《可同步限矩型液力耦合器》（征求意见稿）编制说明

一、工作简况

1.任务来源

根据工业和信息化部办公厅“关于印发2020年第二批行业标准制修订和外文版项目计划的通

知（工信厅科函〔2020〕181号）”的要求，由全国连续搬运机械标准化技术委员会（以下简称“连

续搬运机械标委会”）归口，湖南中特液力传动机械有限公司和北京起重运输机械设计研究院有限

公司负责制定行业标准《可同步力矩型液力耦合器》(申报号2020-0897T-JB)。计划完成时间为2022

年。

2.主要工作过程

1）起草阶段

接到该标准制定任务后，由湖南中特液力传动机械有限公司、北京起重运输机械设计研究院有

限公司、东北大学组成了标准起草工作组。为保证标准内容的适用性、可靠性及先进性，标准起草

工作组对可同步力矩型液力耦合器的发展状况进行了全面仔细地分析，并对使用性能的相关内容进

行了试验验证。2020年11月25日湖南中特液力传动机械有限公司、衡阳运输机械有限公司、东北

大学等单位对该标准的草案稿进行了讨论，确定了编写方案，收集整理了相关标准与文献，如：

VDI2153-1994HydrodynamicpowertransmissionDefinitions-DesignsModeofAction；

刘应诚主编的液力偶合器实用手册应用节能、设计制造、使用维护（化学工业出版社）；

水介质自动闭锁式无滑差液力偶合器（煤矿机电）；

闭锁型液力偶合器.传动技术（1995年02期:18-22）；

闭锁式液力偶合器的技术性能（起重运输机械.1985年12期:56-57）；

自动闭锁液力偶合器的结构、原理和性能试验（起重运输机械.1988年08期:8-13）等。

同时对标准项目的名称《可同步力矩型液力耦合器》的名称进行了认真的研究讨论，2019年4

月3日连续搬运机械标委会秘书处对标准计划申报时名称为《可同步限矩型液力耦合器》，2020年

7月22日计划下发时名称变为《可同步力矩型液力耦合器》，液力耦合器的基本型式分为普通型、

限矩型和调速型，限矩型和调速型都包含力矩型的分类型式，起草工作组认为，标准名称改为《可

同步限矩型液力耦合器》更为准确。2020年12月9日，标准起草工作组完成了标准初稿的编写，

并提交连续搬运机械标委会秘书处审核。经过多次讨论修改，2021年4月28日标委会秘书处完成

标准初稿的审核，并形成最终的标准初稿。2021年5月18日在湖南益阳召开了初稿讨论会，会后

根据专家意见进行了修改完善，完成标准征求意见稿和编制说明并报至连续搬运机械标委会秘书

处。

二、标准编制原则和主要内容

1.标准编制原则

——本标准在制定过程中遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断

完善”的原则，标准制定与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进；

——本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标

1

准化文件的结构和起草规则》进行编写，坚持与现行有效标准协调一致；

——本标准的制定旨在规范国内市场秩序，促进规格型号统一、缩短产品设计周期，便于加强

管理，保护企业和消费者的合法权益，提升产品在国内外市场的竞争能力，加快与国际尤其是“一

带一路”沿线国家接轨的步伐，使标准更加先进科学。在技术内容方面综合考虑了生产企业的技术

能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和技术上的合

理性；

——在内容表达科学、准确的同时，力求语言简练，通俗易懂。

2.标准的主要内容

2.1主要内容

本标准规定了可同步限矩型液力耦合器的结构型式、基本参数、通用技术要求及试验、包装等

要求。

本标准适用于以矿物油、含水难燃液、清水为工作介质的液力耦合器。

2.2工作原理

2.2.1总则

可同步限矩型液力耦合器：可自适应地在启动、停机过程中实现“耦合”，在稳定运行工况下

实现无滑差“同步”，属于GB/T5837中规定的液力耦合器的派生型式。按照离合器的设置型式可

分为外置离心飞块式摩擦离合器、内置离心滑块式摩擦离合器、活块式涡轮离合器3种型式。

2.2.2外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器

工作原理简介：外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器由摩擦离合器与动压泄液式限矩

型液力耦合器组成。摩擦离合器置于耦合器外部，通过输出轴与涡轮相连接。起动时随着涡轮转速

逐渐提高，摩擦离合器的离心飞块克服弹簧阻力与摩擦片相接触，由此产生的摩擦力矩随涡轮转速

