摘要：本文提出，中国大学液压教材应作重大改进：加强测试能力的培养、增加对性能曲线的理解使用、内容近代化、增加故障诊断内容、减少公式与推导、放弃系统设计、充分利用原版产品样本，从而缩短大学毕业生进入实际工作的时间。

关键词：中国大学，液压传动，教材

1 引 言

2008 年 9 月，在德国广泛发行的专业期刊<Process>发表了一篇综述文章“雇主在挑选中国的专业人才时应注意什么”[1]。一些已在中国工作多年的德国经理们，根据自己的经历，批评中国的大学（工程）毕业生对实际缺乏了解。说， 要考察他们，只需要提一些与实际有关的问题， 或者把一个相关的零件放在他们面前，就可以了。如果一个机械系毕业生面对一个车削件而无从下手，那就不需要继续听他自我介绍了。由于中国大学（工程）教育脱离实际，即使挑到了可塑之材，还要为他们付出高达 30 万元的培训费， 才能进入实际工作。这些负面的评价无疑会直接影响外商来华投资的积极性，严重阻碍国家工业的发展。插入一句，德国亚琛工业大学机械系新生注册的一个必要条件是已在工厂实习满 8 周。德国达姆施答特工业大学机械系硕士生开始进入毕业论文阶段的必要前提之一是已完成 26 周工厂实习，每天要有实习日记，车钳刨铣磨冷作电焊等等，一种都不能少。而这两个大学的机械系都是德国排名顶尖的。德国大学工程毕业生的头衔就是硕士工程  师，或博士工程师，没有到工厂工作几年后再转升工程师一说。其实不仅仅是老外在抱怨，笔者近年来接触的一些国内液压工厂的老总们也都抱怨大学毕业生没有实际经验而不愿录用他们。中国大陆的液气产品在国际市场的占有率2006 年仅达 2.2%（台湾 1.1%）[2]，国内市场进口液气产品占 30%，中高档工程机械需要的液压件几乎全部进口，中国是液压需求大国但非液压制造强国，这是不争的事实。为大学生的就业考虑，也为中国的液压工业发展考虑，笔者认为，中国大学液压教材应作重大改进，特别在以下方面：加强测试能力的培养、增加对性能曲线的理解使用、内容近代化、增加故障诊断内容、减少公式与推导、放弃系统设计、充分利用原版产品样本，从而缩短大学毕业生进入实际工作的时间。千万不要把液压教材变成液压公式和力学与调节原理的应用题解。

2 加强测试能力的培养

对液压技术而言，测试是最基本的研发手段。元件系统性能应该通过测试来判定和改进， 光测绘仿造而不测试改进，只能形似神不似。所以说测试是液压的灵魂，一点也不过分。2009 年 4 月 8 日，在杭州举行了第 7 届流体传动与控制国际会议（ICFP2009）。在大会主 席、中科院院长路甬祥教授致开幕词后，世界流体技术泰斗、德国亚琛工大原液压气动研究所（IHP Institut für hydraulische und pneumatische Antriebe und Steuerungen, 自1994 年起改称流体技术传动与控制研究所Institut für fluidtechnische Antriebe undSteuerungen IFAS[3]）所长巴克教授做特邀发言。他就讲了当年路甬祥教授在 IHP 做博士论文时的一个小故事。一天夜里，巴克教授在离所回家前，照例来到试验大厅。路甬祥教授还在试验台旁忙碌。他告诉巴克教授，现在还出不了测试结果，因为一根阀杆长了 2 毫米。此时，允许操作机床的工人都已下班了。但第二天一早，出乎巴克教授意外，完整的测试结果放在了他的桌 上。他感叹地说，难以想象，路甬祥教授度过了怎么一个不眠之夜。路老师有很多很多东西可供我们学习，但巴克教授在如此隆重的学术会议上作如此重要的报告时，挑了这么一件“小事“来讲，不单是为了赞扬路老师的刻苦精神，也是为了再次提醒我们注重实际，注重测试。

