比例閥名稱的標準化解讀

      在工業(yè)液壓領(lǐng)域中，隨著電液比例控制技術(shù)的發(fā)展，比例閥產(chǎn)品的種類和性能在發(fā)展變化著，高響應(yīng)比例閥已接近伺服閥性能，相應(yīng)的不同性能的比例閥的名稱和分類也有許多變化，這導(dǎo)致了比例閥產(chǎn)品市場上的名稱分類及解釋各不相同，產(chǎn)生了應(yīng)用混淆，已影響對比例閥名稱的規(guī)范。近些年來，IOS標準及國家標準已頒布一系列標準涉及有關(guān)比例閥名稱，這些標準名稱與市場流行的習慣有所不同，因此，需根據(jù)國家標準或國際標準名稱術(shù)語進行規(guī)范，正確認識理解這些比例閥名稱及含義。
      一、概況
      在國際標準ISO 5598:2008 或國家標準GB/T17446-2012《流體傳動系統(tǒng)及元件詞匯》（以下簡稱新標準《詞匯》）中，對與比例閥有關(guān)的有多個名稱定義：
      比例閥proportional valve—其輸出量與控制輸入量成比例的閥。
      比例控制閥proportional control valve—一種電調(diào)制的連續(xù)控制閥，其死區(qū)大于或等于閥芯行程的3%。
      伺服閥servo-valve—一種電調(diào)制的連續(xù)控制閥，其死區(qū)小于閥芯行程的3%。
      連續(xù)控制閥continuous control valve—響應(yīng)連續(xù)的輸入信號以連續(xù)方式控制系統(tǒng)能量流的閥（連續(xù)控制閥含義包括所有類型的伺服閥和比例控制閥）。
      通過上述這些定義可知，“比例閥”一詞是泛指各種驅(qū)動形式（電、液、機及氣等驅(qū)動形式）的，輸出量與控制輸入量成比例的液壓閥類。對于“用電驅(qū)動形式的比例閥”來說，一般指使用比例電磁鐵驅(qū)動的并應(yīng)用于液壓控制系統(tǒng)中的各種“電液比例閥”名稱的簡稱。不過，比例閥不僅使用比例電磁鐵這一種電驅(qū)動形式，也使用步進或伺服電機、動圈力馬達等其他電驅(qū)動形式（目前使用比例電磁鐵驅(qū)動形式的產(chǎn)品市場應(yīng)用較多）。比例閥與普通液壓閥一樣分為三大類型產(chǎn)品，即：各種的比例壓力閥（以溢流和減壓為主）、比例流量（或節(jié)流）閥及比例方向（節(jié)流）閥，等等。
      “比例控制閥”一詞在新國家標準《詞匯》的名稱定義與以往理解有所不同。“比例控制閥”過去沒有國家標準的規(guī)范名稱，過去通常是指一種能使輸出油液的參數(shù)（壓力、流量和方向）隨輸入電信號參數(shù)（電流、電壓）的變化而成比例的閥，從而實現(xiàn)連續(xù)的比例控制目的�，F(xiàn)在特指為一種電調(diào)制的連續(xù)控制閥，從特征上講，其死區(qū)大于或等于閥芯行程的3%。實際應(yīng)用可知，“比例控制閥”不僅可用于開環(huán)控制，主要可用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，高性能的比例控制閥甚至可與伺服閥接近。因此，“比例控制閥”的性能特征發(fā)展變化也同時影響了對伺服閥名稱解釋和區(qū)分。
      “伺服閥”一詞在舊國家標準GB/T 17446-1998《流體傳動系統(tǒng)及元件術(shù)語》（已作廢）中，專指“接受模擬量控制信號并輸出相應(yīng)的模擬量流體的閥”。同時，舊國家標準還有液壓伺服閥、電液伺服閥等不同類型伺服閥名稱。其中，當輸入指令為電量時，舊國家標準中稱其為“電液伺服閥（electro hydraulic servovalve）”。不過，在2008 年新ISO 5598 標準《詞匯》頒布后，“電液伺服閥”一詞不再是標準目錄中的規(guī)范名稱，僅用“伺服閥”一詞代替，而且，對“伺服閥”的定義已有新的修改內(nèi)容，這個變化明顯是受到了比例控制閥的影響。
      在新標準《詞匯》中第一次出現(xiàn)了“連續(xù)控制閥”詞匯和定義。這個詞匯目前在國內(nèi)使用很少，認識還生疏。在“連續(xù)控制閥”一詞之下，包含所有類型“比例控制閥”和“伺服閥”。從定義和市場應(yīng)用的產(chǎn)品功能分析，連續(xù)控制閥隱含表達了這樣的含義：伺服閥在伺服控制系統(tǒng)作為放大元件，它能響應(yīng)連續(xù)的輸入信號，以連續(xù)方式控制系統(tǒng)的位置、壓力、流量，速度等。同樣的，比例控制閥也具有伺服閥一樣或相似功能，可響應(yīng)連續(xù)的輸入信號，或者在有外部反饋信號的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)控制液流的大小、方向和壓力功能。可見，連續(xù)控制的含義不僅表示兩類型閥具備一定的動態(tài)控制性能的連續(xù)響應(yīng)能力，還表示這兩類型閥應(yīng)用于具有反饋控制場合。
