我國高端動力裝置測量關鍵技術實現突破

　　日前，隨著中國計量科學研究院（以下簡稱中國計量院）牽頭承擔的“十二五”國家重大儀器專項項目“高端動力裝置扭矩和速度測量儀器設備的研發與應用”通過專家驗收，預示著我國高端動力裝置的關鍵參數測量能力實現大幅提高，將為我國軌道交通、高端船舶等核心動力部件的自主設計制造和產業化開發提供全套解決方案，實現了以高新技術引領相關裝備制造業的轉型升級。

　　高端動力裝備是先進交通運輸設備、大型發電設備和精密加工機械等重大成套技術裝備的心臟，在裝備制造業中占有舉足輕重的地位。為保障動力裝置的工作能力、效率、運轉壽命和安全性，必須對傳動軸等基礎部件的扭矩、轉速等關鍵參數進行準確測量。該項目負責人、中國計量院力學與聲學計量研究所所長張躍研究員以大型艦船為例說，其推進系統的傳動主軸通常需要承受幾十千牛米的扭矩。艦船快速機動時，瞬時扭矩甚至可高達十幾萬牛米。如果不能對扭矩、速度進行快速高準確度測量和控制，將損傷傳動主軸、降低裝備使用壽命，嚴重時可直接導致主軸失效。

　　據了解，目前，我國高端動力裝備在設計、制造中，對扭矩、轉速等關鍵參數的測量仍然依賴于進口高端儀器。這嚴重制約了我國高速列車轉向架、大型船舶推進系統、航空發動機、風力發電機組等高端裝備核心部件的完全自主設計和研發。為此，中國計量院在“十二五”國家重大儀器專項的支持下，針對高端動力裝備對轉矩、速度等關鍵參數的測量需求，展開了對相關科學儀器的研發與應用研究。

　　2012年，中國計量院在近40年的扭矩計量經驗基礎上，經反復論證，提出了基于新型結構的20kN·m高精度大扭矩標準裝置設計方案。“為減小支撐部件帶來的摩擦扭矩、提高測量準確度，我們選擇采用靜壓空氣軸承來替代傳統的刀口支撐。但承載力高達20kN·m的空氣軸承，當時即使是德國也不具備加工能力。”張躍介紹說。

　　為此，中國計量院與合作單位專門就靜壓空氣軸承制造工藝展開了重點攻關。經近4年的努力，項目組克服了材料處理、幾何量測量、精密加工和裝配等難題，實現了大尺寸、超高精度、超低摩擦扭矩空氣軸承的自主研制，使我國空氣軸承制造技術水平全面超越進口產品，不僅承載能力高、支撐狀態穩，而且更加節能。

　　除減小軸承支撐部分引入的不確定度分量外，該裝置還充分考慮了力臂、砝碼等分量引入的不確定度，研發出一系列具有自主知識產權的力臂系統、懸掛系統、砝碼加載系統和扭平機構等精密機械和測控系統，并實現了扭矩測量過程的全自動控制。為保障砝碼量值的準確可溯源，項目組還自主研發了一套高準確度大質量參數測量裝置，首次在國內實現了最高2000kg的F1等級砝碼的準確稱量。

　　截至項目驗收時，20kN·m高精度大扭矩標準裝置的測量范圍達到了100N·m~24kN·m，不確定度優于0.002%（k=2），綜合技術指標國際領先。該裝置將我國扭矩基準裝置的測量上限從5kN·m擴大到24kN·m，解決了高端動力裝備等對大扭矩量值的溯源問題，打破了大扭矩測量儀器和空氣軸承等核心部件完全依賴進口的局面，為我國相關裝備的自主設計研發提供了解決方案和技術保障。

　　項目還針對速度、加速度參數，成功研制了速度測量范圍（20~350km/h）的雙天線雷達測速儀和加速度計動態特性校準裝置，為我國高速鐵路能力提升、國產汽車安全氣囊加速度計自主研發和產品化提供了重要技術支撐。

　　據悉，目前，項目建立的大質量參數測量裝置已服務于國家863計劃項目燃料電池-氫氣電池的能效分析，空氣軸承、扭矩標準裝置和安全氣囊加速度計校準裝置等也已形成面向工程化、產業化的技術檔案，將持續引領我國相關制造業自主創新水平，驅動“中國速度”向“中國質量”轉變。