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科学研究
研究成果

序号

成果名称

成果形式

第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

1

冶金高频液压控制伺服元件关键技术及应用

获奖、专利

武汉科技大学

陈奎生(1

2013

简要先容代表性研究成果的主要内容、实验室人员在其中的主要创新贡献以及成果的国内外学术影响。(600字以内)

液压伺服系统作为大功率、高精度自动化装备的控制中枢,其关键元件是伺服液压缸和电液伺服阀,被国家中长期科学和技术发展规划纲要列为优先发展主题。传统密封圈式伺服缸,其摩擦特性严重影响高速和低速两个区段性能,严重影响系统控制精度;同时系统响应受制于伺服阀的动态特性,阀的抗污染能力弱,导致系统失效和事故,无法满足新一代高精度轧制、高速振动控制等高端生产工艺要求。

主要创新贡献:

1)发明了自补偿变间隙密封技术及活塞杆差压式油膜支承技术。建立起能自动适应压力变化的可变密封间隙。通过差动减压式油膜支承技术,实现了活塞杆压力支承和偏载自动均压,解决了摩擦与泄漏矛盾。

2)针对伺服阀70%以上故障源于小孔堵塞,同时在大惯量对象系统中不易稳定的突出问题,发明了伺服阀抗污染技术和动压-力反馈全系统镇定技术,实现了电反馈校正所达不到的动、静态性能同时提高的效果。

3)提出了模拟钢种轧制的原型负载加载的万吨级弹塑性负载下的伺服液压缸试验技术,开发出成套试验设备及App包,解决了轧机伺服缸在接近真实工况下动、静态特性试验的难题,提升了高端伺服元件及系统开发能力。

为国内建立7个液压试验中心,起草国家标准《比例/伺服控制液压缸的试验方法》。项目成果在40多家企业的应用,推动了我国液压伺服系统水平提升和钢铁行业技术进步。授权发明专利10项,App著作权2项,直接经济效益1.51亿元。

佐证材料:

1、陈奎生,冶金高频液压控制伺服元件关键技术及应用,国家科技发明二等奖

2、陈新元,湛从昌,郭媛等,大型伺服液压缸带载活塞偏摆测试系统及其测试方法,国家发明专利,专利号:ZL201010515984.9

3、涂福泉,傅连东,陈奎生等,一种复合式流量阀,国家发明专利,专利号:ZL201110145809.x

4、涂福泉,陈奎生,傅连东等,一种复合式高频大流量伺服阀,国家发明专利,专利号:ZL201110145806.6

5、曾良才,陈善雄,陈新元等,一种双级伺服液压缸,国家发明专利,专利号:ZL201110149503.1

6、湛从昌,陈奎生,曾良才等,一种液压系统用复合型过滤器,国家发明专利,专利号:ZL201210296142.8

7、陈奎生,邓江洪,曾良才等,大型液压缸高频带载频率特性测试装置及其测试方法,国家发明专利,专利号:ZL201310075337.4

8、湛从昌,陈新元,陈奎生等,一种低摩擦动静压支承导向液压缸,国家发明专利,专利号:ZL201410144495.5

9、湛从昌,陈奎生,龚彩云等,一种速度变换双活塞串联液压缸,国家发明专利,专利号:ZL201410137680.1

序号

成果名称

成果形式

第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

2

热连轧机组状态监测与故障诊断技术及应用

获奖、论文

武汉科技大学

吕勇(1

2013

大型连轧机组具有高速、重载、生产线长、作业区域广、工作环境恶劣等特点,对其设备健康状态监测和故障诊断具有很大的研究价值。实验室人员通过研究热连轧机组状态检测系统的开发及应用、多传感器信息融合、基于非线性的故障特征提取及故障预测等一些关键技术,针对大型连轧机组建立了实用、可靠的状态监测和故障诊断系统。

主要创新贡献:

1)针对钢铁流程工业机组生成线长、作业区域广等问题,研发出一套基于OPCCORBAInternet/Intranet的分布式远程状态监测系统,实现设备特征信号数据的跨线程、长距离和长时间实时稳定传输;

2)对于冶金设备故障信号的非线性、非平稳以及早期微弱故障淹没在强背景噪声等特点,提出了基于相空间重构的局部投影降噪算法和主流行识别算法,从而有效地从设备状态数据中提取出有用信息,为设备的故障监测和诊断提供理论基础;