      “連續(xù)控制閥”一詞的出現(xiàn)表明這樣一個事實：隨著比例控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，具有高頻響（Frequency Response）特征的“比例控制閥”性能已可接近甚至達到伺服閥的性能水平，兩者之間的區(qū)別已經(jīng)越來越難以界定。因此，新標準《詞匯》中的電調(diào)制的連續(xù)控制閥是以閥口零位時的遮蓋狀態(tài)來界定比例控制閥和伺服閥這兩者之間的區(qū)分：即“比例控制閥的零位死區(qū)通常大于或等于閥芯行程的3%。而伺服閥則小于3%”。
      對于比例控制閥與伺服閥之間用死區(qū)精度的細微差別，來區(qū)分兩者之間最關(guān)鍵的加工工藝或功能特征，一般不易理解。這個差別不僅決定兩者之間本身性能的高低差別，同時也反映兩者之間制造成本上差別。一般來說，比例控制閥的制造精度等級比伺服閥相差一個數(shù)量級水平。因為比例控制閥主要面向工業(yè)液壓領(lǐng)域，一般不需人工單獨或?qū)ｉT工藝方法研配閥控制口零位機械死區(qū)的幾何尺寸精度，僅依靠加工設(shè)備批量化的加工工藝，就能使相對低的加工和配合尺寸精度滿足工業(yè)液壓控制應(yīng)用，這樣，比例控制閥相對較大零位機械死區(qū)配合與伺服閥接近于零遮蓋死區(qū)必須采用特殊方法進行選配工藝相比，其制造成本上有明顯的降低。
      實際上，采用比例電磁鐵或具有較大的驅(qū)動電功率特性，是比例控制閥明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的微電功率驅(qū)動的伺服閥主要外部特征，新標準《詞匯》不采用兩者之間的外部特征加以區(qū)分，這是因為產(chǎn)品的外部特征不能表達比例控制閥與伺服閥之間本質(zhì)的功能特性。
      二、國外流行名稱
      在德國，過去用于開環(huán)控制的比例閥名稱與中國基本理解的相同，如比例壓力閥、比例流量閥或比例方向閥等。但是，德國用于閉環(huán)控制的比例控制閥過去統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)閥（德文Regelventile），德文中“調(diào)節(jié)閥”一詞本身隱含著明確的閉環(huán)調(diào)節(jié)功能的含義，按其產(chǎn)品特性有三種不同名稱流行于世，形成專有名稱術(shù)語。即：
      1、高頻響閥（High response valve）
      動態(tài)特性（階躍響應(yīng)時間）比普通比例閥高，具有良好穩(wěn)態(tài)重復(fù)精度（滯環(huán)�。�。同一款產(chǎn)品的多數(shù)型號用于開環(huán)控制，也有個別型號可通過電補償技術(shù)用于閉環(huán)控制。產(chǎn)品品種主要有比例方向控制閥、插裝式比例節(jié)流控制閥，也有比例壓力控制閥，比例流量控制閥等品種。
      2、閉環(huán)比例閥（Closed-loop proportional-valve）
      典型特征是閥內(nèi)置電反饋檢測裝置與放大器（具有PID 調(diào)節(jié)器功能）構(gòu)成內(nèi)部控制閉環(huán)。穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性比普通比例閥明顯高，具有頻率特性指標。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有四通方向控制閥，也有二通、三通插裝式或者螺紋插裝安裝形式的比例方向（節(jié)流）控制閥，用于開環(huán)控制有較高的控制精度。根據(jù)閥口零位可調(diào)節(jié)特征適用于位置控制、力（壓力）控制及流量控制，特別適合一個循環(huán)動作中即有開環(huán)控制又有閉環(huán)控制或者要求較高控制精度等復(fù)合控制場合。
      3、伺服比例閥（或比例伺服閥）（Servo solenoid valve）
      典型結(jié)構(gòu)特征是具有四通控制閥口，具有較小的機械零位死區(qū)（零遮蓋死區(qū)等于甚至小于閥芯行程3%），穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性及頻率特性符合伺服閥要求，只是動態(tài)頻響比伺服閥低。一般達到工業(yè)伺服控制應(yīng)用要求（滿足3Hz～5Hz 低頻伺服系統(tǒng)工況），主要用于位置控制、力（壓力）控制及速度控制。
