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以高??蒲袃?yōu)勢全力服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)———————記燕山大學(xué)河北省重型機(jī)械流體動力傳輸與控制實驗室科研團(tuán)隊


  在燕山大學(xué)的校園中,有這樣一個群體:他們置身于三尺講臺,以深厚的專業(yè)知識培養(yǎng)了一批又一批學(xué)術(shù)和技術(shù)精英;他們投身于科學(xué)研究,以孜孜以求的鉆研精神去開拓和探索科學(xué)規(guī)律;更為難能可貴的是,他們將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)融匯到服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)的宏偉事業(yè),他們?nèi)〉玫亩囗椏蒲谐晒粌H創(chuàng)造了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益,更打破了長期以來國外企業(yè)對某些核心技術(shù)的壟斷?!白灾鳌焙汀皠?chuàng)新”是這支科研團(tuán)隊的特色,他們的科研探索歷程則是對我國科研人員獨立自主開拓科研工作的最好詮釋。
  這個群體便是燕山大學(xué)重型機(jī)械流體動力傳輸與控制實驗室(以下簡稱實驗室)的全體教師,該群體由在國內(nèi)機(jī)電液一體化領(lǐng)域具有較大影響的一批專家、教授、博士、留學(xué)歸國人員等組成。在學(xué)科結(jié)構(gòu)方面,團(tuán)隊由單一的液壓傳動專業(yè)隊伍,逐步發(fā)展成以機(jī)電控制為特色的機(jī)電液一體化,包括機(jī)械、電子、液壓與氣動、控制理論、工程系統(tǒng)、軋制工藝及軋制過程自動化、故障診斷與智能信息處理等研究領(lǐng)域齊全的教學(xué)科研團(tuán)隊。
  實驗室根據(jù)當(dāng)前流體動力傳輸與控制的研究趨勢,緊緊圍繞國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要開展科學(xué)研究和技術(shù)服務(wù)。近年來,實驗室取得了一大批高水平的科研成果。截至2010年12月,重型機(jī)械流體動力傳輸與控制實驗室共承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項目14項,國家科技攻關(guān)項目5項,獲得國家級科技進(jìn)步獎2項,省部級科技進(jìn)步獎23項,授權(quán)專利40項。2008年至2010年三年間實到科研經(jīng)費達(dá)到3250萬元。強(qiáng)有力的核心凝聚精良團(tuán)隊雄厚的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)并非無源之水。實驗室今日的成就得益于團(tuán)隊成員不畏艱辛的奮斗精神,得益于團(tuán)隊內(nèi)部精誠合作的融洽氛圍,更得益于團(tuán)隊擁有一批優(yōu)秀的學(xué)術(shù)帶頭人。實驗室服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)的過程如同列車行進(jìn),而孔祥東、王益群等團(tuán)隊負(fù)責(zé)人就像動力十足的車頭,帶動列車高歌猛進(jìn),奔馳向前。
  學(xué)術(shù)帶頭人孔祥東教授洞察學(xué)科在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和潮流,在實驗室的建設(shè)和發(fā)展過程中起到了重要作用??