研究背景

新冠疫情爆發(fā)以來，呼吸機(jī)（如圖1所示）作為各大醫(yī)院必備的搶救設(shè)備之一，是延長(zhǎng)患者生命,為進(jìn)一步治療爭(zhēng)取寶貴時(shí)間的重要工具，在臨床急救和輔助治療中發(fā)揮著極其重要的作用。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)呼吸機(jī)的需求量猛增，現(xiàn)全球呼吸機(jī)需求至少1500萬臺(tái)，各國(guó)都在搶購(gòu)中國(guó)生產(chǎn)的呼吸機(jī)。

圖1 呼吸機(jī)結(jié)構(gòu)爆炸示意圖（圈注為微型精密比例閥）

中國(guó)盡管手握巨額海外訂單，但由于疫情導(dǎo)致的全球物流不暢、往返中國(guó)航班銳減等問題，中國(guó)呼吸機(jī)制造商擴(kuò)容增產(chǎn)并不容易，并且面臨著供應(yīng)鏈斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。為此，浙江省國(guó)防科技工業(yè)辦公室下發(fā)了“關(guān)于緊急尋找有關(guān)零部件生產(chǎn)企業(yè)的通知”，如圖2，通知上所列零部件中就包括比例流量閥。

圖2 相關(guān)文件

精密微型比例閥是呼吸機(jī)等需流量控制相關(guān)設(shè)備必不可少的關(guān)鍵元器件。我國(guó)呼吸機(jī)用精密微型比例閥幾乎全依賴進(jìn)口。精密微型比例閥的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，滿足呼吸機(jī)生產(chǎn)的配件需求，有助于打破國(guó)外對(duì)精密微型比例閥的技術(shù)壟斷，提升我國(guó)氣動(dòng)產(chǎn)品的整體水平，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

研究成果

微型比例閥的遲滯除了電磁鐵本身存在的滯環(huán)外，還受電磁力、摩擦力、彈簧力等諸多因素影響。目前世界上高端微型精密比例閥的遲滯性為15%，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品難以達(dá)到該精度。因此本研究以流量遲滯性作為研究對(duì)象，探究一種基于阻尼彈簧（即片簧）的精密控制方法及快速設(shè)計(jì)方法，為微型精密比例閥的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供一種新的思路。

本團(tuán)隊(duì)與星宇電子（寧波）有限公司合作研發(fā)及生產(chǎn)微型精密比例流量閥，聯(lián)合承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020科技助力經(jīng)濟(jì)）：微型精密比例閥關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范（項(xiàng)目編號(hào)：SQ2020YFF0417369）。目前已完成樣件試制及系列化開發(fā)，相關(guān)內(nèi)容如圖3~圖7所示。

項(xiàng)目至今已申請(qǐng)3項(xiàng)發(fā)明專利，分別為《呼吸機(jī)用雙碟簧式精密比例閥》，《呼吸機(jī)用雙碟簧式精密比例閥的比例控制方法》，《一種直動(dòng)式微小流量比例閥》其中前2項(xiàng)已授權(quán)。

1.調(diào)節(jié)桿 2,5,14,17.O形圈 3.圓柱彈簧 4.線圈繞組 6.上靜鐵芯  7.副片簧 8.下靜鐵芯  9.隔磁片 10.線圈導(dǎo)磁架 11.線圈骨架 12.套管 13.動(dòng)鐵芯 15.主片簧 16.密封組件 18.主閥體 19.工藝孔堵塞鋼珠

圖3 微型精密比例閥模型

圖4 技術(shù)路線

圖5 研究?jī)?nèi)容

圖6 阻尼彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖7 基于阻尼彈簧微型精密比例流量閥整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

研究團(tuán)隊(duì)

數(shù)字化智造聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有教師6人，研究生11人。團(tuán)隊(duì)以流體傳動(dòng)與控制技術(shù)在海洋工程裝備、塑性成形領(lǐng)域的應(yīng)用研究為重點(diǎn)，主要研究方向包括精密液壓/氣動(dòng)閥及系統(tǒng)開發(fā)、先進(jìn)塑性成形、高端裝備及人工智能、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造等。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人

劉文，男，博士畢業(yè)于北京交通大學(xué)，浙江萬里學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，香港理工大學(xué)訪問學(xué)者，寧波市拔尖人才，獲寧波市“科技追夢(mèng)人”稱號(hào)。主要圍繞精密流控技術(shù)、先進(jìn)塑性成形、智能裝備及人工智能等方面開展研究和產(chǎn)業(yè)化推廣。先后主持和參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)、應(yīng)急攻關(guān)項(xiàng)目1項(xiàng)、浙江省自然科學(xué)基金2項(xiàng)，寧波市科技創(chuàng)新2025重點(diǎn)專項(xiàng)2項(xiàng)，承擔(dān)企業(yè)委托課題30余項(xiàng)。先后發(fā)表論文20余篇，申請(qǐng)國(guó)家專利60余項(xiàng)；科研成果轉(zhuǎn)化3項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)年銷售3000余萬元。

部分主要團(tuán)隊(duì)成員

胡小雄，男，高級(jí)工程師，中國(guó)氣瓶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)氣瓶附件分會(huì)技術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)五金交電化工商業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)委員，寧波液氣密協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)，寧波市企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，寧波市五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者，寧波市奉化區(qū)勞動(dòng)模范。主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、電磁線圈及電磁閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)的“片式摩擦打滑機(jī)”獲技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)；主持研發(fā)的產(chǎn)品獲中國(guó)液壓件密封件協(xié)會(huì)“行業(yè)進(jìn)步”和“新產(chǎn)品”，參與多部國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，浙江制造標(biāo)準(zhǔn)《低壓閥用電磁線圈》的主要起草人。先后主持和參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)、寧波市科技創(chuàng)新2025重點(diǎn)專項(xiàng)2項(xiàng)，奉化市工業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)。

嚴(yán)翔，男，博士畢業(yè)于北京交通大學(xué)，浙江萬里學(xué)院講師。主要從事工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)智能化、智能檢測(cè)技術(shù)、智能成型工藝與裝備技術(shù)、高端數(shù)控裝備技術(shù)等方面的工作，先后主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金1項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃1項(xiàng)、應(yīng)急攻關(guān)項(xiàng)目1項(xiàng)、浙江省自然科學(xué)基金2項(xiàng)，寧波市自然科學(xué)基金1項(xiàng)，承擔(dān)企業(yè)委托課題10余項(xiàng)。先后發(fā)表論文10余篇，申請(qǐng)專利10余項(xiàng)。

文章來源：液壓與氣動(dòng)