12月1日，由中國計（jì）量科學研究院（以下簡（jiǎn）稱“中國計量院”）牽頭承擔的“十二五（wǔ）”國家重大儀器專項項目“高端動力裝置扭矩和（hé）速度測量儀器設備的研發與（yǔ）應用”在中國計量院昌平院區通過了科技部組（zǔ）織的（de）專（zhuān）家驗收。項目建立了包括20 kN?m高準確度大扭矩標準裝置、雙（shuāng）天線（xiàn）雷達測速儀、加速度計動態特性校（xiào）準裝置在內的成套科學儀器，攻克了空氣軸承製造、無擾動質量參（cān）數測量等關（guān）鍵核心技術，大幅提高了我國高（gāo）端動力裝置的關鍵參數測量能力，為我國軌道交通、高端船舶等核心動力部件（jiàn）的自主設計製造和產業化開發提（tí）供（gòng）了全（quán）套解決方案，實現了以高新（xīn）技術引領相關裝備製造業的轉型升級。

圖1 項目綜合驗收會現場

       高端動（dòng）力裝備是先進交通運輸設備、大（dà）型發電（diàn）設備和精密加工機械等重大（dà）成套技術裝備的心髒，在（zài）裝備製造業中占有（yǒu）舉足輕重的（de）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（jiàn）的扭矩、轉速等關鍵參數進行準確測量。目前，我國高端動力裝備在設計、製造對扭矩、轉速等關鍵參數的測量仍然依賴於（yú）進口高端（duān）儀器（qì）。這（zhè）嚴重製約了我國高速列車（chē）轉向架（jià）、大型船舶推進係統、航空發動機、風力發（fā）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（zhōng）國計量院（yuàn）在“十二五”國家重大儀器專項的支持下，針對高端動力（lì）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（yán）究。

       據項目負責人，中國計量（liàng）院力學與聲學計量（liàng）研究（jiū）所所（suǒ）長張躍研究員介紹，以大型艦船為例，其推進係統的傳動主軸通常需要承受幾十千牛米的扭矩。艦船快速（sù）機動時，瞬時扭矩甚至可高達（dá）十幾（jǐ）萬牛米。如（rú）果不能對扭矩（jǔ）、速度進行快速高準（zhǔn）確（què）度測（cè）量（liàng）和（hé）控製，將損傷傳動主軸、降低裝備使用壽命，嚴重時（shí）可直接導致主軸（zhóu）失效（xiào）。

       2012年（nián），中國計（jì）量院在近（jìn）四十年（nián）的扭矩計量經驗基礎上（shàng），經反複論證，提（tí）出了基於新型結構的20 kN?m高精度大扭矩標準裝置設計方案。

       “為減小支撐部（bù）件帶來的（de）摩擦扭（niǔ）矩、提高測量準確度，我（wǒ）們選擇采用（yòng）靜壓空氣軸承來替代傳統的刀口支（zhī）撐。但承載力高達20 kN?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（cǐ），中國計量（liàng）院與（yǔ）合作單位專門就靜壓空氣（qì）軸承製造（zào）工（gōng）藝展（zhǎn）開了重點（diǎn）攻關。經近4年（nián）的努力，項目組克服了材料處理、幾何量測量、精密（mì）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製，使我國空氣軸承製造技術水平全麵超越進口產品，不僅承載能力高、支（zhī）撐狀（zhuàng）態穩，而且更加（jiā）節能。

       除減小軸承支撐（chēng）部分引入的不確定（dìng）度分量外，該裝置還充分考慮了（le）力臂、砝碼等分量引入的（de）不確定度，研發出一係列具有自主知（zhī）識產權（quán）的力臂係統、懸掛係統、砝碼加載係統和扭平（píng）機構等精密機械和測控（kòng）係統（tǒng），並實現了扭矩測量過（guò）程的全自動控（kòng）製（zhì）。為保障砝碼量值（zhí）的準（zhǔn）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（zhì），首次在國內實（shí）現了最高2000 kg的F1等級砝碼的準確稱量。

       截至項目驗收時，20 kN?m高精度大扭（niǔ）矩標準裝（zhuāng）置的測量範圍達到了100 N?m~24 kN?m，不確定度（dù）優於0.002%（k=2），綜（zōng）合技術指標國際領先（xiān）。該裝置將我國扭矩基準裝置的測量（liàng）上限從5 kN?m擴大到24 kN?m，解決了高端動力裝備等（děng）對大扭矩量值的溯源問題，打破了大扭矩測量（liàng）儀器和空氣（qì）軸承等核心部件完全依賴（lài）進口的（de）局麵，為我國（guó）相關裝備的自（zì）主（zhǔ）設計研發提供了解（jiě）決方案和技術保障。

圖2 20kN?m高準（zhǔn）確度大扭矩標準裝置

       此外（wài），項目還成功研製了速度測量（liàng）範（fàn）圍（20~350 km/h）的雙天線雷達測速儀和加速度計動態特（tè）性校準裝置，為我國高速鐵路能力提升、國（guó）產汽車安全氣囊加速度（dù）計自主研發和產品化提供了重要技術支撐。

      目前，項目建立的大質量參數測量裝置已服（fú）務於國家863計劃項目燃料電池-氫（qīng）氣電池的能效（xiào）分析，空氣軸承（chéng）、扭矩標準裝置和安全氣囊加速度計校準裝置等也已（yǐ）形成麵向工程化、產（chǎn）業化的技術檔案，將持續驅動引領我國相關製造業提質升級和創新發展。（圖/文（wén）：陳杭杭）