德国亚琛工大流技所 科研 状况 简介 2013

来源：芜湖赢诺液压科技有限公司发布时间：2021-10-19 14:38:00 点击：

德国亚琛工大(Technische Hochschule Aachen，直译应为亚琛技术高校，其实是一所综合性大学)流体技术传动和控制研究所(IFAS——Institut fuerfluidtechnische Antriebe und Steuerungen，以下简称流技所)前身为世界流体技术泰斗巴克教授在 1968 年创建的液压气动驱动与控制研究所(IHP)，是世界上大学流体技术研究所中历史最悠久、规模最大、出人才最多的。现任所长博士工程师穆任霍夫教授(Prof. Dr.-Ing.H. Murrenhoff)于 1983 年在该所完成博士论文，又任总工至 1986 年。之后，先到一美国航空技术公司任工程和营销副总裁，接着，在德国一著名电子机械公司任技术总裁，至 1994 年 10月返回该所接替巴克教授。流技所的目标为：在流体技术领域进行创造性的研发及授课，使青年工程师通过攻博达到产业界的要求，通过课程设计与硕士论文联系有志于此的大学生，培养工业机械技师、电子技师和专业信息技师。

1979 年 2 月至 1981 年 9 月，前中科院院长路甬祥教授曾在此攻博，作了极富有成果的开创性研究，受到极高评价。至今，已有近 20 名华人学者来此进修或攻博。

2013 年 8 月 16 日，流技所为庆祝穆任霍夫教授 60 岁生日举行了学术报告会和科研成果汇报(开门日)。笔者应邀参加，现将所了解到的该所科研状况简介如下。

流技所 2012 年研究经费 333 万欧元(约合人民币 2700 万元)，其中 40%来自企业的科研合同，29%来自州政府的教育拨款，31%来自各类公共部门、基金会的科研合同。现已与 134 个企业建立长期合作关系。试验大厅 1250 平方米，有约 50 个试验台。另有可控温度-70 至+70 摄氏度、湿度至 95%、4.7 米×3.5 米×3 米的可移动控温室，吸音室。液体试验室内除一般的油液分析手段外，还有氧化测试、摩擦氧化测试、水解物测试及高压试验台。材料和表面测量室里，有普通显微镜、光学三维显微镜、透光显微镜、各种通用硬度测试仪、微硬度测试仪、橡塑硬度测试仪、固定式与便携式粗糙度测试仪各一台、圆度圆柱度测试仪两台、高度测试仪等等。摩擦学试验方面有自制的旋转摩擦测试仪、高频响摩擦测试仪、燃料(低粘度)旋转摩擦仪等。元件试验方面，有自制的污染物添加试验台、燃料喷射泵径向柱塞试验台、液压阀短期老化试验台、气体流量试验台、效率测试台、液压阀测试台、径向柱塞单元单柱塞试验台、泵污染试验台该所现有各级管理人员、实验室工作人员、技师等共 18 人，博士生 24 人，做课程设计与毕业论文的硕士生约 70 人。在流技所每个博士生手下都有若干硕士生，博士生是科研课题的实际组织者，具体科研工作往往分给硕士生进行。流技所研究领域涵盖车辆液压、工业自动化、医疗技术、环保技术、机械手技术、制造技术和固定液压，等等。分为五个研究组。

1. 摩擦学和流体分析

1 1 . 1 研究重点包括在研究所的表面实验室测量摩擦副的表面特性，以及在油液实验室测试流体的特性。在试验大厅的测试设备可以实际测试摩擦损失、磨损和泄漏。从分析有害的摩擦系统获取的知识可以帮助优化。使用通用与自行研发的数字工具，模拟摩擦系统和预测流体特性，帮助优化过程。

