液压机防压手安全装置的研制.pdf

2 0 1 6年 2月 第 4 5卷 第 2期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e D e s i g n a n d Ma n u f a c t u ri n g E n g i n e e r i n g Fe b． 2 01 6 Vo 1 ． 4 5 No ． 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 0 8 液压机 防压手 安全装 置的研 制 金佩瑾 ， 孙 慧平 1 ． 宁波佳 比佳工贸有限公 司， 浙江 宁海3 1 5 6 0 9 2 ． 宁波工程学院机械工程学院， 浙江 宁波3 1 5 3 3 6 摘要 介绍了一种能够杜绝安全事故发生的液压机防压手装置。该装置采用机械与电路 串联联 动的方式牵制操作者的双手动作 ， 从 而彻底杜绝在人手未抽 离危险 区域 时液压机 向下运行 的可 能性 ， 附加的机械支撑机构 实现 了机械与电气双重联动保护， 克服 了常见安全保护装置存在的电 气元件长期运行 易出故 障的问题 ， 使液压机防压手的安全保护装置能够长期可靠运行 。 关键词 液压机 ； 保护装置 ； 安全操作 中图分类号 T H1 8 8 ． 2 文献标志码 B 文章编号 2 0 9 55 0 9 X 2 0 1 6 0 2 0 0 3 9 0 3 1 液压机安全 防护技术现状分析 在液压机升降动梁板带动模具完成产 品成型 加工的过程中， 非常容易发生操作者被动梁板压伤 甚至致残的安全事故 ， 配备防压手的安全保护装置 是企业防范 液压机 发生 人身 意外事 故 的必备 措 施 _ 】 I 2 J 。国内外的液压机安全保护技术研究已有 很长的历史 ， 制造了机械式和控制式两大类多种形 式 的安全保护装置。 1 ． 1 机械 式安 全保 护装 置 机械式安全保护装置通常采用拉手 、 推手和摆 杆 3种形式 J 。 拉手式安全装置通常采用柔软材料制成的拉 手绳索 ， 将液压 机动梁板 和操 作者手腕连接在 一 起， 从而约束操作者双手 自由动作。当动梁板下降 时拉手绳索可将操作者的双手强制拉出危险区域 。 从而防止双手压伤事故发生_ 4 j 。 摆杆式安全装置一般在与动梁板联动的构件 上安装有橡皮杆子 ， 动梁板下行时带动橡皮杆子运 动， 将操作者双手强制拨出危险 区域 ， 从而达到安 全保护的目的。 推手式安全装置在模具的前方安装推手板 ， 液 压机动梁板升降时带动推手板往复运动。动梁板 下降时， 推手板 由内向外运 动， 操作者双手被推离 液压机危险区域 。 上述几类安全装置均在操作者和模具之间设 置了运动的机械物体 ， 既影响操作者 的视线 ， 容易 引起操作者疲劳 ， 也降低 了工作效率和舒适性。 1 ． 2 控制式安全保护装置 控制式安全装置通常采用 电气联锁 的方式控 制动梁板的上升和下降， 有光电式、 电容式和双手 操作式等几种形式L 2 ． 6 J 。 光 电式安全装置的发射器和接收器形成了一 道光幕， 将工作区分隔成安全区域与危险区域。当 操作者进入危险 区域时 ， 光线被阻断 ， 控制器发 出 的信号经放大后切断动梁板运动控制电路 ， 使液压 机停止运行。 电容式安全装置在安全 区域与危 险区域之间 设置了对地构成一定电容量 的电容器， 作为敏感元 件检测人体与危 险区域的距离。操作者工作 时与 电容器的距离会随时变化 ， 其对地电容量也随之变 化。安全装置控制器不断地将动态电容量与设定 的安全电容量进行 比较 ， 从而控制动梁板的运动与 停止。 双手操作式安全装置通过电路设计 ， 使动梁板 只有在两个相距较远、 处于安全区域的按键同时按 下时才能下降， 任意一个按钮松开时动梁板立即停 止运行 ， 迫使操作者 的双手必须同时接触按钮 ， 从 而保证液压机向下运行 时操作者不可能处于危险 区内。 