中國首臺真三軸六面頂液壓機桂林誕生記
江涌向記者展示真三軸六面頂液壓機的部件——伺服控壓裝置的原型機。
去年10月21日，由南方科技大學和桂林桂冶機械股份有限公司（以下簡稱“桂冶公司”）聯(lián)合研發(fā)的中國首臺真三軸六面頂液壓機http://lyjingtong.com/（以下簡稱“真三軸壓機”），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)部測試、運輸、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院高能物理研究所散裂中子源科學中心進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。
真三軸壓機歷經(jīng)5年研發(fā)，是我國第一臺飛行時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”難題的一個新里程碑。
為了解真三軸壓機誕生的故事，日前，記者對桂冶公司進行了采訪。
01
南方科技大學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研究。
龍雷明，桂冶公司六面頂液壓機控制及應(yīng)用技術(shù)研究所副所長、真三軸壓機項目組成員，在該公司工作已有30年。記者見到他時，他剛從東莞回到桂林。
“經(jīng)過最后一次調(diào)試，近日，真三軸壓機正式交付散裂中子源科學中心進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)了。其工作時，最高壓強可達20吉帕（1吉帕=1000兆帕），最高溫度可達2400攝氏度?！饼埨酌髡f，交付后，南方科技大學、散裂中子源科學中心的多位專家來到現(xiàn)場查看設(shè)備，并給予好評。
真三軸壓機作為一項填補國內(nèi)空白的先進設(shè)備，南方科技大學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研發(fā)生產(chǎn)方面具有豐富經(jīng)驗，相關(guān)設(shè)備在國內(nèi)同行業(yè)處于領(lǐng)先地位。”龍雷明說。
桂冶公司成立于1967年，前身為桂林冶金機械廠。1985年，桂林冶金機械廠生產(chǎn)出第一臺Φ280mm缸徑6×8MN超硬材料六面頂高溫高壓液壓機，開啟中國六面頂液壓機大型化發(fā)展的新時代。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)元素六集團簽訂110臺Φ650mm缸徑大壓機訂單，這標志著具有中國特色的鉸鏈式六面頂液壓機正式崛起，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，時任美國洛斯—阿拉莫斯國家實驗室中子科學中心高級科學家的趙予生聯(lián)系到桂冶公司時任總工程師郭滇生，希望雙方聯(lián)合研發(fā)真三軸壓機。郭滇生考慮到當時企業(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”期間重點建設(shè)的十二大科學裝置之首。中國散裂中子源于2019年2月2日完成首輪開放運行任務(wù)，填補了國內(nèi)脈沖中子源及應(yīng)用領(lǐng)域的空白，為中國物質(zhì)科學、生命科學、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)提供了強有力的研究平臺。
為滿足散裂中子源科學中心的相關(guān)科研需求，2018年，南方科技大學啟動真三軸壓機研發(fā)工作。
此時，趙予生已回到國內(nèi)工作，并出任南方科技大學科研副校長、真三軸壓機研發(fā)項目專家團隊首席科學家。
隨后，趙予生團隊對國內(nèi)高溫高壓液壓機行業(yè)多家企業(yè)進行了考察。經(jīng)過遴選，2019年下半年，南方科技大學決定與桂冶公司合作，共同研發(fā)真三軸壓機。
02
歷經(jīng)5年艱辛，真三軸壓機橫空出世一鳴驚人
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“真三軸壓機的研發(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)達國家對我國實行技術(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。”
項目研發(fā)之初，趙予生團隊只有設(shè)備的概念模型，并無詳細的設(shè)計方案。
面對重重困難，研發(fā)團隊成員摸著石頭過河，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。
真三軸壓機主要由主機、液壓站、電控系統(tǒng)等三大部分部件組成。其中，龍雷明負責液壓站及其配套電控系統(tǒng)的研發(fā)。
“真三軸壓機與常規(guī)的六面頂液壓機有很大差異，液壓站的設(shè)計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)驗冥思苦想。”龍雷明說，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)標準較高且是單件開發(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)我們每次試驗的結(jié)果，在1年里先后制作了5個不同產(chǎn)品，到第5個產(chǎn)品才達標定型?！饼埨酌髡f，“研發(fā)期間，液壓站的設(shè)計方案大修改有3次，這是因為南方科技大學對外觀結(jié)構(gòu)及散裂中子源科學中心對安裝空間要求較嚴格，液壓站體積必須盡量縮小，每次改動就意味著整體結(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)進行試驗。”
江涌，桂冶公司產(chǎn)品開發(fā)部工程師，負責液壓站的液壓結(jié)構(gòu)及伺服控壓裝置設(shè)計制作工作。“以前從未做過類似設(shè)備，在參與項目初期，我多方查閱技術(shù)資料，但可供借鑒的信息十分有限?！彼f，在進行多次理論計算后，終于研制出了一臺伺服控壓裝置的原型機。經(jīng)過無數(shù)次的測試、發(fā)現(xiàn)問題、再次計算、修改、再次測試……原型機終于達標定型。
5年來，項目組的每一個人都付出了巨大的心血。
作為真三軸壓機研發(fā)項目專家團隊首席科學家，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方向擰入更科學，他都要反復(fù)過問。專家團隊還多次到桂冶公司實地采集每一個環(huán)節(jié)的實驗數(shù)據(jù)，專家組成員王培博士甚至長期住在桂林，與真三軸壓機項目桂冶公司團隊成員一起夜以繼日奮戰(zhàn)在生產(chǎn)車間。
2023年10月21日，真三軸壓機正式下線，項目組全體成員的努力終于有了收獲。
03
真三軸壓機的研發(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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真三軸壓機下線后，經(jīng)過一段時間的內(nèi)部測試，今年1月下旬，桂冶公司將設(shè)備運輸?shù)缴⒘阎凶釉纯茖W中心的高壓中子譜儀BL15線站（以下簡稱“實驗室”）。
“實驗室的相關(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進實驗室，其中，單件重量超過2噸的部件也是大家用手動拖車等設(shè)備搬運到位的。”龍雷明說。
為確保設(shè)備不被腐蝕，實驗室內(nèi)部必須一直保持干燥，嚴禁工作人員進入實驗室時攜帶飲用水，要喝水只能在實驗室外的指定區(qū)域。“散裂中子源科學中心內(nèi)部管理非常嚴格，設(shè)有嚴格的門禁，進出不便。設(shè)備組裝期間，大家都主動加班加點，減少喝水次數(shù)，長時間待在實驗室里工作。7個人的組裝團隊中有5人出現(xiàn)不同程度的唇裂、咳嗽、發(fā)燒?！饼埨酌髡f。
南方科技大學前沿交叉科學研究院院長助理朱金龍認為，真三軸壓機的研發(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，是我國首臺能同時產(chǎn)生超高壓、高溫、偏應(yīng)力的大科學裝置。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、巖石力學、地震模擬、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，有助于推動我國基礎(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為契機，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為代表的金剛石（鉆石）生產(chǎn)裝備，加強新型大腔體鍛造式六面頂液壓機的研制，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)展貢獻力量。