国内有液压教授称，我们是培养研究型人才的，所以不必注重实际测试。他大概不敢说，亚琛工大 IFAS 不是培养研究型人才的吧。然而正是在那里，没有一项研究不和测试紧密相连。每个博士生都有至少一个专用的试验台。没有测试手段就不做仿真。仿真结果不和测试结果对照，就不能成为一篇论文，即是是作为硕士毕业论文也通不过。在 ICFP2009 上，介绍数字仿真的论文很多。差别在于，国外的基本都与测试结果对比， 而国内的大多都无测试对比。别人搞仿真，是因为他们有测试条件，可以以之验证改进数学模型。我们有些人搞仿真，是因为没有测试条件， 只能搞一些仿真，玩一些公式游戏。这样的仿真是一文不值的。笔者最近曾接触国内的一位研究生，作为硕士课题，搞了仿真，写了仿真的论 文，居然都还不知道为何要仿真。我无言。笔者认为，为提高大学生的测试能力，我们的液压教材可以增加下述内容。

a)在基础知识部分加入测试原理、测试传感器、二次仪表及 CAT的简介。

b)在元件部分，增加元件的性能曲线，例如图 1至 3。可以实测，也可以从相关的产品样本中摘取。并介绍相应的测试回路。因为分析这些曲线对系统性能的影响，是液压工程师不可或缺的能力。

图 1 一个溢流阀的流量-压力曲线[4]图2一个溢流阀的启闭特性曲线

c）再通过实验课和课程设计及毕业设计中增加测试来巩固，为以后分析系统的性能测试曲线打下基础。我们的液压技术人员应该能通过测试来鉴别元件性能的差异，从而挑选适用的元件，而不是

简单地根据其来源（进口的或合资生产的）来判断。须知，有些在德国被认为不上档次，几乎无市场的液压产品，在中国却仅仅因为是进口货而被捧为上宾。

图3一个二通流量阀的压差-流量曲线

3 教材内容近代化

我们的大学教材能否介绍一些较近代一些的，比方说上世纪 80 年代、90 年代出现的技术呢？即使由于课时数不够，不能全部在课堂上 讲，但至少也能让学生在课后，或今后做研究生时，或结合工作自学呢？比方说

3.1 螺纹插装阀

螺纹插装阀出现于五十年代，在七十年代获得大发展，到八十年代，已形成完整型谱，形式种类远远超过板式阀。目前世界上专业生产螺纹插装阀的厂家数以百计，产值接近或超过 1 亿美元的至少有 5 家。力士乐公司在 2002 年的产量就超过了 3 百万件，还嫌不够，还拆巨资併购意大利的 Oil-Control 公司集团。螺纹插装阀由于以孔为安装形式，相对传统的以面为安装形式的板式阀有体积小、结构紧凑等优点，被广泛应用，特别是在移动液压中。[5]按连接方式分，螺纹插装阀与盖板插装阀（又称逻辑阀、二通插装阀）并列归于插装阀， 可惜国内一些编写于 21 世纪的教材对此只字未提。用于讲解阀工作原理的，始终是上世纪五六十年代的板式结构，殊不知这当中许多类型的市场已经大大萎缩，让位给螺纹插装阀了。

3.1 电液比例阀

伺服阀太贵，大多数液压系统用不起，可以不讲，但电液比例阀一定要介绍。因为它是现代液压技术中连接电控和液压，实现运动的快速而平稳最重要的一环。实在太重要了。内部结构可

以少讲甚至略去不讲，但至少要把它作为一个黑盒子，从特性曲线来介绍。

3.1 集成块技术

对成熟的系列产品而言，集成块安装相对单个元件用管道连接，具有很多优点。由于近年来3D 设计软件和数控加工中心的广泛使用，集成块的设计制造成本越来越低，已成为当代液压系统最优先考虑的连接安装方式。集成块由于使用元件形式的不同，板式或插装式，也可以分为面安装、孔安装或混合式。作为液压工程师，应该对它的特长和特短有全面的认识，对其设计制造过程有一个概略的了解。

