中國首臺(tái)真三軸六面頂液壓機(jī)桂林誕生記
江涌向記者展示真三軸六面頂液壓機(jī)的部件——伺服控壓裝置的原型機(jī)。
去年10月21日，由南方科技大學(xué)和桂林桂冶機(jī)械股份有限公司（以下簡稱“桂冶公司”）聯(lián)合研發(fā)的中國首臺(tái)真三軸六面頂液壓機(jī)http://lyjingtong.com/（以下簡稱“真三軸壓機(jī)”），在桂林經(jīng)開區(qū)寶山高端裝備制造產(chǎn)業(yè)園正式下線。下線后，經(jīng)過內(nèi)部測(cè)試、運(yùn)輸、安裝、調(diào)試，于近期正式交付位于廣東省東莞市的中國科學(xué)院高能物理研究所散裂中子源科學(xué)中心進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。
真三軸壓機(jī)歷經(jīng)5年研發(fā)，是我國第一臺(tái)飛行時(shí)間法高壓專用中子衍射儀，也是繼德國和日本之后的世界第三臺(tái)同類裝備。這不僅宣告了我國在高溫高壓高端裝備制造領(lǐng)域打破外國技術(shù)封鎖，也是我國自主破解“卡脖子”難題的一個(gè)新里程碑。
為了解真三軸壓機(jī)誕生的故事，日前，記者對(duì)桂冶公司進(jìn)行了采訪。
01
南方科技大學(xué)緣何選擇與桂林企業(yè)合作？
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記者在桂冶公司生產(chǎn)車間看到，這里一派火熱的生產(chǎn)場(chǎng)景——工人們正在加緊生產(chǎn)各類零部件，新組裝好的六面頂液壓機(jī)整齊擺放在倉庫里，即將發(fā)往全國各地，這些設(shè)備將主要用于超硬材料（如人造金剛石）的生產(chǎn)或科研院校高壓高溫條件下的科學(xué)研究。
龍雷明，桂冶公司六面頂液壓機(jī)控制及應(yīng)用技術(shù)研究所副所長、真三軸壓機(jī)項(xiàng)目組成員，在該公司工作已有30年。記者見到他時(shí)，他剛從東莞回到桂林。
“經(jīng)過最后一次調(diào)試，近日，真三軸壓機(jī)正式交付散裂中子源科學(xué)中心進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)了。其工作時(shí)，最高壓強(qiáng)可達(dá)20吉帕（1吉帕=1000兆帕），最高溫度可達(dá)2400攝氏度?！饼埨酌髡f，交付后，南方科技大學(xué)、散裂中子源科學(xué)中心的多位專家來到現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備，并給予好評(píng)。
真三軸壓機(jī)作為一項(xiàng)填補(bǔ)國內(nèi)空白的先進(jìn)設(shè)備，南方科技大學(xué)為何選擇與桂林企業(yè)共同研發(fā)呢？
“主要原因是我公司在高溫高壓液壓機(jī)研發(fā)生產(chǎn)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)設(shè)備在國內(nèi)同行業(yè)處于領(lǐng)先地位?！饼埨酌髡f。
桂冶公司成立于1967年，前身為桂林冶金機(jī)械廠。1985年，桂林冶金機(jī)械廠生產(chǎn)出第一臺(tái)Φ280mm缸徑6×8MN超硬材料六面頂高溫高壓液壓機(jī)，開啟中國六面頂液壓機(jī)大型化發(fā)展的新時(shí)代。該廠改制為桂冶公司后，于2007年11月與全球超硬材料知名企業(yè)元素六集團(tuán)簽訂110臺(tái)Φ650mm缸徑大壓機(jī)訂單，這標(biāo)志著具有中國特色的鉸鏈?zhǔn)搅骓斠簤簷C(jī)正式崛起，該設(shè)備逐步成為全球超硬材料及其制品的主要生產(chǎn)裝備。
龍雷明回憶，10多年前，時(shí)任美國洛斯—阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室中子科學(xué)中心高級(jí)科學(xué)家的趙予生聯(lián)系到桂冶公司時(shí)任總工程師郭滇生，希望雙方聯(lián)合研發(fā)真三軸壓機(jī)。郭滇生考慮到當(dāng)時(shí)企業(yè)相關(guān)技術(shù)不成熟，且國內(nèi)企業(yè)有關(guān)特種材料的加工工藝也不成熟，研發(fā)該設(shè)備的條件尚不具備，于是婉拒了趙予生。
