“在所有动力技术中流体动力的功率密度最高,电动马达做不了的事情它能做,这是它的希望所在控制工程网版权所有,”Center for Compact and Efficient Fluid Power主任Dr. Kim Stelson称,这家研究中心总部位于明尼苏达大学,在7家主要大学都有分支机构,该中心由美国国家科学基金(NSF)资助。“我们坚信这一努力必将带动流体动力的复兴。”
一个重要研究目标就是开发出可用于机器人和手动工具的便携紧凑的流体动力源
提高流体动力的整体效率是目前最迫切的任务,因为这是开发液压混合动力卡车、公交车和客车所提出的要求。不过更长期的研究还需要集中精力研究紧凑的解决方案,解决仿人机器人、 生物医药设备和新一代手动工具的流体动力源问题。
Stelson称Engineering Research Center (ERC)是工程领域NSF所能提供的最大支持,因为ERC会在特定领域投入大量精力。不寻常之处在于此次研究更多地是由行业而不是大学推动的。通常情况下是大学称“我们想设立一家工程研究中心,”然后他们开始为这一计划寻求支持。而这次是行业站出来说“我们想进行更多的流体动力研究,你们能给予协助吗?”
把流体动力应用于交通工具是一项重要的战略部署,该项目用明尼苏达大学一台液压混合动力试验床进行试验研究。
“研究中心一般为某一全新技术开设,比如纳米科学或者生物医药工程,”Stelson称。“而这次是为一项老技术开设研究中心,我们打算为这一技术注入新思想从而改变整个流体动力行业。”
该Engineering Research Center在2006年成立,现在已经有50多家公司会员,该中心制订了一个整体战略计划,设置了5台试验床为重要创意提供支持,并且设立了辅助项目用试验床进行试验。
牵头大学是明尼苏达大学,核心大学包括伊利诺伊大学厄本那-香槟分校、普渡大学、范德比特大学和乔治亚理工大学,外延大学包括、北卡罗莱纳农工州立大学和密尔瓦基工学院。
明尼苏达大学已经为液压混合动力车开发了一台试验床,目前正在对液压混合动力客车进行研究。在普渡大学,对一台挖掘机的研究将展示在效率提升方面取得的最新进展。
还有三台试验场用于更长期项目的研究。乔治亚理工大学和范德比特大学正在研究一个联合探测机器人。伊利诺伊大学在明尼苏大开发一种流体动力矫形器和流体动力手动工具。各个大学的项目都用这些试验床进行试验。密尔瓦基工学院在桌面生产系统方面是专家,因此他们可以制造特种设备。范德比特大学研究流体动力手动工具所需的紧凑流体动力源。
一项重要战略是让行业、研究生和大学院系对流动动力研究产生兴趣并进行合作。
“我们认识到在未来战略中有三个方面需极大提高,”Stelson称,“这就是流体动力的效率、 更小更轻更紧凑的解决方案以及包括人因和噪音问题在内的综合效能。”
关注效率
一个需要探索的主要领域是极大地提高在制造、航空、建筑、农业和采矿领域使用的重型设备的能量效率。Stelson称,如果流体动力的综合效率提高10%,假设原油价格每桶50美元控制工程网版权所有,这项改进每年能为美国节省70亿美元的原油进口。
如果你研究一下例如挖掘机和推土机的能量使用率,你会发现这些设备上的液压泵和马达效率不高,用于控制作用的节流阀本身是一个浪费能量的部件。“通过浪费能量来实现控制,”他说。
该团队在这一领域有两项创意。一个是使用PWM或者高速开/关阀,目的是利用高速开关阀来调整流动从而减少能量浪费。第二种方法是使用可变活塞泵和马达实现运动控制的静力学方案,该方案可为每个运动轴提供更加无损的定位控制系统。
与明尼苏大科学博物馆合作开发的一台液压混合动力模拟设备可让初高中生了解流体动力的知识。
液压混合动力
第二个战略研究是把流体动力应用于交通工具。目前液压混合动力汽车(主要是重型卡车和公交车)开始上市。但是该团队相信跟电动混合动力技术相比混合动力技术更高级控制工程网版权所有,能带来更多好处,尤其对于重型设备来说更是如此。同时目前的研究主要是让液压混合动力客车成为现实。“现在我们没有现成的技术可用控制工程网版权所有,但是我们目前正在努力研究新技术使之成为可能。”Stelson称。
如果你研究一下蓄电池和电池组的能量密度,比较一下电动混合动力和液压混合动力,你会发现蓄电池的能量密度不如电池组的能量密度。而如果使用了液压混合动