3.2 节能元件与回路

节能在 21 世纪的意义之重大不需在此重复了，因此液压元件与回路的能耗特性是一定要分析介绍的。

在一个定量泵驱动一个执行装置时，使用三通流量阀（溢流节流阀）要比二通流量阀节能。而在一个泵驱动多个执行装置时，就应考虑采用负载敏感回路（Load-Sensing）来节能。负载敏感回路出现于上世纪八十年代或更早，主要有使用定量泵和使用变量泵的这两类，还有一些变 形。

力士乐公司在此基础上，在 1994 年提出了流量分配不受负载影响回路（LUDV），形成了成熟产品，大量用在移动液压上，如各类挖掘机，履带车，挖掘装载车等。中国的工程机械产量占世界三分之一，但这些液压件至今还是基本进口。在 2006 年力士乐又推出了电液控LUDV 或称带 EFM（Elektro-hydraulisches Flow-Matching）的LUDV，可以使驱动泵的发动机工作在最节能的转速范围内[6]。与此相近的回路还有负流量控制(negative control)，正流量控制(positive control)等等。还有各种用于节能的混合动力回路。能否选择一些基本的、简单的回路做一概略的介绍呢？力士乐公司移动液压的销售额，在上世纪末就已经超过了固定液压。我们面向大机械类的液压教材是否也应适当增加这方面的内容，而不是始终停留在固定液压呢？

3.3 各种变量泵

为配合容积节流回路，取得最佳能耗和控制特性，除恒压泵外，还有电液控恒流量泵、恒功率泵、PQ 泵，等等。这些在上世纪八十年代就有成熟产品了，是否也能多少提及，使我们的大学毕业生离当前技术水平不那么遥远呢？

4 故障诊断与排除

应该简单地介绍一些液压系统和元件的故障诊断与排除的原理方法。不知道什么地方会出什么故障，不知道怎么排除故障，就不可能设计出好的液压系统。注意，这里故障诊断不是指通过复杂信号处理和神经网络之类方法进行的，而是最基本的一些原理和方法。

利用恰当的测试手段，诊断与排除故障，是深入了解液压系统和元件最好的途径，也是大学毕业生相对比较容易进入实际工作的切入点。

5 面向原版产品说明书

目前大多数国产液压元件与世界先进水平还有差距，因此，无论是选用，还是作为仿制研发赶超的目标，都要用到国外的产品说明书。而目前许多国外产品样本的中文译本都不敢恭维。一是没有使用常用的中文专业术语，二是译者不懂液压专业，不理解上下文关系，因此译文读起来很费解。再者，这些中文版大多更新不及时，常有印刷错误，也不像英文原版那样承担相应的责任。

现在的大学生英语 4 级都能过关，应付这些产品说明书的语法应该是没问题的，只是要面对一批不超过 500 个的液压术语而已。是否能在书末附一个中英液压词汇对照表？或者给出每章节相应的英语标题，在引入中文术语的同时介绍相应的英文术语？能否适当摘录原版产品说明书， 作为课后练习？因为通过翻译也可帮助学生进一步理解液压。

6 减少公式及推导

应该看到，大机械专业的毕业生中，搞主机和液压系统的会远远多于搞液压元件制造的。而对前者而言，最重要的是会选用元件，而怎么设计制造元件，例如从（齿轮泵的）齿数或（叶片泵的）定子曲线或（柱塞泵的）柱塞个数及斜盘倾角去计算泵的排量，是不需要关心的。

图 1 至 3 是一些常见的阀的特性曲线，通过测试可以相当方便可靠地获得，靠我们现在教材中的阀特性计算公式能算出来吗？

而对于现代的液压元件设计师，光靠这些上世纪五六十年代推导出来的公式是远远不够的。现代的液压元件设计大量采用了有限元、CFD、数字仿真等依托于计算机的方法，以处理液压中几乎处处存在的非线性问题和分布参数问题。

