学习与分享(之三十二)——北京工业大学机械工程与应用电子技术学

学习与分享本刊编辑部颁布《中国制造2025》，这是我国全面推进实现制造强国三步走战略第一个十年的行动纲领。《中国制造2025》已把强化基础零部件（元器件）能力列为战略任务重点，并明确提出2020年40%核心基础零部件、2025年70%核心基础零部件实现自主保障目标。《液压气动与密封》杂志作为行业媒体，与行业全心全意践行装备制造业的“主机与配套同步发展战略”，执行“尽快扭转重要配套件依赖进口局面”的艰巨任务。坚持“面向企业、面向生产、面向应用、理论与实践相结合”的办刊方针，坚持贴近实际、贴近生活、贴近群众的原则，同心协力搭建产学研用平台，推广新技术、新工艺和创新成果，注重产业化应用，为实现企业、、社团同步联动，发挥着行业旗舰媒体的积极作用，为创新服务理念，开展务实有效工作发出行业媒体的正能量……。为此，多年来，杂志社找准工作切入点和着力点，做到因势而谋、应势而动、顺势而为。深入行业、企业和高校，了解本领域学科发展、科研成果、产学研用结合情况；组织高新技术展区，展示高校最新科研成果；组织技术交流，推进行业技术进步；组织技术培训，搭建学习再教育课堂；组织主机与配套市场对接，帮助企业寻找用户，参加主机展会，积极开拓国内外市场等活动。杂志社不断创新服务理念和工作方法，自2014年以来，杂志社相继走访了国内近20余家设有流体传动与控制学科的高等院校和科研院所，收集到一批具有代表性的流体动力领域的科研成果，并经编辑整理陆续刊登在杂志“企业之声”栏目中，为产学研用的紧密结合创建及时有效的信息交流平台，得到社会各界赞赏和积极响应。杂志社还将继续坚持走访更多的高校院所，不断推动产学研的紧密合作。希望业内同仁和广大读者给予关注，学习与分享……。之三十二 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院新型流体传动与控制研究中心北京工业大学（Beijing University of Technology）创建于1960年，是一所以工为主，工、理、经、管、文、法、艺术、教育相结合的多科性市属重点大学。1981年成为国家教育部批准的第一批硕士学位授予单位，1985年成为博士学位授予单位，1996年通过国家“211工程”预审，正式跨入国家二十一世纪重点建设的百所大学的行列。2017年9月，学校正式进入国家一流学科建设高校行列。北京工业大学新型流体传动与控制研究中心在聂松林教授（北京城学者、特聘教授）精心谋划和积极组织下，于2009年成立，现有教授1人，副教授1人，讲师3人。在水液压传动理论研究、电液伺服控制和特种装备设计及研发、技术创新、工程应用等方面形成国内特色。中心注重产-学-研-用，在科技部、国家基金委及“211工程”项目等的资助下，建成水液压传动综合研发平台，先后与海洋装备研究单位、中船重工集团、航天一院十八所、北京卫星制造厂、华中科技大学、中国海洋大学等单位建立了长期紧密的合作关系，已成为机械电子工程北京市重点建设学科的核心团队和服务北京优秀团队。近五年来，中心先后承担国家863计划项目3项、国家重大专项课题1项、国家自然科学基金（6项面上，2项青年）、国防科技攻关项目4项、其他省部级及企业横向协作项目多项，科研经费总计逾3000万元。截止到2018年9月，中心在国内外重要学术刊物上发表学术论文230余篇（其中SCI收录或源刊发表90余篇，EI收录或源刊发表30余篇，ISTP收录10余篇）。98

企业之声

Voice of Enterprise

团队带头人及团队介绍◆聂松林（1967-），工学博士/博士后，教授，博士生导师。主要从事水压传动及其基础技术研究、电液控制工程等研究工作。◆联系方式：

niesonglin@bjut.edu.cn

团队成员：

左三-聂松林教授，博士；左二-张小军副教授，博士；左四-尹方龙讲师，博士；左一-纪辉讲师，博士；左五-苗扬讲师，博士。

项目名称：面向深海作业的海水液压元件可靠性

设计理论和方法研究

长试验和典型海水液压元件的随机性能强化试验研究。本项目的创新性在于形成关键摩擦副及零部件的可靠性设计方法，总结出典型海水液压元件的强化试验方法，建立海水液压元件可靠性研究的理论框架。通过本项目得到的标志性成果有：形成关键摩擦副及零部件的可靠性设计方法，总结出典型海水液压元件的强化试验方法，建立海水液压元件可靠性研究的理论框架。图1所示，是海水液压元件关键摩擦副非概率可靠性设计理论。