紫闁|教授以重型機(jī)械電液伺服控制系統(tǒng)、流體力學(xué)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用為研究方向,近年來取得了多項研究成果,出版專著2部,發(fā)表論文140余篇,其中60余篇被SCI、EI、ISTP等收錄;主持國家級科研項目10余項、省部級科研項目及企業(yè)橫向課題40余項,獲省部級科技進(jìn)步獎3項、省部級其他獎勵9項,獲得專利3項;他目前擔(dān)任中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會副主任委員,浙江大學(xué)流體傳動及控制國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員,河北省機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會理事長,國家自然科學(xué)基金項目評審專家,教育部本科教學(xué)工作水平評估專家;他先后獲省部級跨世紀(jì)學(xué)術(shù)骨干、河北省教學(xué)名師獎、河北省青年五四獎?wù)绿崦⒅袊鴻C(jī)械工程學(xué)會先進(jìn)工作者、河北省三育人先進(jìn)個人、河北省師德標(biāo)兵等榮譽(yù)稱號;2008年,他領(lǐng)導(dǎo)的“機(jī)電液一體化教學(xué)團(tuán)隊”被評為國家級教學(xué)團(tuán)隊,負(fù)責(zé)的《液壓伺服與比例控制系統(tǒng)》課程被評為國家級精品課;他的多項研究成果直接服務(wù)于企業(yè),創(chuàng)造了巨大的社會效益。
  學(xué)術(shù)帶頭人王益群教授現(xiàn)任中國機(jī)械工程學(xué)會流體傳動與控制分會榮譽(yù)主任委員及多家學(xué)術(shù)雜志編委。他在當(dāng)代板帶軋機(jī)板厚和板形控制這兩大關(guān)鍵技術(shù)的研究中取得突破性進(jìn)展,主持完成了兩項獲得國家科技進(jìn)步二等獎的項目:在“IGC650HCW精密冷帶軋機(jī)成套設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)研究”中,自主開發(fā)了我國首臺軋制精度具有國際先進(jìn)水平的中寬帶精密冷軋設(shè)備,由此獲1999年度國家科技進(jìn)步二等獎;在“冷帶軋機(jī)高精度液壓厚度自動控制(液壓AGC)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目中,打破了國外大公司長期對我國高速冷軋液壓厚控這一核心技術(shù)市場的壟斷,勇攀單機(jī)架四輥軋機(jī)厚控精度世界領(lǐng)先水平,由此獲2009年度國家科技進(jìn)步二等獎。實實在在的科技成果轉(zhuǎn)化與推廣應(yīng)用創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益,王益群教授因此獲2010年度全國優(yōu)秀科技工作者稱號。此外,王益群教授還完成縱向和企業(yè)項目30余項(其中主持5項國家自然基金),獲得省部級科技一、二、三等獎共7項,全國科學(xué)大會獎1項,發(fā)表論文200余篇,其中SCI、EI、ISTP收錄102篇次。
  學(xué)術(shù)帶頭人趙靜一教授以工程機(jī)械電液控制及主動安全保障技術(shù)為研究方向,在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文多篇,先后主持和參加科研項目30余項,主持的千噸水壓機(jī)控制系統(tǒng)更新及可靠性研究和交流液壓系統(tǒng)的物理模擬與仿真研究及工程應(yīng)用項目獲河北省科技進(jìn)步二等獎兩項,工程機(jī)械液壓元件綜合實驗臺項目獲國家機(jī)械部科技進(jìn)步三等獎;2010年獲國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助出版專著《大型自行式液壓載重車》,曾被評為河北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家和河北省優(yōu)秀博士后等榮譽(yù)稱號。
  學(xué)術(shù)帶頭人高殿榮教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊以復(fù)雜流場及新型流體元件為研究方向,曾主持或參加國家自然科學(xué)基金、省部級以上科研項目及企業(yè)橫向課題20余項;獲省部級科技進(jìn)步獎3項;獲浙江大學(xué)流體傳動及控制國家重點實驗室陸增祺高科技獎勵基金二等獎1項。
