国家重点研发计划 | 流体传动与控制篇(一)

前 言

当前,从“科学”到“技术”到“市场”演进周期大为缩短、各研发阶段边界模糊,技术更新和成果转化更加快捷。为适应这一新技术革命和产业变革的特征,将原来的国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划、国际科技合作与交流专项、产业技术研究与开发基金和公益性行业科研专项进行整合而成为新设立的国家重点研发计划。

该计划着力改变现有科技计划按不同研发阶段设置和部署的做法,按照基础前沿、重大共性关键技术到应用示范进行全链条设计,一体化组织实施。是针对事关国计民生的重大社会公益性研究,以及事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的战略性、基础性、前瞻性重大科学问题、重大共性关键技术和产品,为国民经济和社会发展主要领域提供持续性的支撑和引领。

流体传动与控制是机械传动中的重要分支,其技术水平对我国的先进制造装备、航空航天、工程机械等国民经济支柱行业的水平。目前我国在流体传统领域的基础技术水平和关键基础件方面离国际先进水平都还有较大差距,造成我国很多关键装备都大量采用进口原件及系统,面临着卡脖子的风险。针对该问题,国家重点研发计划近两年发布了一批针对流体传动与控制中原件和系统的指南,支持该方向的高校、研究所和企业开展基础性、重大共性关键技术和产品研究,助推流体传动与控制领域的加速发展。本栏目将系列报道近两年流体传动与控制领域的重点研发计划获批的项目。

01“液压元件与系统轻量化设计制造新方法”项目

80%的液压元件及系统应用于运载设备、重载机器人和飞行器等移动装备,对其轻量化不仅可提高装备的续航能力、机动性能和承载能力,还可实现节能减排。在高端移动装备中,液压缸、油源和液压集成单元在液压系统中占重超过80%,为最具轻量化潜力的液压元部件。部分发达国家已通过碳纤维、紧凑设计和增材制造等新材料新工艺手段,大力开展轻量化液压元件的研究工作,部分已处于样机测试阶段,但其技术对中国封锁,而我国至今仍未开展液压元件轻量化的系统性研究工作,这又将成为一项潜在的“卡脖子”技术。为此,国家重点研发计划2018年在“制造基础技术与关键部件”重点专项的基础前沿类中设立了“液压元件与系统轻量化设计制造新方法”专项指南。

经过多个团队的精心准备和激烈竞争,最终以燕山大学孔祥东教授为项目负责人的团队获批了该重点研发计划重点专项项支持。已于2019年5月立项,执行期限为2019年7月至2022年6月,项目获批总经费1348万元。

为促进行业的轻量化发展,提升我国在该领域的科技竞争力。项目围绕“轻量化液压元件对流体动力传输与控制性能影响规律”和“材料和工艺新应用对液压元件制造控形控性影响规律”两个关键科学问题,从系统新集成、材料新应用、设计新方法和制造新工艺等方面着手,开展“小型化液压油源和一体化电液执行器整体综合设计理论与方法”、“碳纤维液压缸设计方法及制造工艺”、“油箱小型化设计方法与成型技术”和“液压集成单元选区激光熔化制造工艺”等研究,构建液压元件与系统轻量化设计制造新理论。

项目预期突破高压流体作用下非金属材料液压元件尺寸精度低和蠕变问题,攻克液压油源小型化的气液污染物高效分离技术,形成液压元件与系统轻量化设计理论;提出碳纤维液压缸、小型化液压油源、非金属液压油箱和一体化电液执行器的制造工艺和方法,研制样机并建立轻量化液压系统演示平台。

项目下设四个课题,具体情况如表1所示,各课题之间的逻辑关系如图1所示。项目参研人数98人,其中高级职称19人,中级职称9人,初级职称2人。申报团队依托5个国家重点学科、4个国家级重点实验室、2个国家级工程中心,建成了“流体传动及控制”和“高性能液压基础件”2个国家机械工业优秀创新团队和“飞行器流体动力控制与操纵”教育部创新团队。

表1 项目各课题情况

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图1 各课题之间的逻辑关系

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该项目的预期成果将填补我国流体传动及控制领域轻量化设计理论及技术空白,引领我国轻量化液压元件与系统发展,有望应用于未来的工程机械、救援装备、机器人和航空航天等领域,以提高运载能力,提升机动性能,降低能源消耗,具有显著的社会效益、经济效益和生态效益。

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