德国亚琛工大流技所的科研现状简介德国亚琛工大流技所的科研现状简介2003-08张海平张海平A brief Introduction to Research Projects of IFAS in TH Aachen GermanyZhang Haiping(德国美因兹 蔡勒公司ZOELLER-KIPPER GmbH) 摘要：文章概述了德国亚琛工大流技所当前的科研现状摘要：关键词：流体技术；国外科研；综述关键词：2003年8月15日，德国亚琛工大流体技术传动和控制研究所(Institut fuer fluidtechnische Antriebe und Steuerungen，以下简称流技所)举行了一年一度的科研成果汇报和仲夏节派对，并为现任所长穆任霍夫(H. Murrenhoff) 教授50岁生日祝寿，笔者应邀参加。
现将该所科研现状简报如下。
流技所2002年研究经费268万欧元(约合人民币2400万元)，其中21%来自与企业界的双向科研合作合同，28%来自州政府的教育拨款，51%来自各类与各类政府部门，基金会的科研合同。
研究所现有各类管理人员、实验室工作人员、技师等共19人，博士生22人，做课程设计与毕业论文的硕士生及硕士毕业生75人。
现有试验厅1250平方米，约40个试验台，另有可控温度-70至+70摄氏度、湿度至95%，4.75 米x 3.5米x3米的可移动控温室，配有3维接触仪、圆度仪、微硬度测量仪和反射式显微镜的表面测量室，吸音室，液体试验室，等等。
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，分为五个研究组。
“摩擦学和流体分析摩擦学和流体分析””研究组研究液压元件、液体和系统在传递能量过程中由于承载和污染引起的变化。
研究组当前优先开发那些在短期内能提供实际结果的测试方法。
流技所在此领域的早期参与和多年经验对今天可供使用的有利于环保的液压介质的高性能作出了重要贡献。
除了对流体和摩擦系统的机理试验外还研究特殊介质，例如电滞液(Elektrorheologische Fluessigkeit，又译为电流变流体)。
今后对液压介质的开发将不仅注重多功能而且也利于环保。
流技所在压力介质和磨损机理方面的经验现在将用于创造全新的摩擦系统和从试验过程到运转特性的开发中。
研究重点：替代液压介质方面：- 新型液压介质在液压里的应用领域；- 老化特性和应用极限测试；- 优化介质配方；- 污染 。
摩擦系统的模型表述方面：- 试验新型的复合材料系统；- 摩擦和磨损过程的再现；- 材料和流体的交互作用。
接近实用的试验方法方面：- 针对目标地开发液压介质；- 提高通用性：- 广谱测试。
当前正在进行的研究项目：- 环境可承受的中间产物的老化特性；- 植物油近似实际的试用和状况监控 (通过测量流体经过节流孔的压差判定黏度，从而判定油液的老化程度)；- 液压缸镀层和表面激光处理，以降低摩擦和磨损；- 生物性传动介质和润滑剂进入市场项目的科学伴随研究；- 密封技术：密封变形可视化，测量与仿真密封间隙的压力分布，设计用于合成酯、可改善液压缸低速爬行特性的密封。
泵和马达技术””研究组从事液压排量机构的研究和开发，重点是改善其环境可承受性、“泵和马达技术元件特性及为特殊应用开发新元件，同时也开发排量机构的CAD工具。
今后重要的开发目标是应用新材料和表面镀层，通过改进摩擦系统和液体的交互作用以改善环境可承受性。
通过计算排量机构的噪声研究降低噪声的结构性措施。
不断扩充CAD软件，例如效率计算，使预测运行参数得以可能。
研究重点：元件开发方面：- 效率测试；- 通过试验进一步改善排量机构的滑动接触；- 表面镀层对元件特性的影响；- 构造一个用于水液压的传动器；- 为工件夹紧系统开发微型液压元件。
噪声和脉动方面：- 空气噪声测量；- 传动振动测量和计算；- 模型分析；- 通过改进结构降低固体噪声；- 通过改进控制器降低流体噪声。
CAD方面：- 开发泵和马达用的布局软件；- 控制过程仿真；- 排量机构中液压量、机械学和摩擦学的计算。
当前正在进行的研究项目：- 降低噪声和脉动；- 液压排量机构对环境可承受的基础系统适应；- 排量机构仿真；- 通过模型分析降低液压排量机构的噪声。
(Mechatronic)””研究组研究开发优化流体技术的阀、阀推动器和传感阀技术和机电子(Mechatronic)“阀技术和机电子(Mechatronic)器。
