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以高校科研优势全力服务国民经济———————记燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室科研团队


  在燕山大学的校园中,有这样一个群体:他们置身于三尺讲台,以深厚的专业知识培养了一批又一批学术和技术精英;他们投身于科学研究,以孜孜以求的钻研精神去开拓和探索科学规律;更为难能可贵的是,他们将先进的科学技术融汇到服务国民经济的宏伟事业,他们取得的多项科研成果不仅创造了巨大的社会和经济效益,更打破了长期以来国外企业对某些核心技术的垄断。“自主”和“创新”是这支科研团队的特色,他们的科研探索历程则是对我国科研人员独立自主开拓科研工作的最好诠释。
  这个群体便是燕山大学重型机械流体动力传输与控制实验室(以下简称实验室)的全体教师,该群体由在国内机电液一体化领域具有较大影响的一批专家、教授、博士、留学归国人员等组成。在学科结构方面,团队由单一的液压传动专业队伍,逐步发展成以机电控制为特色的机电液一体化,包括机械、电子、液压与气动、控制理论、工程系统、轧制工艺及轧制过程自动化、故障诊断与智能信息处理等研究领域齐全的教学科研团队。
  实验室根据当前流体动力传输与控制的研究趋势,紧紧围绕国家经济发展的需要开展科学研究和技术服务。近年来,实验室取得了一大批高水平的科研成果。截至2010年12月,重型机械流体动力传输与控制实验室共承担国家自然科学基金项目14项,国家科技攻关项目5项,获得国家级科技进步奖2项,省部级科技进步奖23项,授权专利40项。2008年至2010年三年间实到科研经费达到3250万元。强有力的核心凝聚精良团队雄厚的学术基础并非无源之水。实验室今日的成就得益于团队成员不畏艰辛的奋斗精神,得益于团队内部精诚合作的融洽氛围,更得益于团队拥有一批优秀的学术带头人。实验室服务国民经济的过程如同列车行进,而孔祥东、王益群等团队负责人就像动力十足的车头,带动列车高歌猛进,奔驰向前。
  学术带头人孔祥东教授洞察学科在国内外的发展现状和潮流,在实验室的建设和发展过程中起到了重要作用。孔祥东教授以重型机械电液伺服控制系统、流体力学基础理论与应用为研究方向,近年来取得了多项研究成果,出版专著2部,发表论文140余篇,其中60余篇被SCI、EI、ISTP等收录;主持国家级科研项目10余项、省部级科研项目及企业横向课题40余项,获省部级科技进步奖3项、省部级其他奖励9项,获得专利3项;他目前担任中国机械工程学会流体传动与控制分会副主任委员,浙江大学流体传动及控制国家重点实验室学术委员会委员,河北省机械工程学会流体传动与控制分会理事长,国家自然科学基金项目评审专家,教育部本科教学工作水平评估专家;他先后获省部级跨世纪学术骨干、河北省教学名师奖、河北省青年五四奖章提名、中国机械工程学会先进工作者、河北省三育人先进个人、河北省师德标兵等荣誉称号;2008年,他领导的“机电液一体化教学团队”被评为国家级教学团队,负责的《液压伺服与比例控制系统》课程被评为国家级精品课;他的多项研究成果直接服务于企业,创造了巨大的社会效益。
  学术带头人王益群教授现任中国机械工程学会流体传动与控制分会荣誉主任委员及多家学术杂志编委。他在当代板带轧机板厚和板形控制这两大关键技术的研究中取得突破性进展,主持完成了两项获得国家科技进步二等奖的项目:在“IGC650HCW精密冷带轧机成套设备及关键技术研究”中,自主开发了我国首台轧制精度具有国际先进水平的中宽带精密冷轧设备,由此获1999年度国家科技进步二等奖;在“冷带轧机高精度液压厚度自动控制(液压AGC)系统关键技术及应用”项目中,打破了国外大公司长期对我国高速冷轧液压厚控这一核心技术市场的垄断,勇攀单机架四辊轧机厚控精度世界领先水平,由此获2009年度国家科技进步二等奖。实实在在的科技成果转化与推广应用创造了巨大的经济和社会效益,王益群教授因此获2010年度全国优秀科技工作者称号。此外,王益群教授还完成纵向和企业项目30余项(其中主持5项国家自然基金),获得省部级科技一、二、三等奖共7项,全国科学大会奖1项,发表论文200余篇,其中SCI、EI、ISTP收录102篇次。