再说，液压技术发展到今天，元件种类已是如此繁多，元件设计制造已如此专业化，造阀的不造泵，造泵的不造阀。如果有哪位今天还宣 称，他既能设计阀也能设计泵，那他不是一位罕见的天才就是一个不了解现代液压的井蛙。如果真能靠我们现在这些大学液压元件教材上的公式就能设计出好的液压元件的话，中国的液压工业就不是今天这个样了。所以笔者建议，把那些对选用元件无用的内容从本科生教材中统统删去。每一类元件的设计都可以作为一本专著来写，让那些为数不多的元件设计师去选读钻研。

有许多繁复的计算是可以用曲线来代替的， 例如，薄壁小孔的流量压差、蓄能器的选用计算，等等。

计算管道液阻的公式中有一个系数 0.3164， 有必要有可能那么精确吗？现在测量综合精度能达到 0.1%的压力流量传感器都是不多见的，4 位有效数字纯粹是纸上谈兵。

动特性的影响是始终存在的，很多情况下也不可不考虑，但目前教材上这些计算动特性的公式，特别是用传递函数的方法，对绝大多数普通液压系统既繁琐又不可靠，除了玩弄公式杜撰论文外实在是没什么用的。

液压有一些基本的法则，如，负载决定压 力，液体总是往低压处流，压差与流动相互依存等，对实际应用非常重要，必须使用得非常熟 练。但在我们的液压教材中常常被淹没在许多无用的公式中，以至我们的一些大学毕业生能推导欧拉方程却不会调节溢流阀。

是否可以放弃一些无用的公式计算而把课时让给前述那些更重要的内容呢？

7 关于液压系统设计

目前国内所有大学液压传动教材都有系统设

计这一章。笔者翻阅了手头有的德国三所大学-亚琛工大、达姆工大、汉堡应用学院-的五本液压传动教材[4，7-10]，无一讲述液压系统设计。笔者认为这是有道理的。亲身搞过产品设计制造的， 都能体会，一件产品的成本，80%掌握在设计师手里。根据我们现在这些大学液压教材，充其量只能设计出一个勉强能动的系统。如果哪个公司任用了一个仅仅读懂读通了我们这些教材的大学毕业生，即使是最优秀的，来搞系统设计的话，也非破产不可。因为，要设计出一个好的液压系

统，除了要分析计算系统的工况参数外，还要至少明确以下因素：

A. 主机总体情况：

1. 顾客（群）是外部或是内部的？是显形的或是隐形的?
2. 是否有样机？国内外先进水平怎么样？是否已有专利或实用新型？

B. 系统将来的工作环境

1. 室内，露天？温度、湿度变化范围？
2. 雨水、海水？腐蚀性？
3. 灰尘状况，杂物？
4. 阻燃、防爆要求？
5. 冲击、振动情况？
6. 电源电压波动范围？

C. 对安全性的要求

1. 有何危险？机械性？烫伤？辐射？噪声？发生频率？
2. 如果一个部件出故障的话，有何危险？
3. 操作者素质，受培训程度？
4. 如果不遵守操作规程，无意、或有意，有何危险？
5. 出事故的后果如何？致伤？可痊愈？致残？致死？单人？或多人？防护措施？标识？相应的安全标准或规范？培训？

