！皣?guó)家的需求，需要有基礎(chǔ)行業(yè)的支撐”，而李和言就是這一部分靜下心來(lái)做好基礎(chǔ)的事情的人，因?yàn)樵谒乃{(lán)圖里，他要轉(zhuǎn)動(dòng)的是整個(gè)中國(guó)的“齒輪”。

除了在科研上與時(shí)俱進(jìn)、精益求精，作為教師，李和言對(duì)自己也是高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。目前，他已指導(dǎo)和協(xié)助指導(dǎo)畢業(yè)研究生20余名，其中博士生5名。在教學(xué)效果上，每年學(xué)生給他打出的分?jǐn)?shù)都在95分以上。但對(duì)于“老師”這個(gè)稱(chēng)謂，李和言始終抱著敬畏之心。古人言，師者，傳道受業(yè)解惑也。在他看來(lái)，能真正稱(chēng)得上老師的人并不多。他還坦言：“教授好當(dāng)，研究員也好當(dāng)，最不好當(dāng)?shù)木褪抢蠋煛Ｎ覀兡軅鞯馈⑹跇I(yè)，但還沒(méi)有做到解惑?！?/p>

談到對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)，李和言也有著自己獨(dú)到的理念?！按髮W(xué)最吸引人的地方，就是給你提供了一個(gè)平臺(tái)讓你去試錯(cuò)，而且在這期間試錯(cuò)成本最低，可以隨時(shí)糾正方向?！薄懊總€(gè)學(xué)生都要敢于嘗試，勇于試錯(cuò)。除此之外，更要有自己的個(gè)性。只有這樣，才能對(duì)社會(huì)做出更大的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)?！倍倪@些作風(fēng)和理念，也深深影響著他的學(xué)生們。1