控制式安全装置采用 了不影响视线和操作 的 光束、 磁场或电场等控制信号， 克服了机械式安全 装置的缺点 ， 具有灵敏度高、 响应速度快 、 抗干扰性 能强等优点 ， 但在污染 比较严重 的液压成型加工现 场 ， 易产生振动移位 、 污染物遮蔽光线、 接地电阻变 化等问题， 不能保证长期运行的可靠性 。 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 0 8 作者简介 金佩瑾 1 9 6 1 一 ， 男 ， 浙江宁海人， 宁波佳比佳工贸有限公司工程师， 长期从事金属材料冷挤压成型技术研究。 3 9 2 0 1 6年第 4 5卷 机械设计与制造工程 综上所述， 目 前常见安全保护装置尚不能绝对 防止液压机伤手事故的发生， 需要设计一种融合多 种安全保护技术 、 能够完全杜绝事故的液压机防压 手安全装置。 2 液压机防压手安全装置的设计 大量的伤人致残事例表 明 液压机动梁板下降 时人的身体的一部分没有及时撤离危险区域是其 发生的根本原因 - 9 】 。液压机 防压手 的安 全保护 装置只需能够确保在动梁板正常下降时 ， 强制身体 各部分 主动撤出危险区域 ； 在操作者手部处于危险 区域进行工作时 ， 杜绝动梁板因机械 、 电气 或其他 偶然因素发生下降的可能性， 就可以实现液压机的 长期安全可靠运行l l 。因此 ， 按照主动撤离 、 强制 阻止和助力操控的设计思想研制 了本文所 述的液 压机防压手安全装置。 2 ． 1 主 动撤 离 常见安全保护装置中除双手操作式外， 人的手腕 均是被动地推离危险区域， 能否及时撤离完全取决于 安全装置是否正常运行， 一旦失效伤人致残事故就难 以避免。在正常运行过程中， 如果操作者注意力不集 中， 机械式的手腕绳扣、 摆杆等还会给操作者带来其 他形式的伤害。因此 ， 液压机防压手安全装置采用了 双手操作漠式， 通过拉动操作杆接通电路的形式控制 动梁板的正常下降， 实现人体的主动撤离。 2 ． 2强 制 阻止 双手控制式安全装置能够通过控制电路的通断 来阻止动梁板 的非正常下降， 但在 电气元件失灵的 情况下， 没有强制阻止动梁板下降的机构， 仍然不能 其保证长期安全、 可靠运行。液压机防压手安全装 置在动梁板下 附加了支柱式机械支撑 ， 确保液压机 在防压手装置的机械、 电气控制元件均失效 的情况 下 ， 强力阻止动梁板非正常全程下降， 使上下模具不 能完全合拢 ， 给操作者留出足够的安全空间。 2． 3助 力操 控 要实现人体主动撤离、 非正常下降的强制阻 止 ， 防压手安全装置的操纵部件必然是手动机械结 构 ， 需要操作者施加足够的操纵力方可完成液压机 动梁板 的运行操控。长时间的高强度 劳动容易导 致疲劳 ， 降低生产效率。本装置采用了弹簧或机械 配重平衡结构 ， 在保 证操纵部 件 自动复位 的前提 下 ， 实现助力轻便操作。 3 液 压机防压手安全装 置的结构 与应用 3 ． 1结构 组成 及功 能 本文所述的液压机防压手安全装置结 构如 图 40 l所示 ， 由底板、 底座、 滑块 、 支撑柱 、 墙板 、 拉杆 、 上 台板 、 压条 、 弹簧 大型液压机安全保 护装 置采用 配重平衡 机构 、 前后定位杆 、 前后 支承板 和行程 开关等部分组成。 后 后 行程开关 图 l 防压手安装装置结 构示意图 位杆 前支承板 弹簧 滑块可在 由上台板 、 墙板、 压条 围成的滑 道中 前后滑动 ， 起始状态的滑块在弹簧或配重平衡机构 的作用下 ， 将底座 中的支承柱通 道遮蔽 ， 与动梁板 固定联接 的支撑柱不能通过通道向下运动， 从而强 制阻止动梁板非正常全程下降 引。操作者拉动拉 杆带动滑块移动时 ， 底座 中通道 打开 ， 支撑柱 能够 自由通过通道升降， 保证液压机的正常使用。 在上台板正对滑块前面的位置上安装了控制 液压 阀通断的行程开关 ， 滑块与手动拉杆连接 ， 拉 杆上套有复位弹簧 。起始状态下行程开关脱开 ， 控 制电路处于切断状态。