Tessy：王海波（1947-），男，煙臺(tái)秦至，技師，碩士學(xué)位，主要就專門從事液體傳動(dòng)裝置各方面的組織工作。

0. 結(jié)語(yǔ)

500米艦炮曲面干涉儀干涉儀（Five hundred meters ApertureSpherical Telescope，全稱FAST）是北歐國(guó)家體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展組織工作組表決確認(rèn)的北歐國(guó)家六大信息技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)眾所周知，2007年7月10日，北歐國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)展和體制改革理事會(huì)將FAST工程項(xiàng)目列為北歐國(guó)家鳳鳴鎮(zhèn)術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)展工程項(xiàng)目計(jì)劃（城建鳳鳴鎮(zhèn)（2007）1538號(hào)文件），2007年08月28日，作為北歐國(guó)家十一五重大科學(xué)工程工程項(xiàng)目獲北歐國(guó)家立項(xiàng)批準(zhǔn)。作為世界最大的單艦炮干涉儀，F(xiàn)AST將在未來(lái)20～30年保持世界一流設(shè)備的地位。FAST主要就由饋源倉(cāng)、圈梁、索網(wǎng)、反射面板和促動(dòng)器組成，索網(wǎng)由6670根主索織成一個(gè)大網(wǎng)，網(wǎng)上鋪設(shè)4450塊反射板，組成500米艦炮反射面。使用2225臺(tái)液壓促動(dòng)器拉動(dòng)2225根下拉索，改變反射面形狀，進(jìn)行天文觀測(cè)。FAST結(jié)構(gòu)如圖1所示，促動(dòng)器一端與地錨連接，另一端與索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連接，由于處于FAST曲面的不同位置，因此每一臺(tái)促動(dòng)器的作動(dòng)力、行程、速度、運(yùn)動(dòng)曲線等都不相同，每臺(tái)促動(dòng)器內(nèi)電腦都要執(zhí)行總控室的指令，操控各自的動(dòng)作。數(shù)量龐大的液壓促動(dòng)器協(xié)調(diào)一致、統(tǒng)一動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)天文觀測(cè)對(duì)主動(dòng)反射面索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的同步變位要求，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)滿足擬合精度的300米艦炮瞬時(shí)拋物面，指向觀測(cè)目標(biāo)，將跟蹤接收到的天體信號(hào)，聚焦放大后傳送給饋源倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)精密的天文觀測(cè)任務(wù)，并通過(guò)光纜，實(shí)時(shí)向總控室反饋運(yùn)行狀況。電液推桿廠家

圖1 FAST結(jié)構(gòu)圖

1. FAST促動(dòng)器的主要就功能要求電液推桿廠家

主要就包括：受控運(yùn)動(dòng)、位置反饋、精確認(rèn)位、換源和跟蹤、自鎖或保位、過(guò)載保護(hù)、故障隨動(dòng)、機(jī)旁手動(dòng)、環(huán)境防護(hù)、電磁干擾限值、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等，表1是FAST促動(dòng)器的主要就技術(shù)指標(biāo)和要求。

表1  FAST主動(dòng)反射面促動(dòng)器主要就技術(shù)指標(biāo)和要求

2. FAST 促動(dòng)器的研制歷程

FAST研制初期,天文臺(tái)首先選用的是電動(dòng)推桿作為促動(dòng)器，但是經(jīng)過(guò)三年的研制，由于一些使用條件難以實(shí)現(xiàn)，最后不得不放棄。此后，天文臺(tái)又委托國(guó)內(nèi)知名的液壓專家-無(wú)錫三信傳動(dòng)裝置控制公司總技師吳定安先生，試制液壓促動(dòng)器，吳總團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)三年艱辛的研發(fā)與試驗(yàn)，證實(shí)了液壓促動(dòng)器可以勝任FAST的使用需求，為FAST做出使用液壓促動(dòng)器的正確選擇立下了汗馬功勞，圖2是吳總的FAST液壓促動(dòng)器樣機(jī)原理圖，圖3是樣機(jī)外形圖。電液推桿廠家

