液壓傳動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新

1月10日上午，從北京傳來喜訊，武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院陳奎生教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在今年的國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。這是武漢科技大學(xué)7年來第15次獲得國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)。

團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目為“冶金高頻液壓控制伺服元件關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”。該技術(shù)將油滴的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，液壓式千斤頂就是典型。30多年來，該團(tuán)隊(duì)致力于液壓傳動(dòng)與控制領(lǐng)域的研究，取得了重大突破。

從零做起 揚(yáng)起創(chuàng)新風(fēng)帆

相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用。如今，流體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

我國(guó)在液壓傳動(dòng)領(lǐng)域起步晚、發(fā)展慢，人員和設(shè)備嚴(yán)重缺失。改革開放后，隨著國(guó)家鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)備已不能滿足產(chǎn)能和精度需求，國(guó)外進(jìn)口也一直處于被動(dòng)地位，自主創(chuàng)新成為時(shí)代主題。

上世紀(jì)70年代，武鋼從德國(guó)引進(jìn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的一米七軋機(jī)，以解決鋼鐵企業(yè)落后局面，但是，該技術(shù)引進(jìn)后，不僅后續(xù)檢測(cè)維修費(fèi)用高，并且還必須送到國(guó)外進(jìn)行檢測(cè)，送檢周期長(zhǎng)。

上世紀(jì)80年代，武漢科技大學(xué)(原武漢鋼鐵學(xué)院)在激烈競(jìng)爭(zhēng)中，成功獲準(zhǔn)為武鋼進(jìn)口軋機(jī)設(shè)備開展檢測(cè)維修服務(wù)，并因此建了該校首個(gè)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)。團(tuán)隊(duì)的研究不同于千斤頂、吊車臂上使用的普通液壓系統(tǒng)，他們要使設(shè)備達(dá)到高性能、高精度等高科技要求，難度和壓力不言而喻。

當(dāng)時(shí)，武漢科技大學(xué)在液壓傳動(dòng)領(lǐng)域還是一窮二白，師資力量不足，更沒有可供借鑒的檢測(cè)設(shè)備，全國(guó)都面臨技術(shù)、人才、設(shè)備短缺。湛從昌教授是陳奎生的老師，也是我國(guó)*早開始此項(xiàng)研究的學(xué)者之一，他回憶：“當(dāng)時(shí)找一臺(tái)油泵都很困難，有錢也難買到，后來是在韶鋼的倉(cāng)庫(kù)中好不容易找到一臺(tái)。”

在此背景下，項(xiàng)目組勇挑重?fù)?dān)，攻堅(jiān)克難，開始了我國(guó)高水平液壓元件測(cè)試技術(shù)研究與實(shí)踐。團(tuán)隊(duì)從零做起，1995年獲原冶金部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，并逐步將原始的試驗(yàn)臺(tái)發(fā)展成該校特色學(xué)科實(shí)驗(yàn)室。

上世紀(jì)90年代初，攀鋼與該校合作建立液壓原件檢測(cè)中心，成為我國(guó)西南地區(qū)*大的檢測(cè)基地。

團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印，先后研制出1500噸、3600噸、5000噸、10000噸動(dòng)態(tài)負(fù)載下的大型伺服缸性能檢測(cè)技術(shù)，每一步他們都刷新著記錄。現(xiàn)在，該技術(shù)已經(jīng)為武鋼、攀鋼等企業(yè)建立了7個(gè)液壓試驗(yàn)中心。在全國(guó)8套同類型檢測(cè)設(shè)備中，團(tuán)隊(duì)自主研制設(shè)備的占6套，打破了產(chǎn)品長(zhǎng)期送國(guó)外檢驗(yàn)的困局。

三項(xiàng)技術(shù) 打破國(guó)外壟斷

據(jù)陳奎生介紹，該項(xiàng)目有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：自補(bǔ)償變間隙密封的大型伺服缸、抗污染電液伺服閥、萬噸級(jí)伺服缸檢測(cè)。其關(guān)鍵技術(shù)在市場(chǎng)中得以運(yùn)用，不僅打破了國(guó)外的壟斷，也促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。

上世紀(jì)70年代初，該校為武鋼一米七軋機(jī)建試驗(yàn)臺(tái)，團(tuán)隊(duì)開始接觸大型伺服液壓缸性能高精度檢測(cè)。

伺服液壓缸是液壓傳動(dòng)中實(shí)現(xiàn)油液壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的核心部件，大型伺服缸性能的高精度檢測(cè)則是一個(gè)行業(yè)性難題。伺服缸帶載工作過程中活塞與缸筒間的動(dòng)態(tài)摩擦力看不見摸不著，怎么準(zhǔn)確測(cè)量？