(1)元件

1)采用多种方法，分析、评估与优化流体技术元件中的摩擦副，及其关键特征

2)机械元件表面镀膜以改善摩擦特性

3)研究表面织构对摩擦与磨损的影响

4)液压回路的污染与过滤

5)过滤元件的静电积累及与流体的交互作用

(2)压力介质

1)测试与描述矿物油与环保液的老化特性

2)确定流体与金属及非金属材料的交互作用

3)研究在大温度与压力范围中流体特性

4)测试不同流体对液压系统效率的影响

(3)密封技术

1)测量平移密封的摩擦、磨损与泄漏特性

2)液压与气动密封仿真

3)软弹性密封间隙过程可视化

(4)燃料

1)燃料润滑特性预测

2)摩擦接触模式再现

3)喷油泵中的摩擦接触仿真

1 1 . 2 部分已结束 的 研究 项目

(1)液压泵马达接触表面微织构的建模、优化与制造

(2)柱塞单元摩擦副的仿真与测试

(3)联邦经济部的生物性润滑剂进入市场项目

(4)植物油近似实际的试用和状况监控

(5)以糖衍生物与植物油为基础的压力介质的研发与应用试验

(6)表面状况与工作介质对液压元件滑动与密封接触摩擦特性的影响;

(7)紧凑组合密封圈替代用于移动伺服液压的生物可降解液的复杂密封系统

(8)液压缸活塞杆无铬镀层试验

(9)通过适当的复合材料和中间物质在机床上实现环保的摩擦系统

(10)环境可承受的中间物质的老化特性

(11)液压泵马达适配环保的基础系统

(12)多层过滤器在液压装置中分离功能的分析与试验

1 1 . 3 当前正在进行的研究项目

(1)压力介质对液压装置能量消耗的影响

(2)压力介质在通过过滤器时的静电积累研究

(3)高速时活塞与活塞杆密封的摩擦力测量

(4)生物基定制燃料(与第二组合作)

2 2 . 泵和马达技术

2 2 . 1 研究重点从事液压排量机构的研究，开发新元件，包括改进流体技术驱动，以提高效率、功率密度、寿命、环境可承受性、降低成本。重要的研发目标一方面是应用新的材料和表面镀层改进摩擦系统，另一方面是提高各种液压元件在非满载时的效率。应用通用仿真程序，也自行开发排量机构的专用研发工具。

(1)元件开发

1)效率测试

2)通过在排量机构中试验改进滑动接触

3)表面镀层对元件特性的影响

4)水液压变速器的结构

5)研发工件夹紧机构的微型液压元件

(2)噪声和脉动

1)空气噪声测量

2)传动振动测量和计算

3)模式分析

4)通过改进结构降低固体噪声

5)通过改进控制器降低流体噪声

(3)设计工具

1)开发泵和马达用的设计软件

2)控制过程仿真

3)排量机构中液压量、机械学和摩擦学的计算

2 2 . 2 部 分已结束 的 研究 项目

(1)液压排量机构适应环保系统

(2)提高非满载工况的效率

(3)通过改进结构降低固体噪声

(4)降低液压元件与系统的噪声和流体脉动

2 2 . 3 当前正在进行的研究项目

(1)柱塞机构中的摩擦系统

(2)生物基定制燃料(与第一组合作)

(3)产业化项目“柱塞机构中使用真空镀膜的滑动摩擦副”

(4)风能装置中的液压驱动链

(5)混合液压驱动

3 3 . 阀技术和机电 一体化

3 3 . 1 研究 重点开发和优化阀、驱动器和传感器，除了比例阀和伺服阀，还有结合了机械元件、阀推动器、传感器及信息与通讯技术的开关阀。这些，由于高要求和出现新型工作原理，成为极富挑战性的机电一体化系统。进一步开发的目标为，系统性地改进这些元件，考虑必要的控制功率，功能可靠性、磨损和动特性。同时还要考虑环保，例如，避免泄漏和减少噪声。

(1)阀技术

1)改善开关阀和调节阀的静态和动态传递特性

2)降低阀的驱动功率

3)开发高动态比例阀和伺服阀

4)滑阀压力平衡槽的设计

(2)流体力学方面

1)以补偿液动力和降低压力损失为目标的阀内流线仿真 CFD

2)阀流动特性的测量(液动力-、流量-行程曲线)

