资源描述：
De c．2 01 3 机床与液压 Hy d r o me c h a t r o n i c s En g i n e e r i n g V0 1 _41 No ．2 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 4 ． 0 1 6 S i mu l a t i o n o f Hy d r a u l i c S e r v o S y s t e m f o r Hi g h S p e e d I n j e c t i o n Mo l d i n g Ma c h i n e b y A ME S i m XI AO Wa n g ， L I U J u n y i n g， L I U Xi n z h a o ， HU Xi n，T ANG J i n g d o n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ， Z i b o 2 5 5 0 4 9， C h i n a A b s t r a c t T h e h y d r a u l ic s y s t e m i n c l u d i n g h i g h - s p e e d i n j e c t i o n p a n s o f i n j e c t i o n mo l d i n g ma c h i n e h a s b e e n d e v e l o p e d ．T h e s i mu la t i o n mo d e l f o r h i g h - s p e e d i n j e c t i o n s y s t e m wa s o b t a in e d b y u s i n g AM E Si m s o f t wa r e．Th e i n f l u e n c e o f k e y p a r a me t e r s i s a n a ly z e d i n e le c t r o - h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m in t e r ms o f d y n a mic c o n t r o l e f f e c t o f s c r e w d u r i n g i n j e c t i o n p r o c e s s ．B o t h t h e c o n t r o l s t r a t - e g y an d i mp l e me n t a t i o n me t h o d o f e l e c t r o h y d r a u l ic p o s it i o n - s p e e d s e r v o s y s t e m a r e i n t r o d u c e d． T h e c o n t r o I o f d o u b le v a r i a b le s f o r t h e i n j e c t io n p o s i t i o n a n d s p e e d is r e a l iz e d in t h e s a me s y s t e m a n d t h e o p t ima l s i mu la t io n r e s u l t s h a v e b ee n o b t a i n e d ． K e y wo r d s h i g h - s p e e d i n j e c t i o n m o ld i n g ma c h i n e ， A ME S i m s o f t w a r e ，h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m I n j e c t i o n s p e e d o f f u l l y h y d r a u l i c a n d h i g h s p e e d i n j e c t i o n mo l d i n g ma c h i n e c a n r e a c h u p t o 3 0 0 mm ／s b y t h e h i g h p e r f o r ma n c e d r i v e n s y s t e m． I n o r d e r t o b e t t e r me e t r e qu i r e me n t s o f i n e c t i o n mo l d i n g p r o c e s s ，h i g h s p e e d i n j e c t i o n w i t h h i g h p r e c i s i o n i s n e e d e d t o c o n t r o l t h e s p e e d a n d p o s i t i o n o f t h e i n j e c t i o n s c r e w『 14 I ．E l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m i s wi d e l y u s e d i n t h e i ni e c t i o n c o n t r o l s y s t e m d u e t o t h e a d v a n t a g e s s u c h a s f a s t r e s p o n s e s p e e d a n d h i g h c o n t r o l p r e c i s i o n ．I n t h i s p a p e r ，a h i g h s p e e d i n j e c t i o n h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m o f i n j e c t i o n m o l d i n g m a c h i n e i s o b t a i n e d b y u s i n g t he AMESi m s i mu l a t i o n mo de l a n d t h e d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e i n j e c t i o n c o n t r o l p r o c e s s a r e a n a l y z e d f o r t h e p o s i t i o n s e r v o s y s t e m a n d s pe e d s e r v o s y s t e m．