3)开发了一套精轧机组甩尾在线监测与报警系统,该系统对采集的机组声音信号采用数学形态谱分类方法进行分析计算,准确判断带钢是否发生甩尾现象,并对可能出现的故障进行预先报警处理。

研究成果为大型连轧机组建立实用、可靠的状态监测与故障诊断系统,从而实现生产线连续稳定生产,提高产品质量,避免重大停产事故,创造了良好的经济效益和社会效益,为设备的预知维修与健康管理提供技术支撑。发表论文50余篇,其中SCI/EI收录30余篇,与宝武、湘钢等大型国有钢铁企业签订企业合同10余项,创造直接经济效益1.5亿余元。

佐证材料:

1、吕勇,热连轧机组状态监测与故障诊断技术及应用,湖北省科技进步一等奖

2Yong Lv, Rui   Yuan, Gangbing Song. Multivariate empirical mode decomposition and its   application to fault diagnosis of rolling bearing[J]. Mechanical Systems and   Signal Processing, 2016, 81: 219-234.

3Yong Lv,   Qinglin Zhu, Rui Yuan. Fault diagnosis of rolling bearing based on fast   nonlocal means and envelop spectrum[J]. Sensors, 2015, 15(1): 1182-1198.

4Yong Lv, Bo He,   Cancan Yi. 2366. 2366. A novel scheme on multi-channel mechanical fault   signal diagnosis based on augmented quaternion singular spectrum analysis[J].   Journal of Vibroengineering, 2017, 19(2).

5Yong Lv, Jie   Luo, Cancan Yi. Enhanced Orthogonal Matching Pursuit Algorithm and Its   Application in Mechanical Equipment Fault Diagnosis[J]. Shock and Vibration,   2017.

6Cancan Yi, Yong   Lv, Zhang Dang. Quaternion singular spectrum analysis using convex   optimization and its application to fault diagnosis of rolling bearing[J].   Measurement, 2017, 103: 321-332.

7Cancan Yi, Yong   Lv, Zhang Dang, Han Xiao. A novel mechanical fault diagnosis scheme based on   the convex 1-D second-order total variation denoising algorithm[J]. Applied   Sciences, 2016, 6(12): 403.

8Cancan Yi, Yong   Lv, Han Xiao, Zhang Dang. Research on the Blind Source Separation Method   Based on Regenerated Phase-Shifted Sinusoid-Assisted EMD and Its Application   in Diagnosing Rolling-Bearing Faults[J]. Applied Sciences, 2017, 7(4): 414.

9Cancan Yi, Yong   Lv, Mao Ge, Xun Yu. Tensor singular spectrum decomposition algorithm based on   permutation entropy for rolling bearing fault diagnosis[J]. Entropy, 2017,   19(4): 139.

序号

成果名称

成果形式

第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

3

低硫洁净钢脱硫关键技术

获奖、专利、论文

武汉科技大学

但斌斌(2

2014

瞄准国家能源输送和高效电机开发中急需的特殊品种钢,通过超低硫冶炼机理研究,工艺开发和装备集成创新,成功的开发出超低硫冶炼关键工艺技术,建设了铁水预处理-转炉-RH真空处理节奏紧凑的流程生产线,稳定开发出硫含量低于7ppm的系列特殊品种钢并实现产业化。

主要创新贡献:

1)针对KR技术在超低脱硫时效率较低、后渣返硫严重等问题,通过全新设计的搅拌装置,实现了液压偏心搅拌与气体喷吹复合控制,形成穿透障碍层的楔形气液动湍流效应,控制钙硅化合物障碍聚集;发现铁熔体涡井和停滞流区对离子扩散的重要影响,建立超低硫冶炼三相反应动力模型,开发了振动搅拌控制系统,实现离子的扩散控制和反应加速,显著提高脱硫效率。通过顶吹排渣控制,解决了铁水预处理一次深脱硫和扒渣铁水损失之间的矛盾;

2)针对超低硫冶炼中存在的多炉次生产不稳定、低硫命中范围波动等问题,开发了基于智能学习的联控脱硫技术及系列工艺模型,发明了RH真空在线布置装置,取消了传统的混铁工序,实现了铁水预处理-转炉-RH真空处理三工序一键智能联控及流程优化。