  正是在這些優(yōu)秀帶頭人的引領(lǐng)下,實驗室形成了一支科研實力雄厚、知識年齡結(jié)構(gòu)合理、具有良好團(tuán)隊協(xié)作精神的科研團(tuán)隊。目前,實驗室固定人員27人,其中教授12人,博士生導(dǎo)師7人;正高職及副高職人員占實驗室總?cè)藬?shù)的67%;具有博士學(xué)位人員16名。團(tuán)隊中有河北省后備院士1名,全國優(yōu)秀科技工作者1名,國務(wù)院政府特殊津貼獲得者2名,國家級有突出貢獻(xiàn)的中青年專家1名,河北省優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才1名,河北省省管優(yōu)秀專家2名,河北省有突出貢獻(xiàn)的中青年專家1名,河北省教學(xué)名師2名。在實驗室的大研究方向下,孔祥東、王益群等學(xué)術(shù)帶頭人進(jìn)一步帶領(lǐng)課題組成員在各自的研究領(lǐng)域取得了一系列成績。
  引領(lǐng)我國自由鍛造設(shè)備的發(fā)展方向自由快鍛油壓機(jī)是重型機(jī)械電液伺服控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一,自由快鍛油壓機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工、造船、核電、汽車等領(lǐng)域,是衡量一個國家機(jī)械制造水平和能力的標(biāo)志之一,在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。以孔祥東教授為帶頭人的科研團(tuán)隊在該領(lǐng)域成績斐然。
  孔祥東項目組研制的自由快鍛油壓機(jī)成功實現(xiàn)了自由快鍛油壓機(jī)快速性和穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)控制,解決了液壓系統(tǒng)沖擊振動問題,實現(xiàn)了柔性控制、節(jié)能控制,快鍛頻率和鍛造精度達(dá)到了國際水平。
  由于與社會需求緊密結(jié)合,油壓機(jī)成果目前獲得了巨大的社會效益。應(yīng)用于廣東金型重工有限公司的22MN自由快鍛油壓機(jī),2008年調(diào)試成功,該產(chǎn)品在快速性、減小沖擊振動、節(jié)能、控制精度等方面實現(xiàn)了一系列科技創(chuàng)新。22MN自由快鍛油壓機(jī)填補(bǔ)了華南地區(qū)大、中型自由鍛件生產(chǎn)的空白。各類大中型自由鍛件年生產(chǎn)能力達(dá)2.5萬噸,年產(chǎn)值近2億元,累計產(chǎn)值近5億元,新增利潤0.8億元、稅收2000萬。
  應(yīng)用于無錫鍛造廠的50MN自由鍛造水壓機(jī),于2005年8月啟動,2007年底投入生產(chǎn),目前生產(chǎn)狀況良好。無錫鍛造廠各類大中型自由鍛件年生產(chǎn)能力達(dá)1.4萬噸,年產(chǎn)值1億元,累計產(chǎn)值近3億元,新增利潤0.4億元、稅收1200萬元。
  應(yīng)用于天津新港船廠的10MN單臂油壓機(jī),2008年投入生產(chǎn),目前生產(chǎn)狀況良好。年產(chǎn)值0.3億元,累計產(chǎn)值近1億元,新增利潤0.1億元、稅收400萬元。
  上述項目的完成不僅為企業(yè)帶來了極為可觀的經(jīng)濟(jì)效益,同時為快鍛油壓機(jī)、大型水壓機(jī)、單臂油壓機(jī)的工程研發(fā)奠定了良好的實踐基礎(chǔ)。
  攻占高精度板厚控制技術(shù)領(lǐng)域制高點板帶產(chǎn)品在鋼鐵生產(chǎn)中的比重稱作板帶比,是一個國家鋼鐵生產(chǎn)水平的重要標(biāo)志。我國的板帶比約為50%,和鋼鐵強(qiáng)國相比尚有不小差距;而板帶厚差是板帶生產(chǎn)的主要質(zhì)量指標(biāo),對后續(xù)加工質(zhì)量和模具消耗影響很大,高精度板厚控制是邁向鋼鐵強(qiáng)國必須突破的關(guān)鍵技術(shù),冷軋液壓AGC則是該領(lǐng)域技術(shù)的制高點。