德國亞琛工大流技所 科研 狀況 簡介 2013

來源：蕪湖贏諾液壓科技有限公司發(fā)布時間：2021-10-19 14:38:00 點擊：

德國亞琛工大(Technische Hochschule Aachen，直譯應為亞琛技術高校，其實是一所綜合性大學)流體技術傳動和控制研究所(IFAS——Institut fuerfluidtechnische Antriebe und Steuerungen，以下簡稱流技所)前身為世界流體技術泰斗巴克教授在 1968 年創(chuàng)建的液壓氣動驅動與控制研究所(IHP)，是世界上大學流體技術研究所中歷史最悠久、規(guī)模最大、出人才最多的?，F任所長博士工程師穆任霍夫教授(Prof. Dr.-Ing.H. Murrenhoff)于 1983 年在該所完成博士論文，又任總工至 1986 年。之后，先到一美國航空技術公司任工程和營銷副總裁，接著，在德國一著名電子機械公司任技術總裁，至 1994 年 10月返回該所接替巴克教授。流技所的目標為：在流體技術領域進行創(chuàng)造性的研發(fā)及授課，使青年工程師通過攻博達到產業(yè)界的要求，通過課程設計與碩士論文聯(lián)系有志于此的大學生，培養(yǎng)工業(yè)機械技師、電子技師和專業(yè)信息技師。

1979 年 2 月至 1981 年 9 月，前中科院院長路甬祥教授曾在此攻博，作了極富有成果的開創(chuàng)性研究，受到極高評價。至今，已有近 20 名華人學者來此進修或攻博。

2013 年 8 月 16 日，流技所為慶祝穆任霍夫教授 60 歲生日舉行了學術報告會和科研成果匯報(開門日)。筆者應邀參加，現將所了解到的該所科研狀況簡介如下。

流技所 2012 年研究經費 333 萬歐元(約合人民幣 2700 萬元)，其中 40%來自企業(yè)的科研合同，29%來自州政府的教育撥款，31%來自各類公共部門、基金會的科研合同。現已與 134 個企業(yè)建立長期合作關系。試驗大廳 1250 平方米，有約 50 個試驗臺。另有可控溫度-70 至+70 攝氏度、濕度至 95%、4.7 米×3.5 米×3 米的可移動控溫室，吸音室。液體試驗室內除一般的油液分析手段外，還有氧化測試、摩擦氧化測試、水解物測試及高壓試驗臺。材料和表面測量室里，有普通顯微鏡、光學三維顯微鏡、透光顯微鏡、各種通用硬度測試儀、微硬度測試儀、橡塑硬度測試儀、固定式與便攜式粗糙度測試儀各一臺、圓度圓柱度測試儀兩臺、高度測試儀等等。摩擦學試驗方面有自制的旋轉摩擦測試儀、高頻響摩擦測試儀、燃料(低粘度)旋轉摩擦儀等。元件試驗方面，有自制的污染物添加試驗臺、燃料噴射泵徑向柱塞試驗臺、液壓閥短期老化試驗臺、氣體流量試驗臺、效率測試臺、液壓閥測試臺、徑向柱塞單元單柱塞試驗臺、泵污染試驗臺該所現有各級管理人員、實驗室工作人員、技師等共 18 人，博士生 24 人，做課程設計與畢業(yè)論文的碩士生約 70 人。在流技所每個博士生手下都有若干碩士生，博士生是科研課題的實際組織者，具體科研工作往往分給碩士生進行。流技所研究領域涵蓋車輛液壓、工業(yè)自動化、醫(yī)療技術、環(huán)保技術、機械手技術、制造技術和固定液壓，等等。分為五個研究組。

1. 摩擦學和流體分析

1 1 . 1 研究重點包括在研究所的表面實驗室測量摩擦副的表面特性，以及在油液實驗室測試流體的特性。在試驗大廳的測試設備可以實際測試摩擦損失、磨損和泄漏。從分析有害的摩擦系統(tǒng)獲取的知識可以幫助優(yōu)化。使用通用與自行研發(fā)的數字工具，模擬摩擦系統(tǒng)和預測流體特性，幫助優(yōu)化過程。

(1)元件

1)采用多種方法，分析、評估與優(yōu)化流體技術元件中的摩擦副，及其關鍵特征

2)機械元件表面鍍膜以改善摩擦特性

3)研究表面織構對摩擦與磨損的影響

4)液壓回路的污染與過濾

5)過濾元件的靜電積累及與流體的交互作用

(2)壓力介質

1)測試與描述礦物油與環(huán)保液的老化特性

2)確定流體與金屬及非金屬材料的交互作用

3)研究在大溫度與壓力范圍中流體特性

4)測試不同流體對液壓系統(tǒng)效率的影響

(3)密封技術

1)測量平移密封的摩擦、磨損與泄漏特性

2)液壓與氣動密封仿真

3)軟彈性密封間隙過程可視化

(4)燃料

1)燃料潤滑特性預測

2)摩擦接觸模式再現

3)噴油泵中的摩擦接觸仿真

1 1 . 2 部分已結束 的 研究 項目

(1)液壓泵馬達接觸表面微織構的建模、優(yōu)化與制造

(2)柱塞單元摩擦副的仿真與測試

(3)聯(lián)邦經濟部的生物性潤滑劑進入市場項目

(4)植物油近似實際的試用和狀況監(jiān)控

(5)以糖衍生物與植物油為基礎的壓力介質的研發(fā)與應用試驗

(6)表面狀況與工作介質對液壓元件滑動與密封接觸摩擦特性的影響;