超低硫冶炼关键工艺技术已在国内多家大型钢铁企业应用,在超低硫特殊品种钢生产中取得了突破性进展,实现了高效、稳定、低成本的超低硫冶炼,提升了我国超低硫冶炼工艺及控制装备水平,促进了我国钢铁和相关行业技术跨越和产业升级。发表学术论文20余篇,授权发明专利2项,实用新型专利2项,App著作权4项。

佐证材料:

1、但斌斌,低硫洁净钢脱硫关键技术,湖北省科技进步一等奖

2、但斌斌,容芷君,陈奎生等,一种KR脱硫用桨式搅拌器的叶片磨损评估方法,国家发明专利,专利号:ZL201410211746.7

3、陈奎生,肖林伟,但斌斌但斌斌,肖林伟,陈奎生等,一种KR脱硫铁水液面高度测量系统及其使用方法,国家发明专利,专利号:ZL201410208174.7

4、但斌斌,容芷君,陈奎生等,一种铁水脱硫喷枪装置,国家实用新型专利,专利号:ZL201520993835.1

5、徐杰,但斌斌,王期纶等,KR脱硫搅拌器叶片内部应变测量装置,国家实用新型专利,专利号:ZL201720086566.X

6、但斌斌,KR脱硫工艺参数智能计算系统,计算机App著作权,软著登记号:0718498

7、但斌斌,KR一键脱硫自动控制系统,计算机App著作权,软著登记号:0592216

8、但斌斌,炼钢生产过程数据一体化应用系统V1.0,计算机App著作权,软著登记号:1600168

9Xiao Linwei,   Chen Kuisheng, Dan Binbin, et al. Numerical study of flow field on molten   iron desulfurization with mechanical stirring. Advances in Mechanical   Engineering, 2016, 8(7).

10Xiao Linwei,   Chen Kuisheng, Dan Binbin, et al. Aided position method based on gravity   gradient full tensor fusion matching. Proceedings of SPIE - The International   Society for Optical Engineering, 2013, 8921(6): 909-927.

序号

成果名称

成果形式

第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

4

复杂服役条件先炉衬构件长寿化关键技术

获奖、专利、论文

武汉科技大学

孔建益(1

2015

炉衬构件是高温装备中的核心关键部件,广泛应用于冶金、航空航天、国防等领域。传统的炉衬构件设计方法偏重于材料本身的结构设计和功能提升,对机械破坏研究不足,仍处于经验估算+运行调整的状态,导致处于复杂服役条件下的炉衬构件的使用寿命短、损耗量大。针对高品质钢冶炼用炉衬构件功能和寿命的需求,对复杂服役条件下炉衬构件长寿化关键技术进行了研发,突破了炉衬构件传统设计模式,实现了炉衬构件机械设计与材料设计的有机统一,形成了面向多种损伤形式的炉衬系统化设计技术,开发了多种长寿命炉衬构件。

主要创新贡献:

1)基于耐火材料微观结构特征,应用分形理论对材料微观结构随机形态进行描述,提出了耐火材料高温物性参数推演方法,实现了对材料高温物性参数的预测;

2)开发了基于微观结构分形设计的耐火材料制备技术,提高了透气砖的耐高温性能和使用寿命;

3)通过扩展分析炉内燃烧及固气相流动变化规律,深入研究了流场-温度场-应力场之间的多场耦合机理,研发的炉衬多场耦合扩展分析技术,有效地提高了炉衬服役性能的分析计算精度。

通过关键技术的突破,改变了传统的设计模式,实现了炉衬构件精确化、长寿化设计及工业应用,有力地推动了我国高温装备行业和耐火材料行业的技术进步。授权发明专利8项,发表论文28篇,取得经济效益2.64亿元。

佐证材料:

