科学技术进步日新月异，塑料在国民经济的各个领域成为不可缺少的重要材料，塑料注射成型机是实现塑料加工最主要的一种机械设备。注塑成型的周期一般由四部分构成:注射时间、冷却时间、开闭模时间、辅助时间。其中辅助时间包括产品顶出时间和抽插芯时间等。对大中型复杂模具，辅助时间约占整个成型周期的10%～15%。在注塑成型生产过程中，注塑周期各阶段动作存在先后顺序关系，也存在重叠关系，从而可使成型周期缩短。但是各个动作重叠关系是有限的，因此无法高效地缩短成型周期。现有的立式注塑机改进一般都是采用液压比例技术、双泵供油、蓄能器、机械方式、电液比例控制技术、伺服电机、外接液压站控制等提高产品的生产周期，但是采用这些方法成本相对较高。因此，在原有立式注塑机的基础上，如何应用普通的液压元件，对现有的立式注塑机进行优化设计，提高产品的生产周期，对提高企业效益、确保产品质量具有重要意义。

        作者对某立式注塑机进行改进设计，将立式注塑机的两组液压中子换向阀进行并联，液压中子油路并联后的出油口连接顶出缸的进油腔，中子的出油口连接顶出缸的回油腔。通过改进立式注塑机的液压中子，不仅可以缩短成型时间，提高注塑成型的效率，同时使抽芯机构实现二级速度，当中子1个电磁换向阀工作时实现慢速顶出，当中子2个电磁换向阀同时工作时实现快速顶出。

1    基本液压元件热力学特性

        基本液压元件分为3种:容性元件、阻性元件、感性元件。容性元件内部有液压容腔，阻性元件内部没有容腔，所有液压元件都由一个或者多个基本液压元件组成。其中液压缸属于容性元件，液压阀属于阻性元件。

2    AMESim仿真试验

        随着计算机技术的发展，仿真技术得到不断发展，仿真技术提高了科学研究水平，缩短了研究周期，降低了科学研究成本及风险，促进了各个不同领域的融合，加速了科研成果转化为生产力的进程。

        首选应用AMESim软件对液压系统进行仿真，验证改进方案是否可行。AMESim是最早由法国Imagine公司于1995年推出的多学科领域复杂系统建模仿真平台。AMESim为用户提供了一个时域仿真建模环境，可使用已有模型和(或)建立新的子模型元件，构建优化设计所需的实际原型，采用易于识别的标准150图标和简单直观的多端口框图，方便用户建立复杂系统及用户所需的特定应用实例，可修改模型和仿真参数，进行稳态及动态仿真、绘制曲线并分析仿真结果，界面比较友好、操作非常方便。AMESim使用户能够借助其友好的、面向实际应用的方案，研究任何元件或回路的动力学特性。这可通过模型库的概念来实现，而模型库可通过客户化来不断升级和改进。

2.1    AMESim系统建模

        在AMESim草图模式(SketchMode)下构建立式注塑机顶模改进前和改进后的系统。其中普通机械、液压部分组件及传感器直接由AMESim液压元件及机械元件库调用。

        在参数模式(ParameterMode)下进行液压元件和机械部件的参数设定:泵排量100mL/r;安全阀开启压力15MPa;顶出缸行程0.6m;顶出缸活塞杆直径35mm，顶出缸内径60mm，负载2500N;电磁换向阀进出油口流量1L/min;油管的长度根据立式注塑机实际情况设定，钢管壁厚3mm，软管弹性模量2.06×105MPa，壁厚5mm，内径设置为15mm;其他参数保持默认值。

2.2    仿真分析

        对系统模型进行仿真，仿真时间设置为1s，改进前的系统液压活塞杆的运动速度即顶出缸顶出速度仿真曲线。可以看出:活塞杆在t=0.1s后匀速运动，运动速度为0.1m/s。立式注塑机顶模改进后顶出杆速度仿真曲线，此时两个换向阀的最大流量设置为0.7L/min，可以看出:活塞杆在t=0.3s后系统匀速运动，运动速度为0.18m/s。通过分析可以看出，改进后活塞杆的速度为改进前速度的1.8倍。

        将改进后的系统中的2个节流阀最大流量调低至0.1L/min，此时顶出杆的速度为0.15m/s，这说明通过调节节流阀的流量可以控制液压缸的运动速度。将节流阀1的最大流量调至0.7L/min，将右边电磁换向阀2断电后，顶出杆的运动速度约为0.092m/s。由于电磁换向阀并联后能量损失相对单个换向阀稍微偏多，因此改进后单个换向阀使用的速度相对改进前慢0.008m/s。通过以上结果可以看出:通过控制电磁换向阀的通断电，改进后的系统可以实现二级调速，并通过调节节流阀流量也可实现液压缸的速度控制。

3    立式注塑机的改进实验

        对立式注塑机进行改进，通过注塑500mL饮料瓶的瓶坯进行试验验证。材料采用PET塑料，瓶身外径为200－0.35mm，底部为SＲ10mm，壁厚3mm，瓶坯高90mm。采用1模12腔热流道模具结构，自动脱模结构，注射压力40～50MPa。

        为了保证产品脱模时不被损坏，产品脱模时的顶出速度要慢，但当产品脱离模具后速度便可加快，推杆回程的速度也可以加快。但是，一般立式注塑机的顶出机构只采用一组液压中子油路，当产品脱离模具后的速度还是不变的，回程的速度也同样是不变的。

        现将两组液压中子油路进行并联，将两组油路同时工作时与油路未改进前的脱模时间进行比较。产品慢速顶出时采用一组液压油路，当产品脱离模具后，并联油路开始工作，实现快速运动，回程时油路也采用并联油路，实现快退。

3.2    二级缸体变形量

        在ANSYS环境建模，弹性模量设置为2.6×1011，泊松比设置为0.3，D1=0.38mm;DW1=0.47mm，对所建模型进行网格划分，对缸筒两端施加全约束，在缸筒内部施加p=1.25×1.7313×42×106N/m2均布压力载荷。

4    结论

        把MATLAB应用于大缸径立柱的设计工作中，所做的工作总结如下:(1)介绍了大缸径立柱的结构特点和在掩护式液压支架中的应用原理;(2)分析了双伸缩立柱等负载下，活塞腔内工作压力的特点，确定了缸筒工作压力和采用大流量安全阀的理论依据;(3)利用MATLAB编程，实现了变参数下缸筒验算、压力极限值和爆破压力计算过程;(4)应用ANSYS对缸筒变形量进行了有限元分析。文中介绍的方法可以用于复杂产品设计的全过程。