这里的机电子系统指的是其中机械、电子、包括信息技术的元件达到高度集成化的系统。
在开发机电子系统时要考虑机械结构、传感器和阀推动器及数字信息过程的最佳组配。
从总体上来说，流体技术元件是当前最常见的机电子系统，特别是比例阀和伺服阀，其中机械元件、阀推动器、传感器和电子调节器集合在一起，成为标准技术已有多年，现在由于要求提高和出现新型阀推动器，例如压电陶瓷，成为极富挑战性的机电子系统。
阀技术方面进一步开发的主要目标为构造高动态的阀推动器和传感器，及其在流体技术系统的应用。
同时伴随的还有与环境保护有关的任务，例如降低阀的驱动功率，减少噪声，避免泄漏等。
研究重点：阀技术方面：- 改善开关阀和调节阀的静态和动态传递特性；- 降低阀的驱动功率；- 开发高动态比例阀和伺服阀。
流体力学方面：- 以补偿液动力和降低压力损失为目标的阀内部三维流线仿真CFD(Computational Fluid Dynamics计算流体动力学) ，液动力从-25N(关闭向)改善为5N(开启向)；- 阀流动关键区域的测量：液动力、流量-行程曲线；- 为降低管道和接头的压力损失的流线CFD；- 把气蚀模型结合入仿真软件，以改善仿真结果。
传感器和推动器方面：- 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；- 开发新型传感器，例如涡流-行程传感器。
当前正在进行的研究项目：- 使用压电陶瓷的高动态(高于300Hz)液压阀推动器；- 自治加工单元用高灵活度的自驱动液压夹紧系统；- 流体传动系统的流线仿真CFD；- 总线驱动的防爆开关阀。
系统和控制技术””研究组研究流体传动的系统特性。
流技所在建立流体技术元件的数学“系统和控制技术模型和非线性仿真方面的深厚经验为开发新型回路方案及系统优化奠定了基础。
这不仅包括动态特性的研究，也包括了能耗的分析。
在开发和实现现代调节控制方案时液压系统的结合也应日益简化。
现在的任务是在过去研究工作的基础上制定出能自动试车和可靠调节的策略，使普通用户也能够轻易地发挥流体传动系统的全功率。
通过状况监控支持维修，避免意外停车和降低能源消耗，以减少流体传动系统的试车与运行开支。
研究重点：流体技术系统仿真方面：- 非线性仿真；- 仿真模型的建立；- 流体技术系统的试验和分析。
总线系统方面：- 液压阀、气动阀和传动系统的总线连接；- 用于流体技术的设备方案；- 分散控制方案。
节能策略方面：- 开发新的回路方案；- 液压传动的系统优化和周期优化。
状况监控方面：- 过程阀的出错监视；- 液压元件的远程诊断。
调节质量方面：- 调节策略对系统的适配；- 可靠的自适应策略。
当前正在进行的研究项目：- 用于智能液压轴的状况监控(通过监测压力、位移与调节信号来推测摩擦、效率损失和泄漏)；- 使用电滞液的高动态伺服驱动器(工作压力40 bar，推力400N，响应频率>1 kHz)。
最近结束的项目：- 微控制功率(<0.5W)的气动调节阀(切换时间<2ms)；- 应用压电陶瓷补偿的高承载刚性的伺服液压传动。
气动研究组的工作范围包括气动元件的试验和开发。
通过部件微型化和降低阀的先导控气动制的功率推动气动元件不断小型化的趋势。
由于常规制造工艺在这里已达到极限，将注重应用及试验微机械部件。
把气动伺服阀的应用可能性扩展到自动化技术的其他应用中去。
通过使用开关阀及缩小传动器，开发高灵活度的抓手和机械手。
研究组的另一方面工作是进一步发展软件，以仿真工具技术和机动车中的开关和比例元件及气动系统。
在气动系统的开发中将更多地应用流线仿真CFD，发展现有的仿真程序和试验用有限元算法，例如布置密封。
研究重点： 开发和改进气动元件方面：- 阀控制器的小型化；- 降低阀控制能量；- 应用微型机械；- 气动元件小型化；- 新型比例阀。
气动系统仿真方面：- 气动元件建模；- 流线仿真CFD；- 扩充元件库。
新的应用领域方面：- 自动化技术；- 抓取技术；- 行走机械；- 伺服气动。
当前正在进行的研究项目：- 基于硅片技术，小于7mm的微气动阀；- 灵活抓取系统；- 伺服气动手(四个手指，11个自由度)；- 气动阀的密封；- 为增加气动阀磁铁动特性的非静态计算。
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。
在当天晚上的派对上，博士生们演唱了自编的祝寿歌，第一句是：“科研是自由的，只是不要欺骗”，这不啻是意味深长的。