王益群教授團(tuán)隊經(jīng)過多年的理論探索和實驗研究,在當(dāng)代板帶軋機(jī)的板厚和板形控制兩大關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。1992年,把板厚控制研究成果(液壓AGC)用于哈爾濱鍍銅帶鋼廠400HC軋機(jī)改造,使我國第一次用國產(chǎn)技術(shù)、國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)精密帶鋼。他們在IGC650HCW精密冷帶軋機(jī)成套設(shè)備研制及關(guān)鍵技術(shù)研究項目中,在國內(nèi)外首次成功地實現(xiàn)了內(nèi)輥縫控制(IGC)和工作輥軸向移動(HCW)的結(jié)合,創(chuàng)造出中寬帶最佳冷軋機(jī)機(jī)型、自主開發(fā)出精密冷軋設(shè)備。應(yīng)用該套設(shè)備建成的西南精密帶鋼廠發(fā)展成當(dāng)時攀(枝花)西(昌)地區(qū)十大重點企業(yè)之一,部級鑒定該成果“具有獨創(chuàng)性,其控制精度和運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到國外同類技術(shù)先進(jìn)水平”,此成果獲1999年度國家科技進(jìn)步二等獎。
  2003年以來,王益群教授團(tuán)隊專心致力于冷帶軋機(jī)核心控制技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。2006年先后為河南鴿瑞復(fù)合材料公司研制了四條650精密冷帶軋機(jī)液壓AGC系統(tǒng),負(fù)責(zé)四條生產(chǎn)線產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量合同考核指標(biāo)的完成。省部級鑒定:該系統(tǒng)厚度控制精度和穩(wěn)定運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這項技術(shù)使該企業(yè)在抗拒金融風(fēng)暴中得以快速擴(kuò)張。
  冷帶軋機(jī)液壓AGC技術(shù)的制高點是在高速寬帶冷連軋機(jī)系統(tǒng)上。2004年在對張家港攀華集團(tuán)1450五連軋機(jī)的電氣液壓全面升級改造中,王益群教授團(tuán)隊承擔(dān)其核心技術(shù)—液壓AGC研發(fā)的任務(wù),負(fù)責(zé)整條生產(chǎn)線軋制精度和速度、頭尾超差段長度及綜合產(chǎn)能合同考核指標(biāo)的完成。2006年初通過生產(chǎn)驗收后的省級鑒定為:該項目結(jié)束了我國沒有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速寬帶冷連軋過程自動化核心技術(shù)的歷史,綜合技術(shù)和運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平。投產(chǎn)后,累計生產(chǎn)冷帶100多萬噸,并且60%以上產(chǎn)品出口到20多個國家(包括歐、美)。2009年該公司逆勢擴(kuò)張,自主投資在重慶再建一個新攀華五機(jī)架全連續(xù)(無頭軋制)冷軋生產(chǎn)基地,該生產(chǎn)線的高精度液壓AGC仍由王益群教授團(tuán)隊承擔(dān),目前已投入試生產(chǎn)。
  近些年來,王益群教授團(tuán)隊在單機(jī)架冷軋、冷連軋和花錢買不來的高精度虛擬連軋機(jī)系統(tǒng),即“冷帶軋機(jī)高精度液壓AGC關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目上的成功,標(biāo)志著我國在軋機(jī)厚控技術(shù)方面上了一個新臺階,因此獲得2009年國家科技進(jìn)步二等獎。在科技開發(fā)與轉(zhuǎn)化中,該團(tuán)隊和攀華集團(tuán)、河南鴿瑞、寶鋼、唐鋼、承鋼、邯鄲卓立等眾多企業(yè)合作,解決了大量工程難題。
  大幅提高工程操作智能化和主動安全保障性能工程實施過程中,安全總是第一位的。實驗室利用工程機(jī)械電液控制及主動安全保障技術(shù)的研究應(yīng)用在智能控制的安全防護(hù)領(lǐng)域,在提高安全生產(chǎn)的人身保障系統(tǒng)的開發(fā)方面也取得了顯著的成績。
