杨华勇

[摘要] 1989年3月回国后一直在浙江大学从事电液元件及系统基础理论和关键技术研究。主要创新业绩包括:突破了盾构压力稳定性控制、载荷顺应性设计和姿态预测性纠偏关键技术,使我国盾构技术进入国际先进行列;攻克了液压电梯位置与速度精确控制、势能高效回收关键技术,在技术高起点上推动了液压电梯产业在中国的形成。他是国家杰青基金获得者、教育部长江特聘教授、973项目首席科学家(两任),曾获国家科技进步一等奖1项(排1)、二等奖1项(排1)。

1主要工作履历

杨华勇1988年3月毕业于英国巴斯大学,获博士学位,1989年3月回国后一直在浙大大学流体动力与机电系统国家重点实验室从事电液元件及系统基础理论和关键技术研究,曾任实验室主任(1997-2001年)。2001年负责组建国家电液控制工程技术研究中心,成立至今一直任中心主任,并以优秀的成绩通过验收和评估。他是国家杰出青年基金获得者、教育部长江特聘教授,两次担任973项目首席科学家,已培养博士30名(全国优博提名2名)、博士后8名。

他组建和扩大自己的科研团队,同时重视研究成果的转化,坚持与相关龙头企业开展长期稳定的产学研协同创新,逐步形成了“理论-元件-系统-装备-应用”为特色的良性循环。

2主要创新业绩

近30年他一直在教学科研一线,从事电液控制方面的理论研究、基础元件和系统开发、盾构与液压电梯关键技术研发以及工程化等工作,成果得到全面应用,积聚和培养了一支稳定的产学研队伍,形成“理论-元件-系统-装备-应用”链的良性循环,走出一条自主研发的成功之路,取得社会经济效益显著。曾获国家科技进步一等奖1项(排名第1)、二等奖1项(排名第1)、省部级一等奖4项(3项排名第1、1项排名第3),获授权发明专利129项,出版专著3本,发表SCI论文52篇、EI论文131篇。

主要学术贡献包括:

1)突破盾构压力稳定性控制、载荷顺应性设计和姿态预测性纠偏基础理论与关键技术,解决掘进过程失稳、失效、失准三大国际难题,使我国盾构整体技术达到国际先进水平。

盾构是地铁、公路和国防等基本建设必需的大型复杂机电装备,涉及的基础理论和关键技术难度高。90年代始,我国对盾构需求激增,有关理论和技术研究刚起步,国外技术垄断、产品依赖进口,而且国外技术也不完善,在隧道掘进中工程事故时常发生,造成人员伤亡、装备损坏、工程延期。这些事故80%主要是由掘进界面失稳引起地面塌陷、载荷突变使关键部件失效、方向失准造成掘进偏离设计轴线所造成的。

(1)针对隧道失稳难题,开展压力稳定性控制研究。找出掘进中界面失稳根本原因是盾构密封舱内压力不能与舱外随时变化的水土压力保持平衡,揭示了密封舱内压力分布受多相连续流动介质的流速、压差、摩擦和进出土量等因素影响的规律,建立了密封舱压力与水土压力映射关系模型,提出了舱内外压力动态平衡控制方法,所研制的密封舱压力动态平衡控制系统,使密封舱压力控制精度大幅度提高,有效避免了盾构掘进时因密封舱压力失稳导致地表变形的问题。

(2)针对装备失效难题,开展载荷顺应性设计研究。找出关键部件失效根本原因是突变载荷对盾构装备的冲击,提出液压系统顺应性定义,构建基础元件如泵、控制阀、管道和液压缸等的顺应性数学模型,建立电液系统顺应性设计理论、方法及评价指标体系,开发出相应设计软件,发明了电液驱动系统顺应性设计技术,研制成功推进及刀盘驱动系统。由此使突变载荷对装备的冲击降低30%,产品故障率降低,掘进速度明显提升。

(3)针对方向失准难题,开展姿态预测性纠偏研究。找出掘进方向失准根本原因是刀盘局部偏载导致盾构姿态偏离设计轴线,提出了姿态预测性纠偏方法,建立了电液系统压力、流量和掘进界面载荷分布映射模型,发明盾构推进压力/流量复合纠偏技术,研制出压力流量复合控制的电液推进纠偏系统。由此使掘进方向控制准确和大曲率转弯时盾构姿态调整灵活,隧道掘进轴线偏差明显降低,盾构允许的最小转弯半径显著减少。

牵头论证我国盾构发展战略,凝练了相关科学和技术问题,在省科技计划、国家自然科学基金、国家863计划和国家973计划的支持下,与企业合作完成了上述三项创新技术成果的实用化,突破了土压、泥水和复合全部类型盾构的核心技术,支撑了上海隧道、中铁隧道和中铁装备等5家国内龙头企业对盾构装备的自主设计制造,批量产品整体技术水平达到国际先进,使我国继欧美日后进入盾构技术先进国家行列。

“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化”获2012年度国家科技进步一等奖(排名第1);出版专著《土压平衡盾构电液控制技术》。

2)攻克液压电梯速度与位置精确控制、势能高效回收关键技术,在7家国内电梯龙头企业得到成功应用。

液压电梯广泛应用于机场、车站、舰船、地铁、商场和中低层住宅等,占国际电梯市场40%以上,尤其是大吨位液压货梯(如运送汽车、火车、飞机等)不可替代。90年代起,我国对液压电梯需求大增,因缺乏核心技术,进口产品价格昂贵、服务不到位,影响安全和性能。他带领国内电梯龙头企业率先开展液压电梯的研发,攻克电液控制系统关键技术难题。

(1)针对液压电梯速度精确控制难题,建立变液容、变阻尼和变载荷的大惯量系统非线性数学模型,提出基于电机转速、泵的转速和轿厢速度多级反馈的复合控制方法,发明液压电梯电液比例流量集成阀,显著提高了液压电梯速度控制精度和乘坐舒适感。

(2)针对液压电梯停层位置精确控制难题,建立基于温度和压力变化的内泄漏流量数学模型,提出减速停靠阶段的局部闭环控制方法,实现基于时间和位置混合设计的电梯无平层控制,使液压电梯的停层位置精度大幅提高,明显改善了电梯的安全性。

(3)针对液压电梯势能高效回收难题,提出能量回收变转速泵控容积调速方法,发明带蓄能器容积调速势能高效回收技术,研制出液压电梯变转速电液控制系统,实现驱动和负载的最优功率匹配。与国外阀控系统比,产品装机功率仅为原来的33%和运行能耗原有的40%。

他带领国内电梯龙头企业完成了对三代8种型号25个规格液压电梯的开发和量产,参与国家标准的制定,在技术高起点上形成了我国液压电梯产业。

“电液比例节能型电梯液压速度控制技术”获2003年度国家科技进步二等奖(排名1),出版专著《液压电梯》。

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