At t h e s a me t i me．a c o n t r o l s t r a t e g y a n d i mp l e me n t a t i o n me t h o d s o f t he e l e c t r o h y d r a ul i c p o s i t i o n s pe e d s e r v o s y s t e m a r e p r o po s e d， a nd t h e f e a s i bi l i t y a n d e f f e c t i v e n e s s o f t h i s s e r v o s c h e m e fo r h i g h s p e e d i n j e c t i o n s y s t e m c o n t r o l a r e v e ri fi e d b y s i mu l a t i o n r e s u l t s I 5 6 I ． 1 ． De s i g n a n d p r i n c i p l e o f h i g h - s p e e d i n j e c - t i o n hy d r a ul i c s y s t e m F i g ． 1 s h o w s t h e s c h e ma t i c i n j e c t i o n p a r t o f h y R e c e i v e d2 0 1 30 51 9 XI AO Wa ng ．E ma i l x i a o wa ng 一1 9 7 7 1 2 6 ． c o n d r a u l i c s y s t e m o f h i g h - s p e e d i n j e c t i o n m o l d i n g m a ‘_ c h i n e whi c h wa s d e v e l o p e d b a s e d o n DS1 6 0． 1 ． t a n k，2． mo t o r ，3 ． d o u b l e v a n e p u mp，4． r e l i e f ， 5，6． s o l e n o i d d i r e c t i o n a l v a l v e ，7．c h e c k v a l v e， 8．c h e c k t h r o t t l i n g v a l v e，9． p r e s s u r e r e l a y，1 0 ． r e l i e f ，1 1 ． p r o p o r t i o n a l r e l i e f v a l v e ，1 2． a c c u mu l a t o r ，1 3． c a r t r i d g e v a l v e，1 4 ． s o l e n o i d d i r e c t i o n a l v alv e，1 5． s e r v o v a l v e ，1 6． c o n d e n s e r F i g ． 1 T h e DS 1 6 0 h y d r a u l i c s c h e ma t i c o f h i g h s p e e d i n j e c t i o n s y s t e m Th e wo r k i n g p rin c i pl e o f t h i s s y s t e m i s a s f o l - l o w s ，i n n o n - i n j e c t i o n c o n d i t i o n ， s o l e n o i d d i r e c t i o n a l v a l v e 6 i s t o b e e n e r g i z e d．t he a c c umu l a t o r 1 2 i s fil l e d b y hi g h p r e s s u r e a n d l o w ma s s flo w r a t e p u mp XI AO W a n g，e t a l Si mu l a t i o n o f Hy d r a u l i c S e r v o S y s t e m f o r Hi g h S p e e d I n j e c t i o n Mo l d i n g Ma c h i n e b y A ME S i m 7 7 P 2． W h e n p r e s s u r e r e a c h e s t h e s e t v a l u e o f p r e s s u r e s wi t c h 9．t he s o l e no i d v a l v e 6 i s d e ． e n e r g i z e d a n d t h e p r o c e s s o f flu i d． til l e d i s o v e r ．P ump P2 c a n b e u n l o a ． d e d t hr o ug h r e l i e f v a l v e 4 o r b e us e d t o s u pp l y o i l t o s y s t e m b y wo r ki n g wi t h p u mp P1 t hr o u g h t h e d i r e c t i o n a l v a l v e 6 ．Wh e n s y s t e m i n j e c t s ．s o l e n o i d d i r e c ． t i o n a l v a l v e 1 4 i s e n e r g i z e d a n d c a r t r i d g e v a l v e 1 3 i s o p e n e d． Ac c u mu l a t o r 1 2 r e l e a s e s t he s t o r e d h i g h ． p r e s s u r e o i l t h r o u g h s e r v o v a l v e 1 5 t o a c h i e v e h i g h - s p e e d i n j e c t i o n ．T h e 0 i l fl e w i n t o i n j e c t i o n c y l i n d e r c a n b e c o n t r o l l e d b y c o n t r o l l i n g t h e e l e c t ric a l s i g n a l t o s e r v o v a l v e 1 5 wh i c h de t e r mi n e s t h e o pe ni ng d e g r e e o f s p o o 1 ． 