面對(duì)難題，團(tuán)隊(duì)巧妙地把內(nèi)部帶載動(dòng)摩擦力轉(zhuǎn)換成外部閉式加載機(jī)架形變，再來進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)帶載動(dòng)摩擦力連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2007年，團(tuán)隊(duì)研究的大型伺服缸在企業(yè)試用并獲得成功。

傳統(tǒng)的密封圈式伺服缸，其摩擦特性嚴(yán)重影響高速和低速兩個(gè)區(qū)段的性能，自液壓技術(shù)發(fā)明以來，這種結(jié)構(gòu)從未改變。提高密封性和降低摩擦力是一對(duì)矛盾，也是擺在團(tuán)隊(duì)面前的一道難題。

團(tuán)隊(duì)反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)明了自補(bǔ)償變間隙密封技術(shù)及活塞桿減壓油膜支撐技術(shù)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。它解決了摩擦與泄漏的矛盾，使缸體內(nèi)部動(dòng)、靜摩擦之差大大減小，壽命可達(dá)往復(fù)運(yùn)動(dòng)2億次，頻度提高3～4倍。

在液壓控制中，伺服閥是必不可少的元件，它能接受控制信號(hào)，輸出調(diào)制的流量和壓力，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域。伺服閥的閥芯閥套間隙約為頭發(fā)絲直徑的1/20，油中的雜質(zhì)很容易堵塞孔道，造成設(shè)備故障。每年鋼鐵企業(yè)由于相關(guān)故障處理與維護(hù)，造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。

針對(duì)鋼鐵及軍工對(duì)高速、大慣量控制及抗污染的迫切要求，團(tuán)隊(duì)發(fā)明的U型串級(jí)節(jié)流抗污染技術(shù)和動(dòng)壓——力反饋全系統(tǒng)鎮(zhèn)定技術(shù)，提高了伺服閥動(dòng)態(tài)特性及可靠性，降低了設(shè)備維修送檢的頻率和費(fèi)用。

艱苦卓絕 30年風(fēng)雨兼程

團(tuán)隊(duì)歷時(shí)30年，*終結(jié)出碩果。目前為止，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在液壓控制領(lǐng)域獲得11項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和2項(xiàng)測(cè)控軟件著作權(quán)，承擔(dān)了伺服液壓缸試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，近3年創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益1.5億元。

獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，是對(duì)陳奎生教授團(tuán)隊(duì)數(shù)十年來默默付出的肯定。

團(tuán)隊(duì)成員陳新元說：“湛從昌教授這么大歲數(shù)，每天堅(jiān)持坐班領(lǐng)導(dǎo)我們搞科研，出勤率比我們還高！”湛從昌教授隨身都帶著一個(gè)小本子，有什么突現(xiàn)的靈感就會(huì)隨時(shí)記錄下來。

76歲的湛從昌教授總結(jié)團(tuán)隊(duì)的成功經(jīng)驗(yàn)：堅(jiān)持在黨和國(guó)家倡導(dǎo)的“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略”指導(dǎo)下開展工作，創(chuàng)新給了科研工作者動(dòng)力，它不僅使師生的科研綜合水平不斷提高，也使他們能做出更多的科研成果。

在同行眼中，這個(gè)團(tuán)隊(duì)特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗。團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常與液壓油打交道，他們手上、臉上、身上常常沾滿油污。“一般皮鞋穿個(gè)兩三年不成問題，我們做實(shí)驗(yàn)的話幾周鞋就壞了，因?yàn)橛臀凼蛊ば孳浕蛎洠荒痛┦强隙ǖ摹！标愋略{(diào)侃道。

團(tuán)隊(duì)成員曾良才教授在攀鋼進(jìn)行設(shè)備調(diào)試時(shí)，突發(fā)闌尾炎，疼得滿頭大汗。當(dāng)?shù)蒯t(yī)療條件有限，沒有護(hù)士，沒有專業(yè)醫(yī)生。做完手術(shù)，他自己從下手術(shù)臺(tái)下來走到病房，麻藥勁退去，他疼得渾身冒虛汗。

作為負(fù)責(zé)人，陳奎生教授始終堅(jiān)自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。有一次，對(duì)新研制的伺服閥測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，液壓油噴了他一身，滑稽的樣子逗得大伙笑岔了氣，他卻不以為然地?cái)倲傠p手說：“又揩實(shí)驗(yàn)室油了……”

團(tuán)隊(duì)有8名老師，其中4名博士生導(dǎo)師，還有30余名研究生。團(tuán)隊(duì)中，既有陳奎生的老師，也有他的學(xué)生。團(tuán)隊(duì)就如一條在科學(xué)的海洋中航行的大船，所有水手都在奮力劃漿，朝著更高更遠(yuǎn)的目標(biāo)追逐。