2011年，中國散裂中子源奠基，它是國家“十一五”期間重點(diǎn)建設(shè)的十二大科學(xué)裝置之首。中國散裂中子源于2019年2月2日完成首輪開放運(yùn)行任務(wù)，填補(bǔ)了國內(nèi)脈沖中子源及應(yīng)用領(lǐng)域的空白，為中國物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、資源環(huán)境、新能源等方面的基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)研發(fā)提供了強(qiáng)有力的研究平臺(tái)。
為滿足散裂中子源科學(xué)中心的相關(guān)科研需求，2018年，南方科技大學(xué)啟動(dòng)真三軸壓機(jī)研發(fā)工作。
此時(shí)，趙予生已回到國內(nèi)工作，并出任南方科技大學(xué)科研副校長、真三軸壓機(jī)研發(fā)項(xiàng)目專家團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家。
隨后，趙予生團(tuán)隊(duì)對(duì)國內(nèi)高溫高壓液壓機(jī)行業(yè)多家企業(yè)進(jìn)行了考察。經(jīng)過遴選，2019年下半年，南方科技大學(xué)決定與桂冶公司合作，共同研發(fā)真三軸壓機(jī)。
02
歷經(jīng)5年艱辛，真三軸壓機(jī)橫空出世一鳴驚人
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“真三軸壓機(jī)的研發(fā)難度非常大，此前只有德國和日本的企業(yè)生產(chǎn)過同類設(shè)備。”龍雷明回憶，“由于西方發(fā)達(dá)國家對(duì)我國實(shí)行技術(shù)封鎖，相關(guān)設(shè)備買不到，也沒有技術(shù)資料可供參考，只能我們自己從頭開始摸索?！?/p>
項(xiàng)目研發(fā)之初，趙予生團(tuán)隊(duì)只有設(shè)備的概念模型，并無詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。
面對(duì)重重困難，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員摸著石頭過河，畫圖紙、定結(jié)構(gòu)、試生產(chǎn)部件……一塊塊“硬骨頭”接連被“啃”下。
真三軸壓機(jī)主要由主機(jī)、液壓站、電控系統(tǒng)等三大部分部件組成。其中，龍雷明負(fù)責(zé)液壓站及其配套電控系統(tǒng)的研發(fā)。
“真三軸壓機(jī)與常規(guī)的六面頂液壓機(jī)有很大差異，液壓站的設(shè)計(jì)也沒有可借鑒的成熟方案，我只能憑借多年積累的工作經(jīng)驗(yàn)冥思苦想?！饼埨酌髡f，有了初步設(shè)想后，就與同事江涌反復(fù)推敲方案、畫圖，再找供應(yīng)商加工生產(chǎn)。由于生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)較高且是單件開發(fā)性試制，有部分供應(yīng)商甚至不敢接單。愿意接單的供應(yīng)商，也只承諾“盡力而為”。
“我們向一家供應(yīng)商下訂單制作1件特殊性能的超高壓二位七通閥，該供應(yīng)商依據(jù)我們每次試驗(yàn)的結(jié)果，在1年里先后制作了5個(gè)不同產(chǎn)品，到第5個(gè)產(chǎn)品才達(dá)標(biāo)定型。”龍雷明說，“研發(fā)期間，液壓站的設(shè)計(jì)方案大修改有3次，這是因?yàn)槟戏娇萍即髮W(xué)對(duì)外觀結(jié)構(gòu)及散裂中子源科學(xué)中心對(duì)安裝空間要求較嚴(yán)格，液壓站體積必須盡量縮小，每次改動(dòng)就意味著整體結(jié)構(gòu)的改變，生產(chǎn)工藝、材料供應(yīng)商都要調(diào)整，并要反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。”
江涌，桂冶公司產(chǎn)品開發(fā)部工程師，負(fù)責(zé)液壓站的液壓結(jié)構(gòu)及伺服控壓裝置設(shè)計(jì)制作工作。“以前從未做過類似設(shè)備，在參與項(xiàng)目初期，我多方查閱技術(shù)資料，但可供借鑒的信息十分有限?！彼f，在進(jìn)行多次理論計(jì)算后，終于研制出了一臺(tái)伺服控壓裝置的原型機(jī)。經(jīng)過無數(shù)次的測(cè)試、發(fā)現(xiàn)問題、再次計(jì)算、修改、再次測(cè)試……原型機(jī)終于達(dá)標(biāo)定型。