1、孔建益,复杂服役条件先炉衬构件长寿化关键技术,湖北省科技进步一等奖

2、姜繁智,孔建益,欧阳德刚等.蓄热式烧嘴热应力场数值模拟与破损机理分析[J].现代制造工程,2013(6)111-115

3、聂海金,孔建益,王兴东等.蓄热式烧嘴的有限元分析及结构优化[J].耐火材料,2013(5)355-357361

4、尹传琦,孔建益,汤勃等. 含钒页岩回转窑燃烧器数值模拟研究[J]. 机械设计与制造,2014691-94

5  杨威,邹光明,李萍等. 含钒页岩焙烧用回转窑温度场数值仿真研究[J].计算机仿真,20142(31)320-324

6  邹光明,杨威,李萍等. 含钒页岩焙烧用回转窑热应力分布的研究[J]. 铸造技术,20147(35)1553-1555

7、朱再林,孔建益,刘军伟等. 基于Simulink的含钒页岩提钒回转窑燃烧系统控制方法的研究.制造业自动化,20141(36)39-43

8、孔建益,幸福堂,黄毫军等,一种用于石煤提钒的扩口型回转窑,国家发明专利,专利号:ZL201310547038.6

9、孔建益,吴宗武,侯宇等,一种恒温恒pH值的石煤提钒搅拌浸出槽,国家发明专利,专利号:ZL201310355179.8

 

 

序号

成果名称

成果形式

第一完成

单位

实验室参加人员姓名(排名)

成果产生年度

5

连铸结晶器智能加渣机器人

获奖、专利

武汉科技大学

陈新元(1

2016

结晶器是连铸机的咽喉,其开放的矩形熔腔内液态钢水表面必须连续投撒颗粒状保护渣。我国钢企普遍采用人工投渣,工况恶劣、随意性大、质量不稳;目前,少数钢企探索引进德国自动加渣装备或自主研发,但存在设备体积大、投渣盲区大、渣料破碎损耗高、投渣量无法自适应调节等严重设备和工艺缺陷,无法适应钢铁行业产品升级的需求。

主要创新贡献:

1)突破国外双摆杆式结构,发明了双摆杆+凸轮同步平动补偿的平摆复合驱动一体化传动装置。能便捷实现双送料管摆动过程中凸轮随动完成纵向平动补偿,对传统弧形布料区进行矩形化校正,布料盲区≤1%。整机长度3975mm,宽度1050mm

2)针对渣料破碎损耗高及送料效率低的突出问题,发明了分段式非线性螺旋送料技术。螺旋入口段采用变径变螺距方式,调节进口料流为层流,避免涡旋耗散,减少堆挤翻滚破碎,提高进料效率;中间段采用反挠度叶片轮廓曲线,抵消细长螺旋轴因重力下挠形成的楔形间隙,同时叶尖采用刃口,减小研磨面积,破除碾压破碎的条件,渣粒破碎率≤4.7%;出口段螺旋升角、螺距与管端出口倾斜度、宽度四参数优化匹配,实现帘状均匀落料,线密度≥3线/ mm

3)基于渣厚数字云图反馈的三参数智能控制按需投渣技术。

成果项目顺应《中国制造2025紧扣关键岗位机器人替代导向,已在武钢等主流冶金企业应用;推动了我国连铸自动化水平提升和钢铁行业技术进步。授权发明专利授权6项,App著作权登记2项,经济效益1054.26万元

佐证材料:

1、陈新元,连铸结晶器智能加渣机器人,湖北省技术发明二等奖

2、陈新元,谢剑刚,杨文军等,一种用于连铸结晶器的自动加渣机,国家发明专利,专利号:ZL201110362343.9

3、陈新元,谢剑刚,陈奎生等,一种双管自动加渣机,国家发明专利,专利号:ZL201110032085.8

4、陈新元,束智伟,詹小辉等,一种螺旋输料型自动加渣机,国家发明专利,专利号:ZL 201510561924.3

5、陈新元,束智伟,詹小辉等,一种宽板坯结晶器用双管自动加渣机,国家发明专利,专利号:ZL 201510174589.1

6、高荟超,陈新元,郭凯等,一种结晶器保护渣厚度自动测量方法及装置,国家发明专利,专利号:ZL 201610729682.9

7、束智伟,陈新元,詹小辉等,一种结晶器保护渣螺旋送料装置,国家发明专利,专利号:ZL 201510174585.3

8、谢剑刚,陈新元,张喆等,一种连铸结晶器保护渣自动加渣装置,实用新型专利,专利号:ZL201120031609.7

9、陈新元,双管自动加渣机控制App系统,计算机App著作权,软著登记号:2015SR077416

10、陈新元,结晶器保护渣厚度检测App系统,计算机App著作权,软著登记号:2016SR174545


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