液压传动的技术创新
记国家技术发明二等奖获得者陈奎生教授及其团队
作者：李易诚
1月10日上午，从北京传来喜讯，武汉科技大学机械学院陈奎生教授带领的科研团队在今年的国家科技奖励大会上获得国家技术发明二等奖。这是武汉科技大学7年来第15次获得国家科技奖励。
团队获奖项目为 冶金高频液压控制伺服元件关键技术及应用 。该技术将油滴的压力能转变成机械能，液压式千斤顶就是典型。30多年来，该团队致力于液压传动与控制领域的研究，取得了重大突破。
从零做起 扬起创新风帆
相对于传统的机械传动系统，液压传动具有结构简单、控制方便、传动平稳的优点，在工农业生产中广为应用。如今，流体传动技术水平的高低已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。
我国在液压传动领域起步晚、发展慢，人员和设备严重缺失。改革开放后，随着国家钢铁工业的不断发展，传统设备已不能满足产能和精度需求，国外进口也一直处于被动地位，自主创新成为时代主题。
上世纪70年代，武钢从德国引进具有国际先进水平的一米七轧机，以解决钢铁企业落后局面，但是，该技术引进后，不仅后续检测维修费用高，并且还必须送到国外进行检测，送检周期长。
上世纪80年代，武汉科技大学(原武汉钢铁学院)在激烈竞争中，成功获准为武钢进口轧机设备开展检测维修服务，并因此建了该校首个液压实验台。团队的研究不同于千斤顶、吊车臂上使用的普通液压系统，他们要使设备达到高性能、高精度等高科技要求，难度和压力不言而喻。
当时，武汉科技大学在液压传动领域还是一穷二白，师资力量不足，更没有可供借鉴的检测设备，全国都面临技术、人才、设备短缺。湛从昌教授是陈奎生的老师，也是我国最早开始此项研究的学者之一，他回忆： 当时找一台油泵都很困难，有钱也难买到，后来是在韶钢的仓库中好不容易找到一台。
在此背景下，项目组勇挑重担，攻坚克难，开始了我国高水平液压元件测试技术研究与实践。团队从零做起，1995年获原冶金部科技进步二等奖，并逐步将原始的试验台发展成该校特色学科实验室。
上世纪90年代初，攀钢与该校合作建立液压原件检测中心，成为我国西南地区最大的检测基地。
团队一步一个脚印，先后研制出1500吨、3600吨、5000吨、10000吨动态负载下的大型伺服缸性能检测技术，每一步他们都刷新着记录。现在，该技术已经为武钢、攀钢等企业建立了7个液压试验中心。在全国8套同类型检测设备中，团队自主研制设备的占6套，打破了产品长期送国外检验的困局。
三项技术 打破国外垄断
据陈奎生介绍，该项目有三项关键技术：自补偿变间隙密封的大型伺服缸、抗污染电液伺服阀、万吨级伺服缸检测。其关键技术在市场中得以运用，不仅打破了国外的垄断，也促进了整个行业的进步。
上世纪70年代初，该校为武钢一米七轧机建试验台，团队开始接触大型伺服液压缸性能高精度检测。
伺服液压缸是液压传动中实现油液压力能转变成机械能的核心部件，大型伺服缸性能的高精度检测则是一个行业性难题。伺服缸带载工作过程中活塞与缸筒间的动态摩擦力看不见摸不着，怎么准确测量？
面对难题，团队巧妙地把内部带载动摩擦力转换成外部闭式加载机架形变，再来进行测量，实现带载动摩擦力连续自动检测，达到国内领先水平。2007年，团队研究的大型伺服缸在企业试用并获得成功。
传统的密封圈式伺服缸，其摩擦特性严重影响高速和低速两个区段的性能，自液压技术发明以来，这种结构从未改变。提高密封性和降低摩擦力是一对矛盾，也是摆在团队面前的一道难题。
团队反复试验，发明了自补偿变间隙密封技术及活塞杆减压油膜支撑技术，属国内首创。它解决了摩擦与泄漏的矛盾，使缸体内部动、静摩擦之差大大减小，寿命可达往复运动2亿次，频度提高3～4倍。
在液压控制中，伺服阀是必不可少的元件，它能接受控制信号，输出调制的流量和压力，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域。伺服阀的阀芯阀套间隙约为头发丝直径的1/20，油中的杂质很容易堵塞孔道，造成设备故障。每年钢铁企业由于相关故障处理与维护，造成的经济损失难以估量。
针对钢铁及军工对高速、大惯量控制及抗污染的迫切要求，团队发明的U型串级节流抗污染技术和动压 力反馈全系统镇定技术，提高了伺服阀动态特性及可靠性，降低了设备维修送检的频率和费用。
艰苦卓绝 30年风雨兼程
团队历时30年，最终结出硕果。目前为止，该团队已经在液压控制领域获得11项国家发明专利和2项测控软件著作权，承担了伺服液压缸试验方法国家标准的制定，近3年创造直接经济效益1.5亿元。
获得国家技术发明二等奖，是对陈奎生教授团队数十年来默默付出的肯定。
团队成员陈新元说： 湛从昌教授这么大岁数，每天坚持坐班领导我们搞科研，出勤率比我们还高！ 湛从昌教授随身都带着一个小本子，有什么突现的灵感就会随时记录下来。
76岁的湛从昌教授总结团队的成功经验：坚持在党和国家倡导的 创新驱动战略 指导下开展工作，创新给了科研工作者动力，它不仅使师生的科研综合水平不断提高，也使他们能做出更多的科研成果。
在同行眼中，这个团队特别能吃苦，特别能战斗。团队成员经常与液压油打交道，他们手上、脸上、身上常常沾满油污。 一般皮鞋穿个两三年不成问题，我们做实验的话几周鞋就坏了，因为油污使皮鞋面软化膨胀，不耐穿是肯定的。 陈新元调侃道。
团队成员曾良才教授在攀钢进行设备调试时，突发阑尾炎，疼得满头大汗。当地医疗条件有限，没有护士，没有专业医生。做完手术，他自己从下手术台下来走到病房，麻药劲退去，他疼得浑身冒虚汗。
作为负责人，陈奎生教授始终坚自己动手做实验。有一次，对新研制的伺服阀测试实验中，液压油喷了他一身，滑稽的样子逗得大伙笑岔了气，他却不以为然地摊摊双手说： 又揩实验室油了
团队有8名老师，其中4名博士生导师，还有30余名研究生。团队中，既有陈奎生的老师，也有他的学生。团队就如一条在科学的海洋中航行的大船，所有水手都在奋力划浆，朝着更高更远的目标追逐。