  学术带头人赵静一教授以工程机械电液控制及主动安全保障技术为研究方向,在国内外期刊发表论文多篇,先后主持和参加科研项目30余项,主持的千吨水压机控制系统更新及可靠性研究和交流液压系统的物理模拟与仿真研究及工程应用项目获河北省科技进步二等奖两项,工程机械液压元件综合实验台项目获国家机械部科技进步三等奖;2010年获国家科学技术学术著作出版基金资助出版专著《大型自行式液压载重车》,曾被评为河北省有突出贡献中青年专家和河北省优秀博士后等荣誉称号。
  学术带头人高殿荣教授带领的科研团队以复杂流场及新型流体元件为研究方向,曾主持或参加国家自然科学基金、省部级以上科研项目及企业横向课题20余项;获省部级科技进步奖3项;获浙江大学流体传动及控制国家重点实验室陆增祺高科技奖励基金二等奖1项。
  正是在这些优秀带头人的引领下,实验室形成了一支科研实力雄厚、知识年龄结构合理、具有良好团队协作精神的科研团队。目前,实验室固定人员27人,其中教授12人,博士生导师7人;正高职及副高职人员占实验室总人数的67%;具有博士学位人员16名。团队中有河北省后备院士1名,全国优秀科技工作者1名,国务院政府特殊津贴获得者2名,国家级有突出贡献的中青年专家1名,河北省优秀专业技术人才1名,河北省省管优秀专家2名,河北省有突出贡献的中青年专家1名,河北省教学名师2名。在实验室的大研究方向下,孔祥东、王益群等学术带头人进一步带领课题组成员在各自的研究领域取得了一系列成绩。
  引领我国自由锻造设备的发展方向自由快锻油压机是重型机械电液伺服控制系统的典型应用之一,自由快锻油压机广泛应用于航空航天、军工、造船、核电、汽车等领域,是衡量一个国家机械制造水平和能力的标志之一,在国民经济中占有重要地位。以孔祥东教授为带头人的科研团队在该领域成绩斐然。
  孔祥东项目组研制的自由快锻油压机成功实现了自由快锻油压机快速性和稳定性的协调控制,解决了液压系统冲击振动问题,实现了柔性控制、节能控制,快锻频率和锻造精度达到了国际水平。
  由于与社会需求紧密结合,油压机成果目前获得了巨大的社会效益。应用于广东金型重工有限公司的22MN自由快锻油压机,2008年调试成功,该产品在快速性、减小冲击振动、节能、控制精度等方面实现了一系列科技创新。22MN自由快锻油压机填补了华南地区大、中型自由锻件生产的空白。各类大中型自由锻件年生产能力达2.5万吨,年产值近2亿元,累计产值近5亿元,新增利润0.8亿元、税收2000万。
  应用于无锡锻造厂的50MN自由锻造水压机,于2005年8月启动,2007年底投入生产,目前生产状况良好。无锡锻造厂各类大中型自由锻件年生产能力达1.4万吨,年产值1亿元,累计产值近3亿元,新增利润0.4亿元、税收1200万元。
  应用于天津新港船厂的10MN单臂油压机,2008年投入生产,目前生产状况良好。年产值0.3亿元,累计产值近1亿元,新增利润0.1亿元、税收400万元。
  上述项目的完成不仅为企业带来了极为可观的经济效益,同时为快锻油压机、大型水压机、单臂油压机的工程研发奠定了良好的实践基础。
  攻占高精度板厚控制技术领域制高点板带产品在钢铁生产中的比重称作板带比,是一个国家钢铁生产水平的重要标志。我国的板带比约为50%,和钢铁强国相比尚有不小差距;而板带厚差是板带生产的主要质量指标,对后续加工质量和模具消耗影响很大,高精度板厚控制是迈向钢铁强国必须突破的关键技术,冷轧液压AGC则是该领域技术的制高点。王益群教授团队经过多年的理论探索和实验研究,在当代板带轧机的板厚和板形控制两大关键技术方面取得了突破性进展。1992年,把板厚控制研究成果(液压AGC)用于哈尔滨镀铜带钢厂400HC轧机改造,使我国第一次用国产技术、国产设备生产出优质精密带钢。他们在IGC650HCW精密冷带轧机成套设备研制及关键技术研究项目中,在国内外首次成功地实现了内辊缝控制(IGC)和工作辊轴向移动(HCW)的结合,创造出中宽带最佳冷轧机机型、自主开发出精密冷轧设备。应用该套设备建成的西南精密带钢厂发展成当时攀(枝花)西(昌)地区十大重点企业之一,部级鉴定该成果“具有独创性,其控制精度和运行质量达到国外同类技术先进水平”,此成果获1999年度国家科技进步二等奖。
