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(diǎn)擊：

德國亞琛工大(Technische Hochschule Aachen，直譯應(yīng)為亞琛技術(shù)高校，其實(shí)是一所綜合性大學(xué))流體技術(shù)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(shù)泰斗巴克教授在 1968 年創(chuàng)建的液壓氣動驅(qū)動與控制研究所(IHP)，是世界上大學(xué)流體技術(shù)研究所中歷史最悠久、規(guī)模最大、出人才最多的?，F(xiàn)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(shù)公司任工程和營銷副總裁，接著，在德國一著名電子機(jī)械公司任技術(shù)總裁，至 1994 年 10月返回該所接替巴克教授。流技所的目標(biāo)為：在流體技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)造性的研發(fā)及授課，使青年工程師通過攻博達(dá)到產(chǎn)業(yè)界的要求，通過課程設(shè)計(jì)與碩士論文聯(lián)系有志于此的大學(xué)生，培養(yǎng)工業(yè)機(jī)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(xué)者來此進(jìn)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(xué)術(shù)報告會和科研成果匯報(開門日)。筆者應(yīng)邀參加，現(xiàn)將所了解到的該所科研狀況簡介如下。

流技所 2012 年研究經(jīng)費(fèi) 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?，F(xiàn)已與 134 個企業(yè)建立長期合作關(guān)系。試驗(yàn)大廳 1250 平方米，有約 50 個試驗(yàn)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(yàn)室內(nèi)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(yàn)臺。材料和表面測量室里，有普通顯微鏡、光學(xué)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(xué)試驗(yàn)方面有自制的旋轉(zhuǎn)摩擦測試儀、高頻響摩擦測試儀、燃料(低粘度)旋轉(zhuǎn)摩擦儀等。元件試驗(yàn)方面，有自制的污染物添加試驗(yàn)臺、燃料噴射泵徑向柱塞試驗(yàn)臺、液壓閥短期老化試驗(yàn)臺、氣體流量試驗(yàn)臺、效率測試臺、液壓閥測試臺、徑向柱塞單元單柱塞試驗(yàn)臺、泵污染試驗(yàn)臺該所現(xiàn)有各級管理人員、實(shí)驗(yàn)室工作人員、技師等共 18 人，博士生 24 人，做課程設(shè)計(jì)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(shí)際組織者，具體科研工作往往分給碩士生進(jìn)行。流技所研究領(lǐng)域涵蓋車輛液壓、工業(yè)自動化、醫(yī)療技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、機(jī)械手技術(shù)、制造技術(shù)和固定液壓，等等。分為五個研究組。

1. 摩擦學(xué)和流體分析

1 1 . 1 研究重點(diǎn)包括在研究所的表面實(shí)驗(yàn)室測量摩擦副的表面特性，以及在油液實(shí)驗(yàn)室測試流體的特性。在試驗(yàn)大廳的測試設(shè)備可以實(shí)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(shù)字工具，模擬摩擦系統(tǒng)和預(yù)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(shù)元件中的摩擦副，及其關(guān)鍵特征

2)機(jī)械元件表面鍍膜以改善摩擦特性

3)研究表面織構(gòu)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(zhì)

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(shù)

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(yù)測

2)摩擦接觸模式再現(xiàn)

3)噴油泵中的摩擦接觸仿真

1 1 . 2 部分已結(jié)束 的 研究 項(xiàng)目

(1)液壓泵馬達(dá)接觸表面微織構(gòu)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(jīng)濟(jì)部的生物性潤滑劑進(jìn)入市場項(xiàng)目

(4)植物油近似實(shí)際的試用和狀況監(jiān)控

(5)以糖衍生物與植物油為基礎(chǔ)的壓力介質(zhì)的研發(fā)與應(yīng)用試驗(yàn)

(6)表面狀況與工作介質(zhì)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(fù)雜密封系統(tǒng)

(8)液壓缸活塞桿無鉻鍍層試驗(yàn)

(9)通過適當(dāng)?shù)膹?fù)合材料和中間物質(zhì)在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)環(huán)保的摩擦系統(tǒng)

(10)環(huán)境可承受的中間物質(zhì)的老化特性

(11)液壓泵馬達(dá)適配環(huán)保的基礎(chǔ)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(yàn)

1 1 . 3 當(dāng)前正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目

(1)壓力介質(zhì)對液壓裝置能量消耗的影響

(2)壓力介質(zhì)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(dá)技術(shù)

2 2 . 1 研究重點(diǎn)從事液壓排量機(jī)構(gòu)的研究，開發(fā)新元件，包括改進(jìn)流體技術(shù)驅(qū)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(biāo)一方面是應(yīng)用新的材料和表面鍍層改進(jìn)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(yīng)用通用仿真程序，也自行開發(fā)排量機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)中試驗(yàn)改進(jìn)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(jié)構(gòu)

5)研發(fā)工件夾緊機(jī)構(gòu)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(jì)算

3)模式分析

4)通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)降低固體噪聲

5)通過改進(jìn)控制器降低流體噪聲

(3)設(shè)計(jì)工具

1)開發(fā)泵和馬達(dá)用的設(shè)計(jì)軟件

2)控制過程仿真

3)排量機(jī)構(gòu)中液壓量、機(jī)械學(xué)和摩擦學(xué)的計(jì)算

2 2 . 2 部 分已結(jié)束 的 研究 項(xiàng)目

(1)液壓排量機(jī)構(gòu)適應(yīng)環(huán)保系統(tǒng)