的平方（呈抛物线）递增，当涡轮转速达到一定值（接近额定转速）时摩擦力矩大于额定力矩而使

离合器摩擦副完全闭锁，使液力耦合器进入同步工况，耦合器工作介质停止循环流动退出耦合工况，

实现1：1传动。由于摩擦离合器外置，不与耦合器工作介质相接触，不用考虑摩擦副对工作介质

的污染问题，故摩擦副的选材较为广泛。

2.2.3内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器

工作原理简介：内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器的离心块通过开有径向槽的反作

用盘与涡轮相连接。起动时，随着涡轮转速逐渐提高，离心块在离心力作用下沿反作用盘径向槽移

动，克服弹簧阻力与摩擦片相接触并产生摩擦力矩，此摩擦力矩随涡轮转速的平方（呈抛物线）递

增，当涡轮达到一定转速（接近额定转速）时摩擦副完全闭锁，使液力耦合器进入同步工况，此时

耦合器工作介质停止循环流动退出耦合工况。由于摩擦离合器置于耦合器内部，故结构较为紧凑，

同时因摩擦副的磨损对工作介质有一定污染，故需注意摩擦副材料选择。

2.2.4活块式涡轮离合器可同步液力耦合器

该款可同步液力耦合器的涡轮被剖分制作成若干（≧3）活块，每活块外缘镶有摩擦副材料，

2

活块与输出轴活络连接可作径向移动，在液力耦合器运行中，这些活块既充当摩擦离合器的离心重

块，同时又是涡轮的一部分。在起动过程中，涡轮转速逐渐提高，涡轮活块在旋转离心力和循环液

流的液推力双重作用下作径向移动遂与外壳镶有摩擦副材料的内壁接触产生摩擦力矩，当涡轮达到

一定转速时摩擦副完全闭锁，耦合器进入同步工况，工作介质停止循环流动退出耦合工况。此结构

可同步液力耦合器将涡轮与离合器离心块合二为一，设计简单新颖，结构十分紧凑，轴向尺寸短，

与正常液力耦合器无异;同时由于摩擦离合器在起动过程中受离心力和液推力双重作用，使耦合器

负载拖动能力提升，可按大一规格型号使用。由于该款可同步液力耦合器的摩擦副也置于液偶内部

与工作介质相接触，其磨损对工作介质有污染，故摩擦副的选材也十分讲究。

2.3输出特性分析

采用离心式摩擦离合器的可同步液力耦合器在同步工况时，其工作介质停止循环流动无耦合作

用，故可输出力矩MT1可依据重块质量、质心半径与角速度、摩擦副摩擦系数计算，为有限值；当

耦合器处于非同步工况时，其输出力矩MT0为液力耦合器输出力矩MT与摩擦副摩擦力矩Mf之和，

为复合力矩。

（1）外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器复合输出特性曲线见图1。

图1外置离心飞块式摩擦离合器输出特性曲线

（2）内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器复合输出特性曲线见图2。

图2内置离心滑块式摩擦离合器输出特性曲线

（3）活块式涡轮离合器可同步液力耦合器中，对活块的作用机理很复杂，难以用简单的数学

公式进行描述，只能通过试验数据分析对其作进一步了解。，经分析可将相关情况归纳于表1。

表1

序号充液率输入转速加载扭矩/Nm起动时间/S同步工况点备注

155%100016551i=0.74

3

265%100026537i=0.73

闭锁型液力耦合器的优点：

(1)在额定工况下运行，转速比1，液力耦合器本身没有转差率损失，效率近似等于100%，节

能。

(2)改变耦合器的充液量，能在输入转速不变的情况下，调节启动加速时间和传递力矩。

(3)在启动段由液力耦合器发挥作用，启动性能好。

(4)在超载时，摩擦离合器打滑，起到安全保护作用；当进一步超载时，摩擦离合器脱开，液

力耦合器发挥作用，可有效保护过载。

(5)摩擦离合器滑摩功率损失较小，在闭锁过程中温升小、磨损小、寿命较长。

缺点：液力耦合器结构比较复杂，成本相对提高。

2.4解决的主要问题

本标准是在带式输送机传动装置为应用背景，也可以在其他需要软起动设备上应用。液力耦合

器，特别是限矩型液力耦合器，以其对机械设备实现软起动、改善异步电机起动特性，提高电机起

动能力、吸收减缓传动系统传动冲击和扭振、在设备强过载时能对传动系统实施可靠限矩保护以及

在多动力并机驱动中能自动均衡各动力机负荷分配等其他传动方式难以取代的特性被得到广泛使

用。然而，由于液力耦合器属于有滑差传动元件，因此在额定工况运行时存在一定（约3%~6%）的

功率损耗，这些功耗将全部转换为热能使液力耦合器工作温度上升，从而提高液力耦合器在设备超

载时喷液的概率，导致液力耦合器密封件老化影响液力耦合器使用寿命;同时液力耦合器喷液会对

现场造成一定污染,这对于像粮食机械、生物制药等行业是绝对不可容忍的!更为重要的是，应用极