研究内容：本项目旨在建立海水液压元件可靠性

研究的理论框架，研制出高性能、高可靠度的海水液压动力元件。本项目探索典型海水液压元件关键摩擦副和典型零部件的失效模式和失效机理，建立海水液压元件基于随机-模糊的不确定可靠性计算模型，并进行关键摩擦副和典型零部件的可靠性设计，进行相关可靠性增

项目名称：深海水液压动力元件关键技术的

研究

研究内容：本项目旨在研制出一套采用深海水液

压动力元件的典型海水液压传动示范系统，并能实现执行机构工作压力、流量和运动方向的就地控制和远程遥控操作。本项目建立面向深海的水压动力元件设计理论和方法体系，进行腐蚀磨损特性及材料配对的试验研究，探讨斜轴式海水柱塞泵污染磨损机理，研制水压伺服阀和海水柱塞泵样机。本项目的创新性工作

图1 海水液压元件关键摩擦副非概率可靠性设计理论

在于完成了全水润滑的结构设计，可以适应深海作业

液压气动与密封/2019年第06期99

工况，抢占制高点，制定深海水压动力关键元件的相关试验标准，根据可重构理论，建立典型深海水压系统的集成设计方法。通过本项目得到的标志性成果有：开发出压力14MPa、排量167mL/r、转速750r/min的斜轴式海水液压泵（容积效率达90%）及射流管式水压伺服阀（压力14MPa、流量40L/min、幅频50Hz、相频100Hz），如图2所示。相关核心技术已授权多项国家发明专利，逐步形成海/淡水液压泵、液压马达、液压阀等液压系统元件产品。

展材料疲劳、磨损、抗污染等性能强化试验，对典型海水液压元件进行数字化样机研究，通过强化因子模型，建立“额定工况”与“强化工况”之间的规律性关系，进行性能强化试验。本项目的创新之处在于：采用虚拟装配技术对水液压元件进行数字建模，对关键零部件的强度、应力及动力学等特性进行仿真分析，应用ANSYS软件概率设计系统(PDS)进行概率可靠性分析设计，建立基于随机-模糊的不确定可靠性计算模型，开展非概率可靠度分析。通过本项目得到的标志性成果有：完成了6种典型海水液压元件（海水泵、溢流阀、节流阀、换向阀、马达、液压缸）的样机研制、性能试验和可靠性试验，样机性能达到国际先进水平，完成了6种典型海水液压元件的高压舱深海模拟和海上试验研究（见图3），通过了科技部第三方检验。

图2 斜轴式海水液压泵及射流管式水压伺服阀

项目名称：全海深压力平衡式采样阀的研究研究内容：针对深海高压复杂环境，提出利用静

水压能驱动的深海采样方法，然后基于湿式电磁铁设计一种压力自平衡式直驱阀采样系统，研制出深海采集用两位三通电磁换向阀（见图4），并对其进行结构设计、

项目名称：高可靠海水液压传动关键技术及其产

业化

研究内容：本项目旨在研制出具有高可靠性的海

水液压元件样机（包括海水液压泵、液压马达、液压缸、溢流阀、节流阀、三位四通插装式换向阀等），进行可靠性分析和产业化研究，并开展海上试验研究。本项目在超高背压条件下（模拟海深压力和海底污染条件）开

AMESim仿真分析以及深海模拟试验和海试研究。所研制的水液压电磁换向阀已作为采样阀，用于深海海水采集过程中对采集瓶的保压、海水采集以及降压。已经持续为中国地质调查局油气资源调查中心供货两套，并成功应用于4500m深海采样。

图3 典型海水液压元件高压舱模拟及海上试验系统

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图4 深海采集用两位三通电磁换向阀样机

项目名称：军用特种装备的研究

研究内容：为某舰船主汽轮-循环水泵机组研制

的超越离合器（见图5），具有较强的承载能力，动态离合性能好、噪声小、可靠性高，相关性能指标处于国际领先水平，首次列装，极大地提高了我国舰船装备的隐身和机动能力，具有突出的意义。目前研制生产的产品分批次列装舰船。在海装预研项目、国家自然科学基金、北京市人才强教计划的资助下，以低振动、恒流量、高效率以及高可靠性为研究目标，完成了直线电机驱动海水泵的研制（如图6），极大地降低了泵组系统的振动和空气辐射噪声级别，实现恒流量和低压力脉动输出。

