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比例閥名稱的標準化解讀

發布日期:2017-07-07    來源:本刊摘編      點擊數:26189

      在工業液壓領域中,隨著電液比例控制技術的發展,比例閥產品的種類和性能在發展變化著,高響應比例閥已接近伺服閥性能,相應的不同性能的比例閥的名稱和分類也有許多變化,這導致了比例閥產品市場上的名稱分類及解釋各不相同,產生了應用混淆,已影響對比例閥名稱的規范。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,需根據國家標準或國際標準名稱術語進行規范,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《流體傳動系統及元件詞匯》(以下簡稱新標準《詞匯》)中,對與比例閥有關的有多個名稱定義:
      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—一種電調制的連續控制閥,其死區大于或等于閥芯行程的3%。
      伺服閥servo-valve—一種電調制的連續控制閥,其死區小于閥芯行程的3%。
      連續控制閥continuous control valve—響應連續的輸入信號以連續方式控制系統能量流的閥(連續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”一詞是泛指各種驅動形式(電、液、機及氣等驅動形式)的,輸出量與控制輸入量成比例的液壓閥類。對于“用電驅動形式的比例閥”來說,一般指使用比例電磁鐵驅動的并應用于液壓控制系統中的各種“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動形式,也使用步進或伺服電機、動圈力馬達等其他電驅動形式(目前使用比例電磁鐵驅動形式的產品市場應用較多)。比例閥與普通液壓閥一樣分為三大類型產品,即:各種的比例壓力閥(以溢流和減壓為主)、比例流量(或節流)閥及比例方向(節流)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范名稱,過去通常是指一種能使輸出油液的參數(壓力、流量和方向)隨輸入電信號參數(電流、電壓)的變化而成比例的閥,從而實現連續的比例控制目的。現在特指為一種電調制的連續控制閥,從特征上講,其死區大于或等于閥芯行程的3%。實際應用可知,“比例控制閥”不僅可用于開環控制,主要可用于閉環控制系統,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”的性能特征發展變化也同時影響了對伺服閥名稱解釋和區分。
      “伺服閥”一詞在舊國家標準GB/T 17446-1998《流體傳動系統及元件術語》(已作廢)中,專指“接受模擬量控制信號并輸出相應的模擬量流體的閥”。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》中第一次出現了“連續控制閥”詞匯和定義。這個詞匯目前在國內使用很少,認識還生疏。在“連續控制閥”一詞之下,包含所有類型“比例控制閥”和“伺服閥”。從定義和市場應用的產品功能分析,連續控制閥隱含表達了這樣的含義:伺服閥在伺服控制系統作為放大元件,它能響應連續的輸入信號,以連續方式控制系統的位置、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,可響應連續的輸入信號,或者在有外部反饋信號的閉環控制系統中,實現控制液流的大小、方向和壓力功能。可見,連續控制的含義不僅表示兩類型閥具備一定的動態控制性能的連續響應能力,還表示這兩類型閥應用于具有反饋控制場合。
      “連續控制閥”一詞的出現表明這樣一個事實:隨著比例控制技術的應用發展,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,兩者之間的區別已經越來越難以界定。因此,新標準《詞匯》中的電調制的連續控制閥是以閥口零位時的遮蓋狀態來界定比例控制閥和伺服閥這兩者之間的區分:即“比例控制閥的零位死區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精度的細微差別,來區分兩者之間最關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量級水平。因為比例控制閥主要面向工業液壓領域,一般不需人工單獨或專門工藝方法研配閥控制口零位機械死區的幾何尺寸精度,僅依靠加工設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液壓控制應用,這樣,比例控制閥相對較大零位機械死區配合與伺服閥接近于零遮蓋死區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動電功率特性,是比例控制閥明顯區別于傳統的微電功率驅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分,這是因為產品的外部特征不能表達比例控制閥與伺服閥之間本質的功能特性。