为广泛的液力耦合器其总的能耗是极其巨大的！如果能将此能耗减除，不仅经济意义十分明显，而

且在节能减排保护环境方面的意义更是极为显著！

减少液力耦合器的能耗，提高其传动效率的最佳途径是使其在额定运行工况时做到主、从动端

无滑差（即nT=nB）传动，即主、从动端同步传动。为此，国内外一些厂家研发出了众多可同步液

力耦合器产品，其中不仅在结构上有较大差异，在工作原理上也不尽相同：在同步控制方面，有液

压控制（多见于调速型液力耦合器）、也有利用重块离心力作用实现同步的，还有利用液流液推力、

利用液推力加离心力复合作用实现同步的等等，这对于相关标准的制定提出难题。为此，有必要将

常见可同步液力耦合器，特别是定充型可同步液力耦合器做个了解。

可同步型液力耦合器在德国、美国已经有多年的研究，国内大连液力机械厂、上海起重运输机

械厂于上世纪90年代已经开发出该类产品，在JB/T8848中也给出了该类产品的分类。

(1)关于本标准的名称

同步型液力耦合器的早期的名称为闭锁型液力耦合器lockinghydrauliccoupling，GB/T

5837-2008将其列为“派生类型”，并采用“K”表示其代号。

(2)关于标准中的术语GB/T3858-2014

按现代汉语词典

4

“偶合”：无意中恰巧相合。

“耦合”：物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至

联合起来的现象。

(3)关于产品开发和试验验证见后。

三、主要试验（或验证）情况

湖南中特液力传动机械有限公司开发的可同步力矩型液力耦合器，于2019年3月20日在公司

检测中心液力耦合器实验台上完成了YOK400的性能试验，现将试验情况报告如下：

1.试验目的、内容及要求

1.1测定YOK400同步力矩型液力耦合器的起动运行特性曲线；

1.2验证该耦合器主要性能指示是否达到设计要求，并给予适当评价。

2.试验条件

2.1根据液力传动相似原理，采用电动机降速至1000r/min实验方法；

2.2本次试验采用20号汽轮机油为工作介质，工作温度为70℃±5℃；

2.3试验用仪表精度见表2：

表2

测量参数精度

力矩0.2级

转速0.2级

温度0.5级

3试验台设备及仪表

试验台结构的示意图如图3所示：

标引序号说明：

1——拖动电动机为三相异步电动机（型号：Y315S-4；功率：110KW；转速：1480r/min）；

2——JM338型网络化智能数字式转矩转速传感器（型号：2000A；转矩量程：2000N•m；转速量程：2500r/min）；

3——安装支架；

4—被检测元件（液力耦合器）；

5——加载电机为变频调速三相异步电动机（型号：YSP315L2-4；功率：200KW；转速：1480r/min）；

6——制动器；

7——检测控制操纵室。

5

图3试验台结构示意图

4.试验数据记录

表3

主加载加载

加载

时间机加载电主机主机电机主机电机速度转矩

电机

（S)功机功率转矩速度机速电流机电给定给定

转矩

率度流

00008703082013

0500745790078013

1000418990078100013

15102198159461898091100013

20291428324999954093102100013

252522239216100198485101100013

3025222382131000100084101100013

3525222342111001100184101100013

4025232382131001100184102100013

45403638736510011001118124100023

504035403377998928118125100023

554035398372998927118124100023

604237393369998927117125100023

654337385360998927118124100023

703531350326999943107117100020

753733349325999945107117100020

803732334312999943106116100020

853430298277999956100112100018

903430326301100095599112100018

9531283062831000956101112100018

1003430298277999955100112100018

1053228295271100096195109100017

1103128301275100096098109100017

1153027291266100096294107100016

1203027290267100096494107100016

