【正文】 好的實(shí)驗(yàn)和仿真之間的巧合表明AMEsim模型是準(zhǔn)確的,并且負(fù)載壓力的跟蹤性能也顯示提出的非線性WAIM的比例壓力控制系統(tǒng)的控制策略是有效的。比例壓力控制策略和仿真與實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論有助于水液壓比例控制和WAIM的應(yīng)用技術(shù)。關(guān)鍵詞:水輔助注塑、非線性建模、比例壓力控制,AMEsim仿真：水液壓技術(shù)由于環(huán)保性、不燃性和花費(fèi)少在近年來(lái)已得到廣泛的關(guān)注，這些都使得水液壓優(yōu)于油液壓[1]。水液壓比例控制技術(shù)經(jīng)調(diào)查有十分重要的好處包括高體積模量、常數(shù)粘度和低感應(yīng)溫度漂移。許多應(yīng)用程序可以用在核工業(yè)、水下工具和運(yùn)動(dòng)控制的研究,但在一般行業(yè)不適用[2 3] 。水輔助注塑(WAIM),基本上類似于氣體輔助注射成型(GAIM)模具，是一種最新方法在空心或部分空洞塑料零件方面。在WAIM過程中,水可以推動(dòng)液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)和注入熔融區(qū)域產(chǎn)生型腔和取代型芯的消融。由于水和天然氣的區(qū)別，WAIM有很多優(yōu)勢(shì)如冷卻循環(huán)時(shí)間短,產(chǎn)品質(zhì)量好和成本低。[ 4 5 ] WAIM相對(duì)氣體輔助省時(shí)、節(jié)能、節(jié)省純氮和高分子材料并能產(chǎn)生更大的孔隙空間和時(shí)間空洞。此外,WAIM也可以用少量的收縮和翹曲生產(chǎn)零部件厚和薄的截面并獲得更好的表面光潔度。因此,WAIM帶來(lái)流體輔助注塑一個(gè)廣泛而細(xì)長(zhǎng)的領(lǐng)域[6]。WAIM過程主要包含五個(gè)步驟如圖1所示，聚合物熔體注入、注水、保壓、排水和部分彈射。延遲液壓系統(tǒng)所需的時(shí)間通常是水聚合物熔體注射之前完成。持續(xù)時(shí)間是一般不超過三秒鐘，該取決于聚合物的特點(diǎn)、壓力、熔體溫度、模具及所注入的水[7 11]。在注水過程中,水珠向前推著聚合物熔體泡沫和水形成型芯,壓力和溫度應(yīng)該由水液壓系統(tǒng)在這一步控制。為了避免動(dòng)蕩地區(qū)的水噴射器, 從負(fù)載壓力分布圖可得應(yīng)調(diào)整為從低壓逐漸升至高壓，因此,應(yīng)控制在斜坡或壓力段。WAIM過程斷斷續(xù)續(xù)且注入階段所花的時(shí)間很短,通常只在一個(gè)工作循環(huán)的一或兩秒。壓力保持到當(dāng)注水過程已經(jīng)結(jié)束并且流率降低到一個(gè)很小的供應(yīng)水平以使熔體在冷卻時(shí)收縮。一些缺陷如縮孔可能會(huì)在過低壓下形成。水液壓系統(tǒng)在下一個(gè)步驟如排水，開模，產(chǎn)品脫模階段不需要所注射的水提供的壓力和流量?？偟膩?lái)說(shuō)，間歇性，變化較大的注射壓力和流量以及處理時(shí)間的控制是WAIM的主要工作特性。圖1 WAIM負(fù)載壓力的狀況一些實(shí)驗(yàn)或商業(yè)WAIM系統(tǒng)通過GAIM和壓縮氣體使水加壓 ［6］得到發(fā)展。所注入水的壓力和流量控制受限于發(fā)電機(jī)和天然氣設(shè)備。額外的空氣壓縮機(jī)和排氣閥門引發(fā)低效率和能源浪費(fèi)。其他一些WAIM系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)與特殊的泵或氣缸，其經(jīng)常用于單獨(dú)的液壓油和水。然而,這是非常昂貴的并且最大流量速度是有限的。水液壓系統(tǒng)的原理如圖2。這些是基于比例水液壓技術(shù)的。壓力控制范圍和動(dòng)態(tài)特性的準(zhǔn)確性相比傳統(tǒng)的GAIM系統(tǒng)有所改善。一種壓差調(diào)節(jié)方案是通過比例減壓閥和壓力缸調(diào)節(jié)注水壓力，用一個(gè)累加器和一個(gè)固定的小排量泵。蓄電池是在穩(wěn)壓和其他間歇時(shí)刻如排水和彈射的部分進(jìn)行控制, 當(dāng)蓄電池失控時(shí)大流量注水將被應(yīng)用。汽缸旨在提高壓力和單獨(dú)注入溫水作為壓力傳輸介質(zhì)。通過安全閥快速減壓控制pB的壓力比pA獲得增加的壓力pL。盡管蓄能器的壓力減少, 注水壓力可以較大程度的調(diào)節(jié)增加。圖2 WAIM水液壓系統(tǒng)回路一般來(lái)說(shuō), 由于密封和潤(rùn)滑組使水液壓系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著的非線性和參數(shù)隨著時(shí)間不斷變化的性質(zhì)。此外,不斷變化的蓄電池的參數(shù)和節(jié)流閥注水的過程。靜態(tài)摩擦和泄漏流會(huì)引起大的死區(qū)造成另外干擾［12 – 13］。因此水液壓與傳統(tǒng)的液壓油相比定位的精度、速度和壓力控制水平相對(duì)較低。這促使氺液壓系統(tǒng)應(yīng)用閉環(huán)控制改善性能和抗擾動(dòng)能力。一個(gè)WAIM系統(tǒng)的線性化方法被控制在參考范圍［14 – 16］和基于模型補(bǔ)償方法與采用了PI閉環(huán)控制器之內(nèi)。