图5 舰船用超越离合器产品

图6 直线电机驱动海水柱塞泵

项目名称：海水液压大流量高速开关阀的研究研究内容：面向水动力发射系统，在中船重工某

所的委托下，开展海水液压大流量高速开关阀的研制工作，针对直驱式大流量高速开关阀的结构进行创新性设计，平衡开关阀压力差，并采用直线电机分步直驱式实现开关阀启闭，使开关阀达到大流量与快响应的要求。完成了大流量开关阀的结构参数的多目标优化设计，开展了阀口流动特性仿真并优化了结构形式，开发了大流量开关阀直线电机控制系统并进行了位置控制仿真研

企业之声

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究，研制出大流量开关阀样机并完成了静动态特性试验（如图7所示），试验表明阀的开启时间约为490ms，最大流量为0.211m3/s，满足技术指标要求。

图7 海水液压大流量高速开关阀

项目名称：特殊工况下材料摩擦磨损性能研究研究内容：利用UMT-TriboLab摩擦磨损试验机及

超景深显微系统（见图8）对工程塑料与陶瓷、硬质合金、不锈钢等“软-硬”和“硬-硬”配对副，在海水/淡水润滑下不同载荷、转速、温度和介质污染度条件下的摩擦学性能进行了较为全面的试验研究，为海水液压元件的选材、润滑磨损特性以及摩擦副和整机的寿命预测研究奠定了基础。

图8 UMT-TriboLab摩擦磨损试验机及

超景深显微系统

项目名称：面向潜器流体动力管路的磁流变半主

动减振管夹

研究内容：项目针对面向潜器流体动力管路的磁

流变半主动减振管夹开展研究，突破潜器流体动力管路半主动振动控制、宽频磁流变阻尼器参数优化设计等关键技术，完成管路磁流变半主动减振管夹样机设计并制造磁流变减振管夹结构件，建立磁流变减振管夹的结构优化设计理论和自适应控制方法，开发磁流变减振管夹嵌入式控制系统，完成管路磁流变减振管夹样机研制（见图9），声级降低最高可达9.7dB，管路位移平均落差为18.61dB、加速度平均落差为13.14dB、位移平均衰

液压气动与密封/2019年第06期101

减率为87.%、加速度平均衰减率为71.68%，平均隔振率可达96.58%。为保证管路系统的正常稳定运行、延长管路使用寿命和减少管路事故提供新的解决方案。

混流破鳞带钢清洗装置样机。

图10 高压水混流破鳞带钢清洗装置样机

项目名称：多物理场耦合仿真与工程应用

磁流变阻尼器样机 动态加载试验

研究内容：综合应用超重力技术、旋流分离技术、

计算流体动力学以及材料科学、液压系统污染控制等方面的最新研究成果，在传统机械过滤技术、离心净油技术、旋流分离技术和聚结分离技术等的基础上，通过理论分析结合实验研究，开发出超重力旋流净油装置样机（见图11），实现液压油液的低成本、高效高精度在线净化，提高液压油的清洁度水平、延长液压元件的使用寿命，满足液压系统污染控制的急需。

图9 磁流变阻尼器样机及管路半主动振动控制试验台

项目名称：高压水混流破鳞带钢清洗（HPMFD）机

理研究

研究内容：本项目将喷丸清洗技术与高压水射流

清洗技术相结合，提出一种新型高压水混流破鳞带钢清洗（HPMFD）技术。在试验研究的基础上建立带钢基体表面氧化铁皮附着力的数学模型及高压水流与磨料间相互作用的两相动力学模型，探索带钢表面氧化铁皮剥离力学模型。通过对高压水-磨料混合流场进行时均性控制，对混流浆液射流动力学进行研究，理论、仿真联系试验，探索HPMFD技术的除鳞机理，研制出混流器和喷幕机原理样机，搭建带钢表面混流破鳞性能评定试验系统。研究样机结构参数、系统参数等对带钢除鳞效果的影响，对样机结构进行优化，使HPMFD系统适应低成本、高质量、绿色环保的市场需求，创造可观的市场价值，图10是高压水

图11 超重力旋流净油装置样机

项目名称：复杂机电系统健康管理与智能运维研究内容：针对复杂机电系统如飞机机载机电，

故障机理复杂、故障特征提取困难、故障信息模糊性强，系统采用定期返修检测策略，没有定量维修保障性评价体系等问题，信息挖掘融合与智能鲁棒预测方法，提取故障特征信息准确预测剩余寿命，通过构建多层次多目标保障体系，实现维修保障的正确决策，为高端复杂机电装备智能运维打下坚实基础。102