1253027293266100096494107100016

1303027294266100096394107100016

1353027292268100096494108100016

1403026290265100096494107100016

145302729226899996394107100016

1503026293266100096395108100016

15542383943731000957117124100023

1604237400377998926118125100023

1654539424398998914125130100025

1704640427408998913125131100027

1754941450430997902133135100027

1805244498474996883145144100030

6

1855344510484996883144145100030

1906051575555996878160159100035

1956149579556995843165161100035

2006049579555995839165160100035

2056855648624995839182177100040

2106850655633993752186177100040

2156849656633994746186177100040

2206849659634993745186177100040

2256949659634993744186177100040

2307444705688993617199194100045

2356927669655993397191194100045

24059556955399588162172100045

24558555154399590158168100045

25020262995128621100045

2552116810051004551100045

2602116810041004551100045

2652116810041004551100045

2702116810041004551100045

2752116810041004551100045

5.运行曲线

图4实时运行曲线

6.结论

YOK400可同步力矩型液力耦合器在启动运行2分26秒后，输入转速、功率、转矩与输出转速、

功率、转矩同步，达到设计要求。

7

参加试验人员：吴立平、孙军红、唐国和、臧剑光、张宇。

7.YOKD动压泄液限矩型液力耦合器原始特性曲线图

(a)

(b)

(c)

8

(d)

图5YOKD动压泄液限矩型液力偶合器原始特性曲线图

四、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利问题。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

随着国内经济高速增长，及经济全球化持续深入发展，国家“一带一路”战略的实施推进，为

我国企业提高在全球范围内的资源配置能力，抢占市场，拓展外部发展空间提供了新机遇。钢铁冶

金、矿山、电力、起重运输、工程建筑、造船、石油、化工、轻工、建材等行业对风机、水泵、带

式输送机、球磨机、破碎机、离心机、游艺机、起重机、提升机等的需求量不断增长。液力偶合器

具有：保护电机，提高电机起动能力，防止动力过载，减少对电网的冲击，隔离扭振，在多机驱动

系统中，能均衡各电机的负载；基于这些优点，液力偶合器在上述行业设备上得到广泛应用，需求

量逐年递增。

限矩型液力偶合器的泵轮和涡轮之间有3%~4%的滑差，传递效率不是百分之百，存在3%~4%

的功率损耗。可同步限矩型液力偶合器有延时起动，负荷过载保护功能，保留了限矩型液力偶合器

的一切优点，在额定工况下，处于无滑差，基本无功率损耗的工作状态，能降低能耗，提高产品性

能质量，可同步液力耦合器是值得大力推广的节能降耗、绿色环保的产品。以一台日工作16小时，

全年工作365天，传递功率为100kw，传递效率为96%的液力耦合器，若采用可同步型式，则年节

电量为23360kwh，折合标准煤8.41吨。液力耦合器实现同步运行，完全没有耗能升温从而避免喷

液，能大大延长其使用寿命，减少现场维保工作量。据保守估计，目前国内在线运行的限矩型液力

偶合器有几十万台以上，如果部分能被可同步限矩型液力偶合器替换，节能效果也是具大的，在国

家提倡节能减排，降低能耗的方针政策下，有具大的现实作用和深远影响。

可同步液力耦合器品种多样，结构差异大，运行机理不尽相同，故不应将产品结构、工作原理、

摩擦副选材等诸元素纳入标准予以规定，以免限制新品种、新产品的开发。可同步式液力耦合器，

首要的是须保