2． Co mpo n e nt s a n d mo d e l i ng o f h y dr a u l i c s y s t e m 2． 1． Se r v o v a l v e T he f u n c t i o ns o f s e r v o v a l v e s a t e a n e l e c t r o 。。 h y -- d r a u l i c t r a n s f e r e q ui p me n t a nd a l s o a p o we r a mp l i tie r ，wh i c h i s p u t i n t o a l o we r e l e c t ric a l s i g n a l t o g e t a p o we r f u l h y d r a u l i c p r e s s u r e e n e r g y a n d r e a l i z e t he s e r v o c o n t r o l o f t he s c r e w mo v e me n t ．Th e s e r v o v a l v e mo d e l wa s t a k e n di r e c t l y f r o m AMES i m hy d r a u l i c l i b r a r y H Y D ． S y s t e m l o a d f l o w Q L a n d l o a d p r e s s u r e P L a r e d e fi ne d a s ， Q A D一 一 A 1 2 Wh e r e ， i s t h e s p e e d o f i n j e c t i o n c y l i n d e r p i s t o n ， A i s t h e p i s t o n a r e a o f i n j e c t i o n c y l i n d e r a n d F ￡i s t h e l o a d f o r c e i n i n j e c t i o n p r o c e s s ． T he s e r v o v a l v e flo w r a t e i s u s u a l l y 1 ．1～ 1． 3 t i m e s g r e a t e r t h a n t h e l o a d fl o w QL ， w h e n t h e s u p p l y o i l p r e s s u r e v a l u e i s Ps a n d t h e s e r v o v a l v e n o l o a d fl o w i s Q 舭． Q N LQ C o n v e rt Q L t o r a t e d fl o w P， v ，t h e n i t o bt a i n s q Q | P s P s PL u n d e r t he | P N M P s 3 r a t e d p r e s s u r e 4 To c o mb i n e wi t h MOOG s e Y v o v a l v e s e l e c t i o n o f s a m p i e s ，t he d e t e r mi n e d SV0 0 s i mu l a t i o n p a r a me t e r s a r e s h o wn i n Ta b． 1 ． 2． 2． Ac c u m u l a t o r T h e s y s t e m a d o p t s a b l a d d e r a c c u mu l a t o r a s a n a u x i l i a r y p o we r s o u r c e t o p r o v i d e i n s t a n t a n e o u s l y h i g h p r e s s u r e a nd l a r g e flo w h y d r a u l i c flu i d wh e n s y s t e m i n j e c t s ．H A 0 0 0 i s s e l e c t e d a s t h e a c c u m u l a t o r s i mu l a t i o n mo de l f r o m HYD l o wsg a s p r e - c h a r g e d a n d t he pa r a me t e r s a r e a s f o l p r e s s u r e Po1 1 ． 2 MPa，t h e l o we s t o pe r a t i n g p r e s s u r e P1 1 4 MPa，t h e h i g h e s t o pe r a t i n g p r e s s u r e P2 1 7． 5 MPa，g a s p r e - c h a r g e d v o l u me Y 0 4 0 L． p o l y t r o pi c e x p o n e n t n 1 ．4 i s e n t r o p i c a n d t h e e q u i v a l e n t d i a m e t e r o f d r a i n h o l e d3 6 mm． T a b ． 1 S e r v o v a lv e s i mu l a t i o n p a r a me t e r s R a t e d f l o w Q Ⅳ ／ L m i n A P 3 ． 5 M P a p e r l a n d Ra t e d c ur r en t I r a t e ／mA Un da mp e d n a t ur a l fre qu e n c y W． ／Hz Da mp i n g r a t i o 63 0 1 0 8 0 0． 6 2． 3．Ca r t r i dg e v a l v e Th e r e i s n o s t a n d a r d c a r t r i d g e v a l v e mo d e l a v a i l ． a b l e i n AMES i m HYD． Ac c o r d i n g t o t h e p rin c i pl e s a n d s t r u c t u r e o f t wo ． wa y c a r t rid g e v a l v e， a mo d e l c o u l d b e e s t a b l i s h e d by u s i n g Hy d r a u l i c Co mp o n e n t D e s i g n HC Di n A M E S i m s o f t w a r e [ 78 ] ．