  2003年以来,王益群教授团队专心致力于冷带轧机核心控制技术的创新与研发。2006年先后为河南鸽瑞复合材料公司研制了四条650精密冷带轧机液压AGC系统,负责四条生产线产能与产品质量合同考核指标的完成。省部级鉴定:该系统厚度控制精度和稳定运行质量达到国际领先水平。这项技术使该企业在抗拒金融风暴中得以快速扩张。
  冷带轧机液压AGC技术的制高点是在高速宽带冷连轧机系统上。2004年在对张家港攀华集团1450五连轧机的电气液压全面升级改造中,王益群教授团队承担其核心技术—液压AGC研发的任务,负责整条生产线轧制精度和速度、头尾超差段长度及综合产能合同考核指标的完成。2006年初通过生产验收后的省级鉴定为:该项目结束了我国没有自主知识产权的高速宽带冷连轧过程自动化核心技术的历史,综合技术和运行质量达到了国际先进水平。投产后,累计生产冷带100多万吨,并且60%以上产品出口到20多个国家(包括欧、美)。2009年该公司逆势扩张,自主投资在重庆再建一个新攀华五机架全连续(无头轧制)冷轧生产基地,该生产线的高精度液压AGC仍由王益群教授团队承担,目前已投入试生产。
  近些年来,王益群教授团队在单机架冷轧、冷连轧和花钱买不来的高精度虚拟连轧机系统,即“冷带轧机高精度液压AGC关键技术及应用”项目上的成功,标志着我国在轧机厚控技术方面上了一个新台阶,因此获得2009年国家科技进步二等奖。在科技开发与转化中,该团队和攀华集团、河南鸽瑞、宝钢、唐钢、承钢、邯郸卓立等众多企业合作,解决了大量工程难题。
  大幅提高工程操作智能化和主动安全保障性能工程实施过程中,安全总是第一位的。实验室利用工程机械电液控制及主动安全保障技术的研究应用在智能控制的安全防护领域,在提高安全生产的人身保障系统的开发方面也取得了显著的成绩。
  2004年,赵静一教授带领的课题组结合国家重大项目,与企业合作开发了国内首台900t运梁车,该车主要用来运输大吨位混凝土预制箱梁。同时,运梁车也可以托运架桥机,实现施工工地间的短途运输,还可以托运架桥机穿越双线隧道。此车是国内最早的铁路客运专线桥梁铺架设备,各项指标均已达到同类产品的国际水准,每台车造价要比国外同类产品少四分之一。
  2010年,赵静一课题组再次与企业合作,研制开发了全国第一台WC80Y型分体式巷道运输车。该车采用液压驱动、液压悬挂、液压转向技术,所有操作均采用电液比例控制,从而使整车灵活、平稳、无滑移行驶,且可在窄小、高度有限场地执行工作任务。据不完全统计,WC80Y型分体运输车每年可以为中国神华集团神东煤矿节省资金1亿元以上。
  以解决基础问题为己任创新基础研究“百层之台,起于垒土。”目前,我国流体动力传输及控制的基础问题研究与国外尚有很大差距,团队高殿荣教授及其课题组成员针对这一现状开展研究工作,并致力于解决工程实践中遇到的一系列基础科学问题。
  目前,运用计算流体力学(CFD)技术对各种复杂流场进行计算和分析是国内外研究的热点问题,高殿荣团队成员从上世纪90年代中期就开始从事液压技术中复杂流道流场的数值计算问题的研究。通过对液压元件流场可视化及能量损失机理研究以及流体控制元件内流场的自适应有限元分析,为液压阀内部流道结构的优化设计提供了理论依据;通过对层流搅拌槽内三维混沌混合机理及其应用研究,提出了提高高粘度流体混合效率的方法和措施;针对现有的人工血泵存在的溶血和血栓问题,提出了体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵的构思,项目得到国家自然科学基金的资助并结题;针对传统的液压泵和电机采用联轴器的方式相连接存在的占用空间大、同心度要求高、有额外的能量耗损等问题,提出了液压泵和电动机高度融合的“数字控制交流伺服变速变量液压电机泵”的设想,项目得到国家自然科学基金的资助,原理样机实验证明了该设想的新颖性和正确性,为工程应用奠定了基础。该研究方向已发表相关研究论文50多篇,有16篇被SCI和EI、ISTP收录;获批国家发明和实用新型专利6项。
  如今,燕山大学重型机械流体动力传输与控制实验室科研团队正以传统的重型机械流体动力传输与控制技术为特色,致力于解决经济建设和社会发展中的重大、关键、迫切的科学技术与应用技术问题。团队通过在流体传动及控制领域的应用基础理论及技术的研究,力争为我国在流体传动及控制领域整体达到世界先进水平提供前瞻性的理论基础和技术储备,为我国国民经济做出更大的贡献!