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产学研协同创新深化绿色智能制造成果转化——广州大学绿色加工与灌溉装备研究中心主任刘晓初教授

2019-11-01

 

广州大学绿色加工与灌溉装备研究中心刘晓初教授长期从事轴承绿色智能制造、太阳能智能节水灌溉、机器人技术等研究,是广州大学机械制造及自动化学科带头人。他在科研过程中以智能控制为手段,强调绿色、低碳与智能制造相融合,围绕绿色智能制造开展研究,原创性、独创性地创建了可控强化研磨、预应力硬态切削、离心式超高速磨削等绿色制造理论系统;创新性提出机器人、智能强化研磨机、太阳能智能节水灌溉器等绿色设计与智能控制方法及理论;发明了表面改性耐磨合金材料和轴承等核心零部件、太阳能智能(自动)灌溉、表面自更新抗钝化干湿传感器材料、弧型外圆工件等新的设计与制造方法及装备等;研发了强化研磨机和太阳能自动灌溉器。刘教授通过产学研协同创新、成果转化,取得了显著的社会效益和经济效益,为我国四足机器人、高铁轴承国产化及智慧节水农业作出了突出贡献。

 

1 研发强化研磨高性能设计与微纳制造新技术

在金属材料及高端装备关键核心零部件强化绿色设计与制造这一研究方向,面向金属材料尤其是工业机器人等高端装备核心零部件,采用刘晓初教授原创性提出的基于强化研磨新原理、新技术,针对关键核心零部件高精度、高速度、高承载、高可靠性等“四高”要求,开展创新性研究,成功地研发了数控强化研磨机和轴承强化研磨设备,实现材料及零部件接触表层的抗疲延寿、抵振抗蚀、耐磨减摩、可靠保精(高的可靠性和精度保持性)、增强改性的微纳精密加工,为我国高铁和工业机器人精密减速器轴承自主研发作了重要贡献,在机械工程、智能制造等领域中有望取得广阔的应用前景,推动我国工业机器人产业的发展。

2 提出滚动轴承现代设计方法及理论与先导制造技术

作为完整提出双列角接触球轴承、外凹内凸直线球轴承的设计和制造理论及方法的学者,刘晓初教授提出了强化研磨高性能微纳加工的新方法,从设计到制造方法及理论、制造工艺以及制造装备进行了一系列自主创新,成功研制出用于轴承套圈加工的轴承强化研磨机。取得“以车代磨硬切削和预应力硬切削”“超高速离心式无心磨削”“基于挤压-非圆加工”“强化研磨高性能微纳加工”等先导制造技术以及“基于理想游隙与精准额定静载荷的轴承”创新设计方法及理论等多项原创性成果,突破了传统的轴承设计与制造领域范畴,近10余年来在我国轴承行业得到了广泛的认可、推广及应用。

 

3 创新清洁生产及绿色智能制造技术

刘晓初教授是我国轴承行业率先提出预应力硬态干式绿色切削加工的拓荒者,也是原创性提出并建立富氮可控强化研磨、挤压-非圆加工、富氮水基超精加工、常温氮气流射硬态切削、超高速离心式磨削理论方法及技术体系的学者。通过多目标协同工艺与参数优化,采用干式硬车和富氮水基液替代煤油等介质,实现绿色、高效、节材精密加工高性能轴承制造,成功地研发了轴承强化研磨机,并在轴承、空调机、减速机生产等多家企业得到了应用。

 

4 太阳能智能节水灌溉装备及其控制技术

以节水农业与园林为研究对象,以智能灌溉为手段,针对农业生产、园林与绿化灌溉用水浪费和能耗大等弊端,围绕节能减害、节资增效和智能控制等问题,运用光机电一体化技术与给排水、农学等学科知识的交叉与融合,经过20年的探索,原创性提出了干深-时域的智能控制的灌溉方法及理论,颠覆传统灌溉,避免水分率控制灌溉湿不到根底、定时灌溉盲目性以及易病虫害及浪费水,丰富和发展了调亏灌溉理论,并总结为农民通俗易懂的“干要干够,湿要湿透”的灌溉要诀,产生显著经济效益,实现量化智能精准灌溉。自主创新研发了太阳能智能灌溉器、同步作业抽水与水处理系统以及水肥一体化灌溉系统等系列产品,在广州市神禹灌溉设备有限公司、南京神之禹灌溉设备有限公司等企业成功地产业化,解决农业作物节水节能节材、省工省肥省药、优质增产减害(病虫灾害、农药毒害及盐碱化害)等问题。

5 发展与规划

当今机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有较强的环境适应能力的方向发展。未来,刘晓初教授将着重开展机器人薄壁柔性套圈表面物理性能设计、可控强化研磨机器人轴承套圈双层复合结构形成机制、机器人减速机轴承与核心零部件可控强化研磨制造工艺三方面的研究,旨在通过解决减速机核心基础件“四高”性能瓶颈背后的核心科学问题,促使强化研磨基础研究理论成果走向实际应用,促进我国机器人制造工艺发展进步,为实现“工业强基”工程、建设粤港澳大湾区先进制造技术产业集群和国家机器人减速机智能制造转型升级贡献力量。

专家简介

     刘晓初,博士,博士生导师,广州市优秀专家(高层次人才)、岭南英杰、广州大学首批“广州学者”特聘教授。现任广州大学绿色加工与智能灌溉装备研究中心主任,广州大学先进制造技术研究院院长,广州大学机械制造及自动化学科带头人。主持国家自然科学基金项目(3项)、国家863计划课题(1项)、国家科技支撑计划子课题(1项)、国家农业科技成果转化引导资金项目(1项)及广东省产学研省部合作专项资金项目等科研项目共40多项;发表学术论文160多篇,其中SCIEI收录论文70多篇,出版著作2部。曾获国家和省部奖5项,其中“水肥一体化高效利用及太阳能智能灌溉”获2018年广东省农业技术推广一等奖。