5年來，項(xiàng)目組的每一個(gè)人都付出了巨大的心血。
作為真三軸壓機(jī)研發(fā)項(xiàng)目專家團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家，趙予生也親自上陣，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化到性能保障，從生產(chǎn)工藝到外觀尺寸，甚至一顆螺絲從哪個(gè)方向擰入更科學(xué)，他都要反復(fù)過問。專家團(tuán)隊(duì)還多次到桂冶公司實(shí)地采集每一個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，專家組成員王培博士甚至長期住在桂林，與真三軸壓機(jī)項(xiàng)目桂冶公司團(tuán)隊(duì)成員一起夜以繼日奮戰(zhàn)在生產(chǎn)車間。
2023年10月21日，真三軸壓機(jī)正式下線，項(xiàng)目組全體成員的努力終于有了收獲。
03
真三軸壓機(jī)的研發(fā)成功，是我國高壓裝備行業(yè)近30年來最重大的技術(shù)突破之一
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真三軸壓機(jī)下線后，經(jīng)過一段時(shí)間的內(nèi)部測(cè)試，今年1月下旬，桂冶公司將設(shè)備運(yùn)輸?shù)缴⒘阎凶釉纯茖W(xué)中心的高壓中子譜儀BL15線站（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”）。
“實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)通道已有其他設(shè)備，吊車無法直接把設(shè)備吊裝到位，我們只能將其拆散，將零部件分批手工搬運(yùn)進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，其中，單件重量超過2噸的部件也是大家用手動(dòng)拖車等設(shè)備搬運(yùn)到位的。”龍雷明說。
為確保設(shè)備不被腐蝕，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部必須一直保持干燥，嚴(yán)禁工作人員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)攜帶飲用水，要喝水只能在實(shí)驗(yàn)室外的指定區(qū)域。“散裂中子源科學(xué)中心內(nèi)部管理非常嚴(yán)格，設(shè)有嚴(yán)格的門禁，進(jìn)出不便。設(shè)備組裝期間，大家都主動(dòng)加班加點(diǎn)，減少喝水次數(shù)，長時(shí)間待在實(shí)驗(yàn)室里工作。7個(gè)人的組裝團(tuán)隊(duì)中有5人出現(xiàn)不同程度的唇裂、咳嗽、發(fā)燒。”龍雷明說。
南方科技大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院院長助理朱金龍認(rèn)為，真三軸壓機(jī)的研發(fā)成功，是我國高壓裝備行業(yè)近30年來最重大的技術(shù)突破之一，是我國首臺(tái)能同時(shí)產(chǎn)生超高壓、高溫、偏應(yīng)力的大科學(xué)裝置。它可應(yīng)用于新材料表征、油氣資源開采（可燃冰、頁巖氣）、滲流力學(xué)、巖石力學(xué)、地震模擬、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，有助于推動(dòng)我國基礎(chǔ)前沿研究和關(guān)鍵新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
桂冶公司總裁卿毅春表示，公司將以正式交付真三軸壓機(jī)為契機(jī)，持續(xù)開展技術(shù)創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)，加快發(fā)展以六面頂高溫高壓液壓機(jī)為代表的金剛石（鉆石）生產(chǎn)裝備，加強(qiáng)新型大腔體鍛造式六面頂液壓機(jī)的研制，助力桂林裝備制造業(yè)發(fā)展，并為中國人造鉆石產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