F i g ． 2 s h o ws a t y p i c a l s t ruc t u r e o f t wo wa y c a r t rid g e v a l v e， wh e r e A a n d B a r e c o n n e c t e d t o wo r k i n g c i r c u i t s a n d C i s c o n n e c t e d t o c o n t r o l c i r c u i t ．Th e c a rtr i d g e v a l v e mo d e l b u i l t b y HCD i s s h o wn i n Fi g ． 3．Th e s i mul a t i o n p a r a me t e r s o f t wo wa y c a r t rid g e v a l v e a r e s h o wn n T a b． 2． c Fi g ． 2 St r u c t u r e o f c a r t r i d g e v a l v e F i g ． 3 Ca r t rid g e v a l v e mo d e l Ta b ． 2 Two- wa y c ar t r id g e v a l v e s i mu l a t i o n p a r a me t e r s Sp o o l ma s s m／kg S p o o l d i a me t e r d ／mm Op e n i n g p r e s s u r e p／b a r Pi l o t v o l ume V 0 ／c m Di a me t e r o f h o l e A d ／mm 0． 32 2 8 0． 68 7． 21 2 3 78 Hy d r o me c h a t r o ni c s En g i n e e r i n g 2 ． 4 ． E l e c t r o - h y d r a u l i c s e r v o s y s t e m f o r i n j e c t i o n T he a c c u r a c y o f s p e e d a n d po s i t i o n c o n t r o l o f s c r e w d u r i n g i n j e c t i o n p r o c e s s d i r e c t l y a f f e c t s t h e q u a l i t y o f mo l d e d a r t i c l e ．S c r e w p o s i t i o n c a n b e pr e c i s e l y c o n t r o l l e d b y p o s i t i o n s e r v o s y s t e m． Ho we v e r i n t h e e a r l y s t a g e o f i n j e c t i o n p r o c e s s ，t h e d i f f e r e n c e b e t we e ne d ba c k p o s i t i o n v a l u e a n d t he s e t v a l u e a r e v e r y l a r g e，a n d t he o u t p u t v a l u e o f p o s i t i o n c o n t r o l l e r i s s o b i g t h a t t h e o p e n i n g a mo u n t o f s e r v o v a l v e i s f u l l y o p e n e d ．T h e r e f o r e ， t h e i n j e c t i o n s p e e d i s m u c h g r e a t e r t h a n t h e e x p e c t e d v a l u e a n d i t c a n n o t me e t t h e r e q u i r e m e n t s o f i n j e c t i o n p r o c e s s ．I n j e c t i o n s p e e d c o u l d b e c o n t r o l l e d b y a d j u s t i n g t h e m a x i m u m o p e n i n g d e g r e e o f t h e s e r v o v a l v e s p o o 1 ．Ho w e v e r ， t h e i n j e c t i o n s p e e d i s d i ffic u l t t o b e p r e c i s e l y c o n t r o l l e d wi t h t he i n c r e a s e o f d i s c h a r g e d o i l s i n c e t h e p r e s s u r e o f a c c u m u l a t o r d e c r e a s e s d u r i n g i n j e c t i o n p r o c e s s a n d t h e r e s i s t a n t f o r c e c a u s e d b y me l t p l a s t i c fi l l i n g mo l d i s n o t a c o n s t a n t ．T h e r e f o r e，t he d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e o f s e l wo v a l v e wi l l be g r a d u a l l y c h a n g e d a n d t h e ma s s flo w r a t e o f o i 1 i s n o t a c o n s t a n t ．I n t h i s p a p e r．t h e p o s i t i o n-- s p e e d s e r v o s y s t e m c o n t r o l s t r a t e g y i s pr o - p o s e d ．