操作者向外拉动拉杆 ， 带动 滑块前进压紧行程控制开关后 ， 液压机下压的供油 电磁阀接通， 动梁板下降。 液压机防压手安全装置设计有由螺杆制作的 前后定位杆， 拧动螺杆调节定位杆伸出长度， 控制 滑块运动范围， 保证滑块在复位时能够完全遮盖底 座中的支撑柱升降通道 ， 同时使拉紧时触压行程开 关的力量合适 ， 实现液压机电磁 阀控制线路的正常 工作 。 3 ． 2 关键 零件 的 设计 防压手安全装置的主要受力部件为支撑柱 、 滑 块 、 底座和底板。支撑柱在异常情况下需要承受动 梁板的自重、 上模自重和液压系统提供的成型压力 等载荷。支撑柱的高度 为最小不压手开模高度加 上模具上模板的厚度。支撑柱是一种一端 固定 、 一 端 自由的压杆 ， 压杆长度系数 2 ， 其主要破坏形 式为压杆失稳 。 本装置的支撑杆 为小柔度杆 ， 允许 的柔度应小于材料屈服极 限对 应的柔度 A 。 优 质 碳素钢制作的支撑杆 A 6 0， 圆截 面压杆柔度计 算公式如下 2 0 1 6年第2期 金佩瑾 液压机防压手安全装置的研制 A 1 式 中 2 为支撑柱 的长度 。 根据式 1 ， 可以计算得 支撑柱的直径 d应大于 0 ． 1 4倍支撑柱长度 。 滑块可视为一种矩形截面的简支梁 ， 其 主要破 坏形式为弯曲正应力过大。承受的最大载荷与支 撑柱上承受的载荷相 同， 支座跨度 即为通道 的长 度， 按简支梁弯曲应力进行设计， 即可计算出滑块 的最小厚度。滑块宽度应略大于通道的宽度 ， 以便 完全遮盖 ； 滑块总长度根据模具 的大小计算。 3 ． 3绝 对防压 手 功能 的 实现 在液压机上实际使用时 ， 需要在模具的左右两 侧布置两套防压手安全装置 ， 底座固定在液压机的 下梁板上 ， 支撑柱与液压机动梁板的下 面联接 ， 且 支撑柱 的轴线应与底座通道 中心对齐。零件成型 加工时， 操作者将毛坯放进模具后 ， 双手分别握住 左右两套防手压安全装置的拉杆， 同时拉动滑块使 之向前滑动 ， 打开底座的通道 ， 并直至两套安全装 置的滑块均正常触动各 自的行程开关。 当两侧行程开关均保持正常接合状态时， 串联 的行程开关 电路才能接通 电磁 阀， 驱动液压机的动 梁板下压工作。在行程开关处于接合状态时， 底座 中的两个通道完全打开 ， 两支撑柱可随动梁板的下 压插入底座的通道之中， 完成零件成型加工。若只 有一套行程控制开关接通 ， 串联电路无法接通电磁 阀电路 ， 液压机 的动梁板不会下压工作 ； 若液压机 发生机械或电器故障、 行程开关因熔接发生常闭故 障、 或因操作者疲劳发生误操作时， 只要其中一套 安全装置的滑块未被拉开而阻挡在底座通道 的上 方 ， 与该通道对应的支撑柱就会支撑在滑块上阻止 动梁板下压， 即能确保操作人员的人身安全。 3 ． 4 轻便操作机构的设计 对于小型液压机 ， 承受的载荷不太大 ， 滑块 的 厚度和体积均较小时， 采用弹簧复位即可。对于大 型液压机 ， 与之相配的滑块较大 ， 则需要在滑块后 面连接一套由钢索 、 滑轮和配重块等构成的重力复 位机构， 并进行前后配重 ， 保证操作者可 以助力操 纵 ， 能确保安全复位。 4 结束语 本文介绍的液压机防压手安全装置 ， 通过两套 安全装置的机械联动以及与控制电路的串联联动 ， 牵制 了操作者的双手动作 ， 只有在双手拉动安全装 置的情况下 ， 才能接通 电磁阀驱动液压 机动梁下 压 ， 实现 了人手主动撤离危险区域 的 目的； 利用支 撑柱的机械支撑 ， 以及 行程 开关与安全装 置 的联 动 ， 杜绝了操作者在危险区域进行上料操作时 ， 动 梁板突然下压的可能性 ， 实现了液压机的长期安全 可靠运行 。 参考文献 [ 1 ] 金佩瑾． 立柱导 向式液压机 2 0 0 4 2 0 1 0 9 7 6 5 ． 0 [ P ] ． 2 0 0 5一 l 1一l 6． [ 2 ] 宁波佳比佳工贸有限公司． 一种占地面积小的大型立式液压 机 2 0 1 2 1 0 5 6 8 2 6 7 ． 1 [ P ] ． 