在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行仿真,結(jié)果顯示控制策略的有效性和穩(wěn)態(tài)錯(cuò)誤的負(fù)載壓力可以減少為零。然而, 控制方法在非線性系統(tǒng)或?qū)嶒?yàn)下沒有驗(yàn)證。為了分析非線性對(duì)壓力控制的影響和做進(jìn)一步研究的有效性提出了非線性WAIM系統(tǒng)控制策略, 商業(yè)上使用AMESim軟件進(jìn)行非線性建模,同時(shí)WAIM實(shí)驗(yàn)對(duì)丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)部分進(jìn)行了基于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模WAIM系統(tǒng)深切實(shí)施。包括負(fù)荷注入壓力和流量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證AMESim模型和提出的控制方法。該比例壓力控制策略和結(jié)論有助于從仿真和實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用水液壓比例控制和WAIM技術(shù)。2 建模和控制策略簡(jiǎn)化的非線性建模注水過程中被認(rèn)為是忽略了一個(gè)工作循環(huán)這一最重要步驟。注水壓力取決于聚合物熔體和部分幾何結(jié)構(gòu)的抗流變性。當(dāng)熔體注入進(jìn)模腔,水冷卻聚合物熔體并增加其粘度。由于高分子材料的粘性溫度特性使水的動(dòng)態(tài)交互和聚合物熔體粘度之間較大差異貫穿于WAIM腔充填過程并很大程度由溫度決定。水注入過程相當(dāng)復(fù)雜并且很難描述，CFD方法被企圖用在調(diào)查[17]和嘗試一些重要的結(jié)論。然而, 簡(jiǎn)化負(fù)載特性是必要的，通過模擬負(fù)載壓力和之間的耦合關(guān)系實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的壓力控制從而獲得流量。考慮到負(fù)載慣性、彈性和粘度,可以估計(jì)負(fù)載壓力p：[17]AL是原模具平均交叉面積，mL和KL分別為為等效質(zhì)量和彈性負(fù)載系數(shù)；BL相當(dāng)于阻尼系數(shù)且BL=kμAL2可從CFD軟件或WAIM實(shí)驗(yàn)獲得；一般來(lái)說(shuō)，KL遠(yuǎn)小于BL，這里取0.為了滿足工作循環(huán)間歇期間的需求,一個(gè)專門的空氣蓄壓器用于對(duì)系統(tǒng)中腐蝕和生銹進(jìn)行處理。本文只研究放電過程，蓄電池的放電過程假設(shè)和絕熱過程一樣快,即多變指數(shù) na = 。流體相比氣體不可壓縮也沒有動(dòng)蕩流出現(xiàn)在蓄電池[18]?；诩僭O(shè),蓄電池可以寫出流量表達(dá)式：利用波義耳定律,我們得到：這里pa0 和 Va0為預(yù)充氣體的最小值，pa 和 Va為當(dāng)前值，蓄電池中水的力平衡方程可以寫成：這里pa , qA代表蓄電池中水的壓力和流量；Aa, ma, Ba分別表示蓄電池的等效面積、等效質(zhì)量和阻尼系數(shù)。另外Ba=8πμw(V0Va)/Aa and ma=ρ(V0Va), μw是水的動(dòng)態(tài)黏度；VO為蓄電池的體積?？紤]到進(jìn)口限制的特點(diǎn), 蓄電池水流量的連續(xù)性方程被寫為：這里Cd, AfA分別表示流量系數(shù)和蓄電池的進(jìn)口面積，ρ表示蓄電池中水的密度。增壓缸是WAIM壓力控制系統(tǒng)一個(gè)重要組成部分。考慮靜態(tài)摩擦的影響壓力缸的力平衡方程可以寫成：考慮泄漏和摩擦的影響，水流量的連續(xù)性方程寫成如下:這里pA, pB, pL, qA, qL分別代表缸A,B以及P入口的壓力和流量；x是活塞的位移；另外mp, Bp, f, Cip, Cep分別代表等效質(zhì)量，阻尼系數(shù)，靜摩擦系數(shù)，內(nèi)外活塞泄露系數(shù)；βe是該系統(tǒng)傳輸介質(zhì)的體積彈性模量；靠近入口A,B,L處的面積設(shè)為AA2和A3；水的潤(rùn)滑性差的原因是汽缸和活塞之間的摩擦很大,特別是靜摩擦；與此同時(shí),不容忽視的是壓力缸內(nèi)部泄漏也使水的粘度大為降低。作為水液壓系統(tǒng)和負(fù)載的界面組件，水噴射器在WAIM系統(tǒng)中起著重要的作用。水噴射器通常是有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并且本文中使用的是一個(gè)環(huán)形模式的[ 18 ]，它可以有效地保持聚合物回流并且為模具提供較大的流量，水噴射器的建模為：這里Cd, AfL分別表示流量系數(shù)和水噴射器的過流面積。水液壓比例壓力溢流閥是一個(gè)典型的非線性相位被視為WAIM系統(tǒng)的重要組成部分[ 19 ]。頻帶響應(yīng)寬度比WAIM系統(tǒng)的自然頻率低得多。通過比例溢流閥的補(bǔ)償[ 20 ]傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)非線性死區(qū)的三分之一階相：這里kr, ωr1, ωr2, ξr分別表示比例放大率，一階慣性環(huán)節(jié)的角頻率，二階振蕩回路的自然頻率，比例溢流閥阻尼比，u 和 U分別表示死區(qū)的輸入輸出， Umax是死區(qū)最大值。參考書目[1] BACK201。 P. 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