(7)緊湊組合密封圈替代用于移動伺服液壓的生物可降解液的復雜密封系統(tǒng)

(8)液壓缸活塞桿無鉻鍍層試驗

(9)通過適當的復合材料和中間物質在機床上實現環(huán)保的摩擦系統(tǒng)

(10)環(huán)境可承受的中間物質的老化特性

(11)液壓泵馬達適配環(huán)保的基礎系統(tǒng)

(12)多層過濾器在液壓裝置中分離功能的分析與試驗

1 1 . 3 當前正在進行的研究項目

(1)壓力介質對液壓裝置能量消耗的影響

(2)壓力介質在通過過濾器時的靜電積累研究

(3)高速時活塞與活塞桿密封的摩擦力測量

(4)生物基定制燃料(與第二組合作)

2 2 . 泵和馬達技術

2 2 . 1 研究重點從事液壓排量機構的研究，開發(fā)新元件，包括改進流體技術驅動，以提高效率、功率密度、壽命、環(huán)境可承受性、降低成本。重要的研發(fā)目標一方面是應用新的材料和表面鍍層改進摩擦系統(tǒng)，另一方面是提高各種液壓元件在非滿載時的效率。應用通用仿真程序，也自行開發(fā)排量機構的專用研發(fā)工具。

(1)元件開發(fā)

1)效率測試

2)通過在排量機構中試驗改進滑動接觸

3)表面鍍層對元件特性的影響

4)水液壓變速器的結構

5)研發(fā)工件夾緊機構的微型液壓元件

(2)噪聲和脈動

1)空氣噪聲測量

2)傳動振動測量和計算

3)模式分析

4)通過改進結構降低固體噪聲

5)通過改進控制器降低流體噪聲

(3)設計工具

1)開發(fā)泵和馬達用的設計軟件

2)控制過程仿真

3)排量機構中液壓量、機械學和摩擦學的計算

2 2 . 2 部 分已結束 的 研究 項目

(1)液壓排量機構適應環(huán)保系統(tǒng)

(2)提高非滿載工況的效率

(3)通過改進結構降低固體噪聲

(4)降低液壓元件與系統(tǒng)的噪聲和流體脈動

2 2 . 3 當前正在進行的研究項目

(1)柱塞機構中的摩擦系統(tǒng)

(2)生物基定制燃料(與第一組合作)

(3)產業(yè)化項目“柱塞機構中使用真空鍍膜的滑動摩擦副”

(4)風能裝置中的液壓驅動鏈

(5)混合液壓驅動

3 3 . 閥技術和機電 一體化

3 3 . 1 研究 重點開發(fā)和優(yōu)化閥、驅動器和傳感器，除了比例閥和伺服閥，還有結合了機械元件、閥推動器、傳感器及信息與通訊技術的開關閥。這些，由于高要求和出現新型工作原理，成為極富挑戰(zhàn)性的機電一體化系統(tǒng)。進一步開發(fā)的目標為，系統(tǒng)性地改進這些元件，考慮必要的控制功率，功能可靠性、磨損和動特性。同時還要考慮環(huán)保，例如，避免泄漏和減少噪聲。

(1)閥技術

1)改善開關閥和調節(jié)閥的靜態(tài)和動態(tài)傳遞特性

2)降低閥的驅動功率

3)開發(fā)高動態(tài)比例閥和伺服閥

4)滑閥壓力平衡槽的設計

(2)流體力學方面

1)以補償液動力和降低壓力損失為目標的閥內流線仿真 CFD

2)閥流動特性的測量(液動力-、流量-行程曲線)

3)降低管道和接頭的壓力損失的流線計算

4)把氣蝕模型結合入仿真軟件，以改善仿真結果

(3)傳感器和驅動器方面

1)開發(fā)和試驗新型閥推動器，例如壓電陶瓷驅動和浸入型線圈驅動

2)開發(fā)新型傳感器，例如渦流-行程傳感器

3)錳鎳銅合金絲壓力傳感器

3 3 . 2 已結束 的 研究 項目

1)高負載剛度的伺服液壓驅動

2)移動工作機械的驅動鏈方案

3)伺服液壓的專家系統(tǒng)

4)總線驅動的防爆開關閥

5)自治制造單元用的自驅動液壓夾緊系統(tǒng)