2 0 1 3 0 3 2 7 ． [ 3 ] 王筱冬， 张娇． 压力机保护装置的应用研究[ J ] ． 考试周刊， 2 0 1 1 9 1 5 81 5 9 ． [ 4 ] 安徽龙磁科技有限责任公司． 具有安全保护装置的液压机 2 0 0 6 2 0 0 7 7 3 3 6 ． 9 [ P] ． 2 0 0 71 0 0 3 ． [ 5 ] 浙江钱 富冷挤机 械有限公 司． 液压 机操作 保护装 置 2 0 1 1 2 0 3 9 9 7 4 4 ． 7 [ P] ． 2 0 1 20 5 3 0 ． [ 6 ] 赵玺， 郝铁文． 液压机活动横梁安全保护装置分析[ J ] ． 科技 创新与应用 ， 2 0 1 4 1 0 8 88 9 ． [ 7 ] 宝鸡市天瑞汽车内饰件有限公司． 液压机安全保护装置 2 0 1 1 2 0 3 5 2 2 9 2 ． 7 [ P ] ． 2 0 1 2 0 7 0 4 ． [ 8 ] 宁波 佳 比佳 工 贸 有 限公 司． 一 种 防压 手 安 全 支 柱 装 置 2 0 1 3 2 0 2 7 7 1 6 1 ． 6 [ P ] ． 2 0 1 3 1 0 0 2 ． [ 9 ] 李刚． 液压机滑块锁紧装置的改进[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 9 4 7 l一 7 3 ． [ 1 O]宁波佳 比佳工贸有限公司． 一种支柱式液 压机防压 手安全装 置 2 0 1 2 1 043 7 1 1 7 ． 7 [ P ] ． 2 0 l 3 ～ 0 2 一 l 3 ． De v e l o p me n t o f s a f e t y d e v i c e f o r t he h y dr a u l i c p r e s s J I N P e i j i n ， S U N Hu i p i n g 2 1 ． N i n g b o J i a b i j i a I n d u s t r yT r a d e C o ． ， L t d ． ， Z h e j i a n g N i n g h a i ， 3 1 5 6 0 9 ， C h i n a 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，N i n g b o U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Z h e j i a n g N i n g b o ， 3 1 5 3 3 6， C h i n a Ab s t r a c t I t i n t r o d u c e s a s a f e t y d e v i c e f o r w o r k i n g p r o c e s s o f t h e h y d r a u l i c p r e s s ．I n t h e p r e s s i n g p r o c e s s ，the wo r k e r h a n d s l t r e mo n i t o r e d b y me c h a n i c al a n d c i r c u i t i n s e ri e s w i th the l i n k a g e mo d e ．T h a t p u t s a n e n d t o t h e h y d r a u l i c p r e s s r u n i n g d o wn a t the wo r k e r g h a n d n o t o u t o f d ang e r o u s a l e a ．I t d e s i g n s a d d i t i o n a l me c h a n i c a l s u p - 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