      上述這類名稱，具體應(yīng)用于產(chǎn)品，名稱則多種多樣，并且同一型號產(chǎn)品名稱隨著發(fā)展變化也有前后不同，而國內(nèi)對進口產(chǎn)品的名稱翻譯就更加不規(guī)范。以四通比例方向控制閥類產(chǎn)品為例，BOCHREXROTH公司早期BOCH公司有一種產(chǎn)品型號產(chǎn)品原名稱為“Regelventile LVDT-DC；Servo solenoid valves LVDTDC；Servo-distributeurs LVDT-DC”而中文產(chǎn)品樣本或教程則翻譯為“伺服電磁閥，帶電氣位置反饋（Lvdt DC/DC±10 V）”，或“4/4 閉環(huán)比例閥，6通徑，直控式”等。以后該產(chǎn)品型號改為4WRPH 6 型，功能特征雖然沒有本質(zhì)改變，但是，產(chǎn)品名稱卻修改為“Servo solenoid valves with electrical position feedback （Lvdt DC/DC ±10 V）”，中文翻譯名稱則相應(yīng)地改為“伺服電磁閥，它帶有電子位置反饋器（Lvdt DC/DC ±10V）”。可見，如果不對名稱予以規(guī)范，會產(chǎn)生很大麻煩。好在目前國外已認識到這個問題，率先執(zhí)行新ISO標準所要求的電調(diào)制液壓控制閥，或電調(diào)制的連續(xù)控制閥名稱進行分類。例如BOCHREXROTH 公司已經(jīng)把不同具體名稱的比例控制閥產(chǎn)品統(tǒng)一歸類為電調(diào)制的連續(xù)控制閥。對于電調(diào)制的比例閥產(chǎn)品，由于其動態(tài)性能已改進提高，也被歸類于電調(diào)制的連續(xù)控制閥。現(xiàn)在所有類型的閥已經(jīng)按照ISO 標準，在德文統(tǒng)一稱為“Stetigventile”比例閥。
      雖然標準已提供規(guī)范分類名稱，對具體產(chǎn)品仍然采用功能特性來命名比較流行，產(chǎn)品名稱與電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用緊密相關(guān)是比較清楚的做法，僅僅用電調(diào)制的連續(xù)控制閥或者電調(diào)制液壓控制閥分類表示，會使一些具體產(chǎn)品互相之間功能特征方面比較模糊，所以，為明確地區(qū)分閥功能特性界線。國外產(chǎn)品仍繼續(xù)采用以連續(xù)控制閥概括比例控制閥類的劃分形式，再用具體名稱表達具體產(chǎn)品特征形式的方法。
      三、各種名稱的關(guān)系圖
      由于比例閥是從液壓系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)展起來的，比例控制閥既可以解決普通液壓系統(tǒng)無法解決的電調(diào)節(jié)、連續(xù)調(diào)節(jié)、快速性及緩沖制動等問題，又可滿足一般工業(yè)液壓伺服控制或閉環(huán)控制應(yīng)用需要，并且因產(chǎn)品的發(fā)展歷史原因與應(yīng)用變化，形成不同用途的比例閥、比例控制閥，其與液壓閥、伺服閥之間的名稱關(guān)系比較混雜。因此，新國家標準《詞匯》和標準試驗方法規(guī)定的標準名稱，力求規(guī)范產(chǎn)品名稱分類關(guān)系。所以，今后應(yīng)該按照國家標準或國際標準名稱術(shù)語和市場流行的名稱相結(jié)合方式，正確表達不同類型產(chǎn)品名稱之間所表達的分類關(guān)系，參見圖1所示分類說明，以正確運用名稱規(guī)范并且與國際標準接軌。
      圖1 不同類型產(chǎn)品的分類說明

      值得注意的是，電調(diào)制類的比例閥品種發(fā)展越來越多，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，這也影響了普通液壓閥類產(chǎn)品名稱和分類變化。在國外已更明確劃分普通液壓閥與電調(diào)制液壓控制閥界線，強調(diào)普通液壓閥為開關(guān)閥，即把普通液壓閥類（壓力、流量及方向三大類液壓閥）產(chǎn)品統(tǒng)一稱為：“開關(guān)液壓閥（On/Off Valve）”，以示從應(yīng)用方面與比例閥、連續(xù)控制閥或電調(diào)制液壓控制閥的加以區(qū)分。