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(xué)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://www.rfcv.cn/（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(xué)院高能物理研究所散裂中子源科學(xué)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(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(xué)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(xué)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。”龍雷明說，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(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(biāo)志著具有中國特色的鉸鏈?zhǔn)搅骓斠簤簷C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(xué)中心高級科學(xué)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(dāng)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(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(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)提供了強有力的研究平臺。
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(xué)科研副校長、真三軸壓機研發(fā)項目專家團隊首席科學(xué)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(xué)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(fù)責(zé)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(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(biāo)定型。”龍雷明說，“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(xué)對外觀結(jié)構(gòu)及散裂中子源科學(xué)中心對安裝空間要求較嚴(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(fù)責(zé)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。”他說，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(biāo)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(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方向擰入更科學(xué)，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(xué)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(yán)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(xué)中心內(nèi)部管理非常嚴(yán)格，設(shè)有嚴(yán)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。”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(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。