I n t h e e a r l y s t a g e o f i n j e c t i o n p r o c e s s ，s p e e d s e r v o s y s t e m wi l l a c h i e v e p r e c i s e l y c o n t r o l f o r t h e s pe e d o f s c r e w； h o we v e r ，wh e n t h e s c r e w d i s p l a c e me n t i s a b o u t t o r e a c h t h e e x p e c t e d v a l u e，t h e p o s i t i o n s e r v o s y s t e m b e g i ns t o c o n t r o l t h e s c r e w p o s i t i o n p r e c i s e l y ． Fe e d b a c k s i g n a l s t o s p e e d s e r v o s y s t e m c o u l d be o b t a i n e d b y t h e di f f e r e n t i a l c a l c u l a t i o n o f d i s p l a c e me n t s e ns o r s i g n a 1 ． Th e c o n t r o l p r i nc i p l e i s s h o wn i n Fi g． 4． Swi t c hi ng Co il I r o 1 l e r S e r v o Va l v e I nl e ct i Oi l Cy l i n d e r Di s p l a c e me n t Se ns o r I h 小 c S p e e d l D if fe r e n t a t o r F i g ． 4 T h e p r i n c i p l e d i a g r a m o f e l e c t r o h y d r a u l i c p o s i t i o n s p e e d s e r v o s y s t e m 2 ． 5 ． E s t a b l i s h me n t o f i n j e c t i o n s y s t e m mo d e l I n AMES i m s k e t c h mo d e，a c c o r d i n g t o t h e Fi g ． 1 ，a c o m p l e t e i n j e c t i o n s y s t e m s i m u l a t i o n m o d e l c o u l d b e o b t a i n e d b y u s i n g a h y dr a u l i c，me c h a n i c a l a n d s i g na l l i b r a r y，a s s h o wn i n Fi g ． 5． F i g ． 5 S i mu l a t i o n mo d e l o f i n j e c t i o n s y s t e m I n o r d e r t o s o l v e t h i s mo de l ，s o me a s s u mp t i o n s a r e ma de a s f o l l o ws 1 I g n o r e t h e v o l u m e t r i c e ffic i e n c y o f d o u b l e v a ne p u mp whe n t h e l o a d p r e s s u r e c ha n g e s a nd a s s u me i t a s a n i de a l q u a n t i t a t i v e p u mp ． 2S i mp l i f y t h e l o a d mo d e l b y u s i n g t h e r e s i s t a n t l o a d mo d e l i n me c h a n i c a l l i b r a r y t o s i mu l a t e t h e t o m- p l e x l o a d f o r c e d u r i n g t h e me l t pl a s t i c fil l i n g t h e mo l d． 3 1 T h e i n j e c t i o n s p e e d i s V l 3 0 0 m m ／ s a n d t h e i n j e c t i o n d i s p l a c e me n t i s S r 2 1 5 m m． 3． Si mu l a t i o n 3． 1 ． Po s i t i o n s e r v o s y s t e m c o n t r o l s i m ul a t i o n Th e s i mu l a t i o n o f p o s i t i o n s e r v o s y s t e m i s c o n d u e t e d d u r i n g i n j e c t i o n p r o c e s s u n d e r a g i v e n p o s i t i o n s t e p s i g n a 1 ．Fo r d i f f e r e n t v a l u e s o f T1 1 0， 9， 8， 7 t o c o n t r o l t h e ma x i mu m o p e n i n g o f s e r v o v a l v e， t h e s c r e w s p e e d a n d d i s p l a c e me n t r e s p o n s e c u r v e i s o b - t a i n e d a s s h o wn i n F i g ．6 b y us i n g AMES i m b a t c h f u n c t i o n． F i g ． 6 s h o ws t h a t s c r e w d i s pl a c e me n t c o u l d b e p r e c i s e l y c o n t r o l l e d t o 2 1 5 h i m a n d t h e i n j e c t i o n s p e e d c o u l d be de c r e a s e d wi t h t h e
展开阅读全文