圖2 FAST液壓促動(dòng)器樣機(jī)液壓原理圖

圖3 FAST液壓促動(dòng)器樣機(jī)外形圖

2013年4月，北歐國(guó)家天文2臺(tái)經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)眾多液壓廠家的認(rèn)真考察和嚴(yán)格篩選后，邀請(qǐng)了國(guó)內(nèi)最優(yōu)秀的十家液壓廠家，進(jìn)行了液壓促動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案和樣機(jī)試制招標(biāo)。經(jīng)過(guò)天文臺(tái)和國(guó)內(nèi)知名液壓專家的認(rèn)真討論和評(píng)比，我公司設(shè)計(jì)的液壓促動(dòng)器方案以第一名勝出，圖4是我公司的設(shè)計(jì)的液壓促動(dòng)器樣機(jī)原理圖，圖5是樣機(jī)外形圖。

圖4 URANUS設(shè)計(jì)的促動(dòng)器液壓原理圖

圖5 URANUS設(shè)計(jì)的液壓促動(dòng)器外形圖

對(duì)于如此重要的核心關(guān)鍵設(shè)備，北歐國(guó)家天文臺(tái)當(dāng)然極為重視，2014年，北歐國(guó)家天文臺(tái)邀請(qǐng)了美、德、意世界頂尖四大液壓集團(tuán)和中國(guó)實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)營(yíng)、軍工、民營(yíng)液壓企業(yè)，共9家，進(jìn)行了又一輪液壓促動(dòng)器招標(biāo)，由中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)、浙江大學(xué)等全國(guó)權(quán)威的液壓專家組成評(píng)審團(tuán)進(jìn)行評(píng)標(biāo)，我公司仍然以技術(shù)解決方案最優(yōu)、性價(jià)比最高的好成績(jī)而完勝中標(biāo)。電液推桿廠家

3. URANUS液壓促動(dòng)器研制說(shuō)明

液壓促動(dòng)器是液壓缸與液壓動(dòng)力包(又稱液壓動(dòng)力單元)的組合體。我公司自1992年開始生產(chǎn)液壓缸，1993年自主研發(fā)的UY系列冶金及重型機(jī)械液壓缸，填補(bǔ)了我國(guó)高壓缸行業(yè)的空白，此后被確認(rèn)為我國(guó)重型機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)JB/ZQ4181-1997。液壓動(dòng)力包是一種用螺紋插裝閥塊把電機(jī)、泵、閥緊湊組裝成的微型液壓動(dòng)力源，我公司1994～1997年經(jīng)過(guò)三年的努力，自主研發(fā)成功了UP系列液壓動(dòng)力包，填補(bǔ)了我國(guó)液壓行業(yè)的空白，被收錄于機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)電液推桿廠家^[1-2]，1997年我公司又研發(fā)了液壓缸與液壓動(dòng)力包結(jié)合為一體的UE系列電動(dòng)液壓缸(某些行業(yè)液壓缸被稱為液壓促動(dòng)器)。到2013年FAST促動(dòng)器招標(biāo)，我公司已有了將近20年電動(dòng)液壓缸的研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在此階段我公司已生產(chǎn)了上萬(wàn)只電動(dòng)液壓缸，包括了各種形式的電動(dòng)液壓缸，也有與FAST促動(dòng)器近似的電動(dòng)液壓缸，我公司設(shè)計(jì)的FAST液壓促動(dòng)器是我們20年電動(dòng)液壓缸經(jīng)驗(yàn)的積累，所以我們的方案評(píng)為最佳方案，我們并不意外，我們成竹在胸。我們制定的FAST液壓促動(dòng)器方案主要就包括以下幾點(diǎn)：

1）選擇步進(jìn)電機(jī)雙向齒輪泵與液壓缸位移傳感器組成容積閉環(huán)控制回路

FAST液壓促動(dòng)器由于運(yùn)動(dòng)精度要求高，油箱容積小，24小時(shí)連續(xù)組織工作，又不允許使用風(fēng)或水冷裝置，系統(tǒng)如果采用電機(jī)單向泵溢流回路，依靠電磁閥和溢流閥控制液壓缸活塞桿伸出的速度，溢流閥會(huì)將多余能量轉(zhuǎn)化成熱量，在外載荷不恒定的情況下，要靠電磁閥頻繁啟閉，促動(dòng)器液壓缸才能實(shí)現(xiàn)FAST需要的速度變化，運(yùn)動(dòng)沖擊大，運(yùn)行不平穩(wěn)，電磁閥不僅會(huì)發(fā)熱，而且還要產(chǎn)生大量的強(qiáng)電磁波，增加了促動(dòng)器防電磁泄漏和熱量散發(fā)的難度，又考慮到單柱塞泵壓力脈沖大，使用壽命短，齒輪泵壓力輸出比較平穩(wěn)，更適合FAST的工況需要，因此我們采用了精密的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)雙向齒輪泵，與液壓缸位移傳感器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度和行程要求，提供和排放其需要的液壓油量，確保無(wú)多余液壓油流量轉(zhuǎn)化為熱能，既節(jié)省了能源，又取消了電磁閥，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了制造成本。