6)液壓滑閥壓力平衡槽

7)用于高動態(tài)液壓閥的壓電驅動的先導級

8)高動態(tài)液壓驅動器

3 3 . 3 當前正在進行的研究項目

1)液壓閥的短時間老化測試

2)功率開關驅動

3)閥仿真

4 4 . 系統(tǒng)和控制技術

4 4 . 1 研究 重點研究流體技術傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性和能量消耗。流技所過去在建立流體技術元件數學模型方面的豐富經驗為此奠定了深厚的基礎。其中一個重點是研發(fā)現代的調節(jié)控制方案以及可靠的適應策略，從而使用戶集成液壓系統(tǒng)日益簡化。研究支持用戶應用現代的調節(jié)方案，幫助降低流體傳動的能量消耗。

(1)流體技術系統(tǒng)仿真方面

1)非線性仿真

2)仿真模型的建立

3)流體技術系統(tǒng)的試驗和分析

(2)總線系統(tǒng)方面

1)液壓閥、氣動閥和驅動系統(tǒng)的總線連接

2)用于流體技術的設備方案

3)分散控制方案

(3)節(jié)能策略方面

1)開發(fā)新的回路方案

2)液壓傳動的系統(tǒng)優(yōu)化和周期優(yōu)化

(4)狀況監(jiān)控方面

1)過程閥的出錯監(jiān)視

2)液壓元件的遠程診斷

(5)調節(jié)質量方面

1)調節(jié)策略對系統(tǒng)的適配

2)可靠的自適應策略

4 4 . 2 已結束的研究項目

(1)液壓油與傳動油的狀況監(jiān)測

(2)高剛度的伺服液壓驅動

(3)使用電滯液的高動態(tài)伺服驅動器

(4)降低伺服駕駛的噪聲

(5)軌道車輛的智能集成單輪驅動制動模塊

4 4 . 3 當前正在進行的研究項目

(1)流體技術機電一體化系統(tǒng)的研發(fā)環(huán)境

(2)自增強的電液制動器

(3)保持質量的多相流動系統(tǒng)仿真

(4)波浪能量轉換汲取試驗臺

(5)借助液壓系統(tǒng)獲取海洋能量

(6)高壓泵與恒壓系統(tǒng)的合成仿真

5 5 .氣動

5 5 . 1 研究重點研究氣動元件和系統(tǒng)的設計、分析和仿真。在物料輸送技術方面研發(fā)步進輸送代替已有的傳輸方案。新的小型化伺服氣動調節(jié)方案能夠建造高靈活度的抓手和機械手。通過評估氣動系統(tǒng)中已有的傳感器信號能夠預測設備的狀況，從而可以最佳地計劃維修間隔，最節(jié)能地運行系統(tǒng)。目前，在系統(tǒng)仿真中，由密封系統(tǒng)帶來的摩擦力沒有得到足夠的重視。因此進一步的研發(fā)目標是在系統(tǒng)仿真中結合密封圈的結構機理和改進摩擦模型。

(1)開發(fā)和改進氣動元件方面

1)降低閥的控制功率

2)閥控制器小型化

3)應用微型機械

4)氣動元件小型化

5)新型比例閥

(2)氣動系統(tǒng)仿真方面

1)氣動元件建模

2)流線仿真 CFD

3)擴充元件庫

(3)新的應用領域方面

1)自動化技術

2)傳送與抓取技術

3)行走機械

4)伺服氣動

5 5 .2 2 已結束的 研究 項目

(1)氣動步進輸送

(2)伺服氣動手

(3)氣動設備診斷

(4)微型氣動座閥的密封

(5)智能兩鉗抓取器

(6)為提高氣動閥磁鐵動特性的非穩(wěn)態(tài)計算

(7)控制功率降低的氣動調節(jié)閥

5 5 .3 3 正在進行的 研究 項目

(1)氣動元件的快速測量

(2)高度集成多驅動器伺服氣動手的驅動

(3)密封接觸的摩擦力模型

(4)氣動中通過考慮流動脈沖、流動導向及壓力波傳播改進建模

(5)通過利用排氣提高效率在流技所，所有的理論研究、仿真、模型化都必須與實際測試結果對比。在下午的學術報告會上，賀特克公司的 Bauer 博士介紹了這混合驅動中蓄能器的作用。費斯托公司的 Post 教授介紹了通過仿生技術改進自動化技術。Frutronics 公司的 Kempermann 博士介紹了如何提供移動液壓中的集成系統(tǒng)。力士樂公司的 Breuer 博士介紹了目前在研發(fā)液壓泵馬達中如何使用現代研發(fā)工具：MKS、FEM、EHD、CFD、M.Elemente。晚上，穆任霍夫教授自掏腰包不收禮，在拉爾古城堡舉辦宴會。席間，他的朋友、導師、同事、子女致辭，從方方面面回顧了教授迄今走過的路，不乏善意的挖苦，風趣幽默、笑聲掌聲不斷，直至深夜。穆任霍夫教授對筆者表示，很愿意與中國企業(yè)合作，例如，向中國企業(yè)提供他們的研究成果，接受中國企業(yè)委托測試，或參與研究項目。

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