  2004年,趙靜一教授帶領(lǐng)的課題組結(jié)合國家重大項目,與企業(yè)合作開發(fā)了國內(nèi)首臺900t運(yùn)梁車,該車主要用來運(yùn)輸大噸位混凝土預(yù)制箱梁。同時,運(yùn)梁車也可以托運(yùn)架橋機(jī),實現(xiàn)施工工地間的短途運(yùn)輸,還可以托運(yùn)架橋機(jī)穿越雙線隧道。此車是國內(nèi)最早的鐵路客運(yùn)專線橋梁鋪架設(shè)備,各項指標(biāo)均已達(dá)到同類產(chǎn)品的國際水準(zhǔn),每臺車造價要比國外同類產(chǎn)品少四分之一。
  2010年,趙靜一課題組再次與企業(yè)合作,研制開發(fā)了全國第一臺WC80Y型分體式巷道運(yùn)輸車。該車采用液壓驅(qū)動、液壓懸掛、液壓轉(zhuǎn)向技術(shù),所有操作均采用電液比例控制,從而使整車靈活、平穩(wěn)、無滑移行駛,且可在窄小、高度有限場地執(zhí)行工作任務(wù)。據(jù)不完全統(tǒng)計,WC80Y型分體運(yùn)輸車每年可以為中國神華集團(tuán)神東煤礦節(jié)省資金1億元以上。
  以解決基礎(chǔ)問題為己任創(chuàng)新基礎(chǔ)研究“百層之臺,起于壘土?!蹦壳?,我國流體動力傳輸及控制的基礎(chǔ)問題研究與國外尚有很大差距,團(tuán)隊高殿榮教授及其課題組成員針對這一現(xiàn)狀開展研究工作,并致力于解決工程實踐中遇到的一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題。
  目前,運(yùn)用計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)對各種復(fù)雜流場進(jìn)行計算和分析是國內(nèi)外研究的熱點問題,高殿榮團(tuán)隊成員從上世紀(jì)90年代中期就開始從事液壓技術(shù)中復(fù)雜流道流場的數(shù)值計算問題的研究。通過對液壓元件流場可視化及能量損失機(jī)理研究以及流體控制元件內(nèi)流場的自適應(yīng)有限元分析,為液壓閥內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù);通過對層流攪拌槽內(nèi)三維混沌混合機(jī)理及其應(yīng)用研究,提出了提高高粘度流體混合效率的方法和措施;針對現(xiàn)有的人工血泵存在的溶血和血栓問題,提出了體外驅(qū)動全磁浮錐形螺旋葉輪血泵的構(gòu)思,項目得到國家自然科學(xué)基金的資助并結(jié)題;針對傳統(tǒng)的液壓泵和電機(jī)采用聯(lián)軸器的方式相連接存在的占用空間大、同心度要求高、有額外的能量耗損等問題,提出了液壓泵和電動機(jī)高度融合的“數(shù)字控制交流伺服變速變量液壓電機(jī)泵”的設(shè)想,項目得到國家自然科學(xué)基金的資助,原理樣機(jī)實驗證明了該設(shè)想的新穎性和正確性,為工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該研究方向已發(fā)表相關(guān)研究論文50多篇,有16篇被SCI和EI、ISTP收錄;獲批國家發(fā)明和實用新型專利6項。
  如今,燕山大學(xué)重型機(jī)械流體動力傳輸與控制實驗室科研團(tuán)隊正以傳統(tǒng)的重型機(jī)械流體動力傳輸與控制技術(shù)為特色,致力于解決經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展中的重大、關(guān)鍵、迫切的科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)問題。團(tuán)隊通過在流體傳動及控制領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)理論及技術(shù)的研究,力爭為我國在流體傳動及控制領(lǐng)域整體達(dá)到世界先進(jìn)水平提供前瞻性的理論基礎(chǔ)和技術(shù)儲備,為我國國民經(jīng)濟(jì)做出更大的貢獻(xiàn)!