D. 对工作可靠性的要求

1. 期望的工作年限？
2. 工作周期？8小时/天？不间断？
3. 故障停工的后果？
4. 维修能力？重新恢复工作所需的时间？代价？对策？

E. 对外形的限制

1. 长宽高？安装空间？管道方向？
2. 操作者位置？维修者进入方向？
3. 可移性、可拆性、可更换性？

F. 对重量的限制

1. 允许重量？
2. 单件运输重量？重心？载荷均布性？

G. 能耗情况

1. 能量来源，电动机或内燃机？经济转速？
2. 是否允许装冷却器？加热器？
3. 是否可用混合动力，回收刹车动力？

H. 对经济性的要求

1. 目前制造成本？新的要求？订货量？
2. 同行（竞争对象）的价格？

I. 对交货期的要求

1. 什么时候必须交货？完成设计？
2. 什么时候必须（可以）完成采购与制造？ 完成组装？系统联调？优化？空载试车？满载试车？超载试车？

1. 交货期、成本、性能，什么是最重要的？什么是次重要的？

不了解这些，就搞不好设计。而这些，没有在这一行实际工作几年的经历是掌握不了的。

笔者在今年曾经接触过一位国内液压专业的本科应届毕业生。毕业设计的课题是设计一个液压阀测试台。但几个星期过去了，他还没搞懂该阀的工作原理，还不能画出正确的测试回路原理图。那他设计出的测试台图纸，可想而知，只能是废纸一堆。所幸，他由于学习成绩优秀，可以直升研究生。若到工厂去，麻烦可就大了。

与设计相比，测试、从而判断元件系统的性能，要容易上手得多，对学生更有益。因此能否少搞毕业设计，多搞毕业测试？通过设计测试回路、搭建测试系统、测试比较元件，来提高学生的实践能力。以前，巴克教授就让博士生搜集测试世界各大公司的产品，进行分析对比。研究透了，就是一篇高水平的论文。研究透了，找出可改进之处，也就可能产生创新的念头。

8 多媒体课件

多一些实物照片，对面向实际的学习肯定很有益。用彩色标识元件剖面图、回路原理图，肯定会大大便利学习。把常用的计算公式转化成EXEL 表格，也可以简化计算和换算。感谢多媒体技术的发展，教科书后附一个光盘也是很平常的了，重要的是我们在光盘里放什么东西。

9 纠错

图 4 关于溢流阀响应时间的错误定义

有几本教材上关于溢流阀的动特性，有类似图 4 的图，说，t1 是溢流阀的响应时间。其实只要认真仔细考虑一下，每个懂溢流阀工作原理的人都能认识到，这是错误的。溢流阀的实际响应过程如图 5 所示，曲线p 是系统压力，曲线x 是溢流阀阀芯的位移。在系统压力达到溢流阀的开启压力 Psoll 之前，一般溢流阀根本就不会打开，因此时间 t1 与溢流阀的响应特性根本无关， 仅反映系统的动态响应特性。在 2003 年出现的“软溢流阀”[11]除外。

图 5 直动式溢流阀的实际响应过程[7]

图 6 考虑调压偏差时

如果考虑某溢流阀有较大的调压偏差，即， 通过较大测试流量时的稳态压力要高于阀口微开时的开启压力（图 6）。则当系统压力达到溢流阀的开启压力之前(A)，溢流阀是关闭的。而由于溢流阀芯的惰性，直到 B 点溢流通道才被打开，开始溢流，压力上升速率减小。那也只有从A 到 B 才真正是被测阀的响应时间，引起超调的原因。只是这不太容易确定。

类似的常识性错误还有一些，在此就不一一列举了。

结束语

现在大多数大学生的家长都必须节衣缩食，才能支付子女昂贵的学费。而我们的教材还是五分陈旧，三分无用，一分错误，于心何忍？一些教材已做出了一些努力，希望还能进一步改进， 编成一本真正对学生对国家有用的教材！

参考资料：

• Annette Neumann： Was Arbeitgeberbeider Auswahl chinesischer Fachkräfte beachten sollten。<Process>，Vogel 出版社， 2008 年 9 月。

• Hartmut Rauen, Deutsche Fluidtechnik – weltweit anerkannt, O+PKonstruktions-Jahrbuch 2008/2009。

• 张海平，德国亚琛工大流技所的科研现状简介，<机电设备>， 2003。
• H. Murrenhoff, Grundlagen der Fluidtechnik, Band 1: Hydraulik, 5.Auflage,IFAS, RWTH Aachen, 2007。

• 张海平，螺纹插装阀技术，<流体传动与控制>，2004-2。

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• W. Backé, Grundlagen der Ölhydraulik, IHP,RWTH Aachen, 1988。
• W. Backé, Prof. H. Murrenhoff, Grundlagen der Ölhydraulik, IHP, RWTH Aachen, 1994。
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• 张海平，介绍一种新阀“软溢流阀”, <流体传动与控制>，2005-3。