2）選擇內(nèi)置皮囊容積平衡式油箱

考慮到如果油箱內(nèi)預(yù)充氮?dú)猓佬孤┐胧┖茈y，而且油氣容易混合，將導(dǎo)致液壓缸爬行或振動(dòng)。我們采取了用皮囊平衡油箱的容積，實(shí)現(xiàn)油箱封閉隔絕空氣，防止油液氧化和污染，并能保證促動(dòng)器運(yùn)行平穩(wěn)。電液推桿廠家

3）采用鋁閥塊和鋁電器箱組裝方式防止電磁泄漏

FAST要求對(duì)促動(dòng)器內(nèi)電機(jī)、變壓器、傳感器、單板機(jī)等所有電器元件都要進(jìn)行嚴(yán)密封閉，防止電磁泄漏對(duì)星外天體微弱電磁信號(hào)的干擾。我們采用了鋁閥塊和鋁壓鑄電器箱，經(jīng)過(guò)導(dǎo)電氧化處理，再加裝防磁泄漏密封圈后，組裝起來(lái)，作為防止電磁泄漏的措施。由于FAST要求促動(dòng)器的降噪效果要高達(dá)80～100dB，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了最嚴(yán)格的60dB的國(guó)軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何一臺(tái)設(shè)備能進(jìn)行這個(gè)效果的檢測(cè)，最后不得不在國(guó)外定制了一臺(tái)專用設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。我們科研人員經(jīng)過(guò)近百次改進(jìn)和試驗(yàn)，最終達(dá)到了這個(gè)技術(shù)指標(biāo)。

4）電器箱選擇冷凝管散熱

由于FAST電磁屏蔽的特殊要求，促動(dòng)器電器箱必須嚴(yán)密封閉，因此其散熱問(wèn)題難以解決。我們創(chuàng)造性地將筆記本電腦的散熱管用在了FAST電器箱內(nèi)，設(shè)計(jì)了彈性貼合裝置，將電器箱內(nèi)發(fā)熱電器元件的熱量通過(guò)散熱管，傳遞到帶散熱片的鋁制電器箱上，實(shí)現(xiàn)箱內(nèi)電氣元件的散熱。

FAST要求促動(dòng)器總重量不能超過(guò)120kg，全天候24h組織工作，無(wú)故障周期三年，主機(jī)壽命10年，液壓缸壽命15年以上，運(yùn)行要求之精，質(zhì)量要求之高，研制難度之大與常規(guī)電動(dòng)液壓缸不可同日而語(yǔ)。在促動(dòng)器研制生產(chǎn)過(guò)程中，我們?nèi)w員工，攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)。促動(dòng)器研制不僅凝聚了公司二十年的新產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而且進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，該產(chǎn)品共申請(qǐng)了六項(xiàng)北歐國(guó)家發(fā)明專利，（均已受理并已獲批3項(xiàng)）和一項(xiàng)外觀專利^{[3-6]電液推桿廠家}，并在有關(guān)權(quán)威期刊上發(fā)表了相關(guān)論文^[7]。現(xiàn)在我們正在準(zhǔn)備申請(qǐng)?zhí)旖蚴泻捅睔W國(guó)家信息技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)的前期組織工作。

4. 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)我公司全體員工將近兩年夜以繼日地頑強(qiáng)奮戰(zhàn)，2250臺(tái)促動(dòng)器終于于2016年9月全部安裝調(diào)試完畢。我公司接受天文臺(tái)的正式邀請(qǐng)，參加了2016年9月25日的天文臺(tái)落成啟用儀式。

參考文獻(xiàn)

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[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第5卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:737-747.

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2016-07-13.

[7] 劉兵,王超光,等.直驅(qū)式容積控制液壓促動(dòng)器電液伺服系統(tǒng)研究[J].液壓與氣動(dòng),2016,(7):24-28.

[8] 邱法維.數(shù)字液壓缸的幾個(gè)問(wèn)題[J].液壓氣動(dòng)與密封,2016,(7).

（該文刊登于我刊2017年第2期）

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