3)降低管道和接头的压力损失的流线计算

4)把气蚀模型结合入仿真软件，以改善仿真结果

(3)传感器和驱动器方面

1)开发和试验新型阀推动器，例如压电陶瓷驱动和浸入型线圈驱动

2)开发新型传感器，例如涡流-行程传感器

3)锰镍铜合金丝压力传感器

3 3 . 2 已结束 的 研究 项目

1)高负载刚度的伺服液压驱动

2)移动工作机械的驱动链方案

3)伺服液压的专家系统

4)总线驱动的防爆开关阀

5)自治制造单元用的自驱动液压夹紧系统

6)液压滑阀压力平衡槽

7)用于高动态液压阀的压电驱动的先导级

8)高动态液压驱动器

3 3 . 3 当前正在进行的研究项目

1)液压阀的短时间老化测试

2)功率开关驱动

3)阀仿真

4 4 . 系统和控制技术

4 4 . 1 研究 重点研究流体技术传动系统的动态特性和能量消耗。流技所过去在建立流体技术元件数学模型方面的丰富经验为此奠定了深厚的基础。其中一个重点是研发现代的调节控制方案以及可靠的适应策略，从而使用户集成液压系统日益简化。研究支持用户应用现代的调节方案，帮助降低流体传动的能量消耗。

(1)流体技术系统仿真方面

1)非线性仿真

2)仿真模型的建立

3)流体技术系统的试验和分析

(2)总线系统方面

1)液压阀、气动阀和驱动系统的总线连接

2)用于流体技术的设备方案

3)分散控制方案

(3)节能策略方面

1)开发新的回路方案

2)液压传动的系统优化和周期优化

(4)状况监控方面

1)过程阀的出错监视

2)液压元件的远程诊断

(5)调节质量方面

1)调节策略对系统的适配

2)可靠的自适应策略

4 4 . 2 已结束的研究项目

(1)液压油与传动油的状况监测

(2)高刚度的伺服液压驱动

(3)使用电滞液的高动态伺服驱动器

(4)降低伺服驾驶的噪声

(5)轨道车辆的智能集成单轮驱动制动模块

4 4 . 3 当前正在进行的研究项目

(1)流体技术机电一体化系统的研发环境

(2)自增强的电液制动器

(3)保持质量的多相流动系统仿真

(4)波浪能量转换汲取试验台

(5)借助液压系统获取海洋能量

(6)高压泵与恒压系统的合成仿真

5 5 .气动

5 5 . 1 研究重点研究气动元件和系统的设计、分析和仿真。在物料输送技术方面研发步进输送代替已有的传输方案。新的小型化伺服气动调节方案能够建造高灵活度的抓手和机械手。通过评估气动系统中已有的传感器信号能够预测设备的状况，从而可以最佳地计划维修间隔，最节能地运行系统。目前，在系统仿真中，由密封系统带来的摩擦力没有得到足够的重视。因此进一步的研发目标是在系统仿真中结合密封圈的结构机理和改进摩擦模型。

(1)开发和改进气动元件方面

1)降低阀的控制功率

2)阀控制器小型化

3)应用微型机械

4)气动元件小型化

5)新型比例阀

(2)气动系统仿真方面

1)气动元件建模

2)流线仿真 CFD

3)扩充元件库

(3)新的应用领域方面

1)自动化技术

2)传送与抓取技术

3)行走机械

4)伺服气动

5 5 .2 2 已结束的 研究 项目

(1)气动步进输送

(2)伺服气动手

(3)气动设备诊断

(4)微型气动座阀的密封

(5)智能两钳抓取器

(6)为提高气动阀磁铁动特性的非稳态计算

(7)控制功率降低的气动调节阀

5 5 .3 3 正在进行的 研究 项目

(1)气动元件的快速测量

(2)高度集成多驱动器伺服气动手的驱动

(3)密封接触的摩擦力模型

(4)气动中通过考虑流动脉冲、流动导向及压力波传播改进建模

(5)通过利用排气提高效率在流技所，所有的理论研究、仿真、模型化都必须与实际测试结果对比。在下午的学术报告会上，贺特克公司的 Bauer 博士介绍了这混合驱动中蓄能器的作用。费斯托公司的 Post 教授介绍了通过仿生技术改进自动化技术。Frutronics 公司的 Kempermann 博士介绍了如何提供移动液压中的集成系统。力士乐公司的 Breuer 博士介绍了目前在研发液压泵马达中如何使用现代研发工具：MKS、FEM、EHD、CFD、M.Elemente。晚上，穆任霍夫教授自掏腰包不收礼，在拉尔古城堡举办宴会。席间，他的朋友、导师、同事、子女致辞，从方方面面回顾了教授迄今走过的路，不乏善意的挖苦，风趣幽默、笑声掌声不断，直至深夜。穆任霍夫教授对笔者表示，很愿意与中国企业合作，例如，向中国企业提供他们的研究成果，接受中国企业委托测试，或参与研究项目。

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