DOC《2019年度上海市奖申报公示》

2019年度上海市奖申报公示

1、项目名称:高速高压气动控制核心基础零部件关键技术及应用

2、项目简介: 高速、超高压、高精度气体控制技术可应用于航空航天(飞行器推力矢量控制)、工程机械(桩基础施工机械)及氢能源汽车等技术领域.

核心基础零部件(元器件)已列为《中国制造2025》工业强基工程的重点突破瓶颈之一.然而,气体非线性,压缩与释放过程、热力学传热和吸热等的非对称性,超高压气体分子间作用力产生制冷或制热效应等世界性基础难题,使得高速、超高压气体实现高精度控制成为气动控制高端器件的卡脖子关键核心技术,严重制约了气动控制技术在尖端技术领域的发展和应用. 在国家863计划、国家自然科学基金和国家科技支撑计划等项目持续资助下,经过近二十多年潜心研究和原始创新,在高速高精度气动控制、高可靠性与高适应性超高压气动元件、重大装备及其基础理论等领域公认的瓶颈技术方面取得突破性进展,创建了新的技术体系,打破了国外的控制与封锁,实现了我国高速高压气动核心基础零部件的技术跨越,填补了国内空白.主要技术发明为:

1、针对多年来困扰气动系统的低速和气动非线性现象的关键问题,在所发明的高速高精度气动控制方法基础上,发明了高速气动控制部件即一种带套管钻的大直径气动潜孔锤,首次提出并实现了双通道潜孔锤,通过所研制的双通道回转接头实现了同时注浆注气,并实现对上动力头减振缓冲,取得了复杂地层桩基础施工用双动力头潜孔锤凿岩钻孔机浆气双通道和浆气系统整机方案,系统地形成了双通道带螺旋排渣叶片的贯通式大直径气动潜孔锤的研究设计方法.

2、针对国内外超高压气动控制阀及其系统的高可靠性难题,提出了超高压分级压力控制方法,即35MPa-5MPa-0.16MPa和70MPa-5MPa-0.16MPa的压力等级,发明了锥型阀芯圆柱滑阀,自主研发了达到和超过国外同类产品水平的先进适用的车载超高压控制阀原型样机,发明了气阻、气容压力波动和流量波动的动静态补偿以及非对称节流控制方法,实现输氢和加氢过程的快速充放以及稳定控制,以及极端低温(-40℃)和极端高温(+60℃)氢气储存、运送和行驶过程的超高压控制.

3、发明了利用加速度技术的气动液压复合打桩锤系统,通过液压系统实现锤体的快速提升,利用氮气室压缩气体能量和锤击组件惯性质量的综合作用,捶击基础桩,实现桩体加速度2g以上的压下过程.发明了新型气液联动复合液压缸和气液联动复合作动系统,研制了计算软件进行气动液压复合打桩锤的参数分析和动态仿真,提出了氮气室尺寸及充气压力、蓄能器的基本设计参数,以及打击能量调节方法.

4、解明了气阻严重非线性特征和气阻气容系统严重非对称性特征的产生机理,提出了高速高精度气动控制方法,除软件补偿外,提出采用气动伺服元件硬件措施与气阻气容回路匹配的高速气动控制方案.建立了超高压气体分子间距与分子间的相互作用引力及斥力和气体特性的关系模型并解释了气动制冷与制热机理.所提出的高速气动控制理论在飞行器姿态控制的气动喷嘴、气动推力器和高速气动冲击器机理与多循环高速冲击气动潜孔锤研制中得到验证并发挥了重要作用. 高速气动控制核心零部件大直径气动潜孔锤应用于复杂地层桩基施工,超高压气动控制阀应用于车载氢能源系统,气液联动复合打桩锤应用于深海风电基础平台建设,对我国高速高压高精度气动控制技术与重大装备的发展起到了不可替代的作用.近三年发明核心成果气动潜孔锤新增直接经济效益2.084亿元.发明核心成果超高压气动控制元件用于863专题课题,研制样机16台套,用于新能源汽车示范应用.发明核心成果气动液压复合控制技术,用于高端气动液压锤研制,已被上海电气采用并制造了样机.项目成果社会、经济效益显著. 该气动系列研究成果获授权发明专利9项,授权实用新型专利3项,编制行业标准2项,出版中文专著1部、英文专著1部,获2015年华东地区科技出版社优秀科技图书评选委员会优秀科技图书一等奖,公开发表论文52篇,其中国内33篇,国外19篇,EI收录8篇,累计被引用149次.