(2)提高非滿載工況的效率

(3)通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)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(dāng)前正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目

(1)柱塞機(jī)構(gòu)中的摩擦系統(tǒng)

(2)生物基定制燃料(與第一組合作)

(3)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目“柱塞機(jī)構(gòu)中使用真空鍍膜的滑動摩擦副”

(4)風(fēng)能裝置中的液壓驅(qū)動鏈

(5)混合液壓驅(qū)動

3 3 . 閥技術(shù)和機(jī)電 一體化

3 3 . 1 研究 重點(diǎn)開發(fā)和優(yōu)化閥、驅(qū)動器和傳感器，除了比例閥和伺服閥，還有結(jié)合了機(jī)械元件、閥推動器、傳感器及信息與通訊技術(shù)的開關(guān)閥。這些，由于高要求和出現(xiàn)新型工作原理，成為極富挑戰(zhàn)性的機(jī)電一體化系統(tǒng)。進(jìn)一步開發(fā)的目標(biāo)為，系統(tǒng)性地改進(jìn)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(shù)

1)改善開關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)和動態(tài)傳遞特性

2)降低閥的驅(qū)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(shè)計(jì)

(2)流體力學(xué)方面

1)以補(bǔ)償液動力和降低壓力損失為目標(biāo)的閥內(nèi)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(jì)算

4)把氣蝕模型結(jié)合入仿真軟件，以改善仿真結(jié)果

(3)傳感器和驅(qū)動器方面

1)開發(fā)和試驗(yàn)新型閥推動器，例如壓電陶瓷驅(qū)動和浸入型線圈驅(qū)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(jié)束 的 研究 項(xiàng)目

1)高負(fù)載剛度的伺服液壓驅(qū)動

2)移動工作機(jī)械的驅(qū)動鏈方案

3)伺服液壓的專家系統(tǒng)

4)總線驅(qū)動的防爆開關(guān)閥

5)自治制造單元用的自驅(qū)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(qū)動的先導(dǎo)級

8)高動態(tài)液壓驅(qū)動器

3 3 . 3 當(dāng)前正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目

1)液壓閥的短時間老化測試

2)功率開關(guān)驅(qū)動

3)閥仿真

4 4 . 系統(tǒng)和控制技術(shù)

4 4 . 1 研究 重點(diǎn)研究流體技術(shù)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(shù)元件數(shù)學(xué)模型方面的豐富經(jīng)驗(yàn)為此奠定了深厚的基礎(chǔ)。其中一個重點(diǎn)是研發(fā)現(xiàn)代的調(diào)節(jié)控制方案以及可靠的適應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)代的調(diào)節(jié)方案，幫助降低流體傳動的能量消耗。

(1)流體技術(shù)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(shù)系統(tǒng)的試驗(yàn)和分析

(2)總線系統(tǒng)方面

1)液壓閥、氣動閥和驅(qū)動系統(tǒng)的總線連接

2)用于流體技術(shù)的設(shè)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(yuǎn)程診斷

(5)調(diào)節(jié)質(zhì)量方面

1)調(diào)節(jié)策略對系統(tǒng)的適配

2)可靠的自適應(yīng)策略

4 4 . 2 已結(jié)束的研究項(xiàng)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(qū)動

(3)使用電滯液的高動態(tài)伺服驅(qū)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(qū)動制動模塊

4 4 . 3 當(dāng)前正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目

(1)流體技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的研發(fā)環(huán)境

(2)自增強(qiáng)的電液制動器

(3)保持質(zhì)量的多相流動系統(tǒng)仿真

(4)波浪能量轉(zhuǎn)換汲取試驗(yàn)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(diǎn)研究氣動元件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和仿真。在物料輸送技術(shù)方面研發(fā)步進(jìn)輸送代替已有的傳輸方案。新的小型化伺服氣動調(diào)節(jié)方案能夠建造高靈活度的抓手和機(jī)械手。通過評估氣動系統(tǒng)中已有的傳感器信號能夠預(yù)測設(shè)備的狀況，從而可以最佳地計(jì)劃維修間隔，最節(jié)能地運(yùn)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(jìn)一步的研發(fā)目標(biāo)是在系統(tǒng)仿真中結(jié)合密封圈的結(jié)構(gòu)機(jī)理和改進(jìn)摩擦模型。

(1)開發(fā)和改進(jìn)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(yīng)用微型機(jī)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(kuò)充元件庫

(3)新的應(yīng)用領(lǐng)域方面

1)自動化技術(shù)

2)傳送與抓取技術(shù)

3)行走機(jī)械

4)伺服氣動

5 5 .2 2 已結(jié)束的 研究 項(xiàng)目

(1)氣動步進(jìn)輸送

(2)伺服氣動手

(3)氣動設(shè)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(jì)算

(7)控制功率降低的氣動調(diào)節(jié)閥

5 5 .3 3 正在進(jìn)行的 研究 項(xiàng)目

(1)氣動元件的快速測量

(2)高度集成多驅(qū)動器伺服氣動手的驅(qū)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(dǎo)向及壓力波傳播改進(jìn)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(shí)際測試結(jié)果對比。在下午的學(xué)術(shù)報告會上，賀特克公司的 Bauer 博士介紹了這混合驅(qū)動中蓄能器的作用。費(fèi)斯托公司的 Post 教授介紹了通過仿生技術(shù)改進(jìn)自動化技術(shù)。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(dá)中如何使用現(xiàn)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(dǎo)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(fēng)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(xiàng)目。

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