      二、國外流行名稱
      在德國,過去用于開環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,德國用于閉環控制的比例控制閥過去統稱為調節閥(德文Regelventile),德文中“調節閥”一詞本身隱含著明確的閉環調節功能的含義,按其產品特性有三種不同名稱流行于世,形成專有名稱術語。即:
      1、高頻響閥(High response valve)
      動態特性(階躍響應時間)比普通比例閥高,具有良好穩態重復精度(滯環小)。同一款產品的多數型號用于開環控制,也有個別型號可通過電補償技術用于閉環控制。產品品種主要有比例方向控制閥、插裝式比例節流控制閥,也有比例壓力控制閥,比例流量控制閥等品種。
      2、閉環比例閥(Closed-loop proportional-valve)
      典型特征是閥內置電反饋檢測裝置與放大器(具有PID 調節器功能)構成內部控制閉環。穩態、動態特性比普通比例閥明顯高,具有頻率特性指標。產品結構有四通方向控制閥,也有二通、三通插裝式或者螺紋插裝安裝形式的比例方向(節流)控制閥,用于開環控制有較高的控制精度。根據閥口零位可調節特征適用于位置控制、力(壓力)控制及流量控制,特別適合一個循環動作中即有開環控制又有閉環控制或者要求較高控制精度等復合控制場合。
      3、伺服比例閥(或比例伺服閥)(Servo solenoid valve)
      典型結構特征是具有四通控制閥口,具有較小的機械零位死區(零遮蓋死區等于甚至小于閥芯行程3%),穩態、動態特性及頻率特性符合伺服閥要求,只是動態頻響比伺服閥低。一般達到工業伺服控制應用要求(滿足3Hz~5Hz 低頻伺服系統工況),主要用于位置控制、力(壓力)控制及速度控制。
      上述這類名稱,具體應用于產品,名稱則多種多樣,并且同一型號產品名稱隨著發展變化也有前后不同,而國內對進口產品的名稱翻譯就更加不規范。以四通比例方向控制閥類產品為例,BOCHREXROTH公司早期BOCH公司有一種產品型號產品原名稱為“Regelventile LVDT-DC;Servo solenoid valves LVDTDC;Servo-distributeurs LVDT-DC”而中文產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 閉環比例閥,6通徑,直控式”等。以后該產品型號改為4WRPH 6 型,功能特征雖然沒有本質改變,但是,產品名稱卻修改為“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范,會產生很大麻煩。好在目前國外已認識到這個問題,率先執行新ISO標準所要求的電調制液壓控制閥,或電調制的連續控制閥名稱進行分類。例如BOCHREXROTH 公司已經把不同具體名稱的比例控制閥產品統一歸類為電調制的連續控制閥。對于電調制的比例閥產品,由于其動態性能已改進提高,也被歸類于電調制的連續控制閥。現在所有類型的閥已經按照ISO 標準,在德文統一稱為“Stetigventile”比例閥。
      雖然標準已提供規范分類名稱,對具體產品仍然采用功能特性來命名比較流行,產品名稱與電液控制系統的應用緊密相關是比較清楚的做法,僅僅用電調制的連續控制閥或者電調制液壓控制閥分類表示,會使一些具體產品互相之間功能特征方面比較模糊,所以,為明確地區分閥功能特性界線。國外產品仍繼續采用以連續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品特征形式的方法。
      三、各種名稱的關系圖
      由于比例閥是從液壓系統應用中發展起來的,比例控制閥既可以解決普通液壓系統無法解決的電調節、連續調節、快速性及緩沖制動等問題,又可滿足一般工業液壓伺服控制或閉環控制應用需要,并且因產品的發展歷史原因與應用變化,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系比較混雜。因此,新國家標準《詞匯》和標準試驗方法規定的標準名稱,力求規范產品名稱分類關系。所以,今后應該按照國家標準或國際標準名稱術語和市場流行的名稱相結合方式,正確表達不同類型產品名稱之間所表達的分類關系,參見圖1所示分類說明,以正確運用名稱規范并且與國際標準接軌。
      圖1 不同類型產品的分類說明

     

      值得注意的是,電調制類的比例閥品種發展越來越多,應用領域越來越廣泛,這也影響了普通液壓閥類產品名稱和分類變化。在國外已更明確劃分普通液壓閥與電調制液壓控制閥界線,強調普通液壓閥為開關閥,即把普通液壓閥類(壓力、流量及方向三大類液壓閥)產品統一稱為:“開關液壓閥(On/Off Valve)”,以示從應用方面與比例閥、連續控制閥或電調制液壓控制閥的加以區分。

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