冲压安全保护装置的应用与优化

1.超负荷保险装置

在压力机的使用过程中，由于设备选型不当、冲压件材质和料厚的误差、双料误送等原因，会导致滑块的工艺力超出允许范围，造成设备损坏，严重时甚至引发人身事故。为了设备和人身安全，压力机常采用各种过载保护装置。常用的过载保护装置分为两类：一类是破坏性的，如剪板式、压塌块式保护装置；另一类是非破坏性的，如液压式、机械式和电动仪表式过载保护装置等。

（1）压塌块式保护装置 压塌块为普通压力机上常用的一种破坏式保险装置，如图7-66所示。当超载时压塌块被破坏，触动行程开关，压力机停车。为恢复压力机的工作，要重新更换压塌块，更换后还要重新检查封闭高度，这样比较麻烦，并且浪费时间。对于破坏式的保险装置，由于绝大多数情况是其中一个先破坏，容易造成滑块偏转，使导轨承受约束滑块偏转的力，这会加剧导轨的磨损甚至损坏机件。因此，破坏式保险装置用于双点及四点压力机是不合适的。但由于其结构简单，制造成本较低，目前在小吨位单点压力机上仍有使用。

（2）液压式过载保护装置 用液压垫代替压塌块作为过载保护装置。液压垫通过液压系统调压可获得准确的保护载荷。当压力机出现过载时，液压压力升高自动打开卸荷阀，液压垫内的液体被迅速排回液压系统，在滑块停止运动的状态下，连杆可继续向下运动，同时限位开关发出过载信号，控制离合器脱离。检查并排除超载原因后，液压系统自动恢复到保护压力，压力机可继续工作。所以，液压过载保护装置是非破坏性的。

图7-67所示为四点压力机上的液压过载保护装置的液压原理图。在每根连杆下端有一个液压垫4，每个液压垫由一个液压卸荷阀3控制。卸荷时阀芯可以通过限位开关2发出过载信号。液压系统由高压液压泵1供油。一般来说，液压过载保护装置的保护载荷准确，动作灵敏、可靠，但制造费用较高。该系统还有两个缺点：一是当压力机偏载时，保证各卸荷阀同时卸载相当困难；二是高压泵经常在高压溢流状态下工作，系统容易发热。

图7-66 压塌块式过载保护装置

图7-67 液压过载保护装置的液压原理图

1—液压泵 2—限位开关 3—卸荷阀 4—液压垫

图7-68所示为采用气动泵供液的液压系统。该系统用气动泵1和气动卸荷阀2代替前面的高压泵和卸荷阀。气动泵是一种自动泵，系统压力降低时它能自动起动，达到调定的压力时能自动停止。压力机正常工作时，气动泵只起补压作用，因而寿命高，节约能源。该系统在J36-800型压力机上的应用效果良好。

（3）机械式与电动式读数仪表 压力机的过载保护装置还有机械式与电动式读数仪表。机械式读数仪表在日本企业生产的小型压力机上用得较多。它是采用机械式应变仪测量机身的变形，通过杠杆放大制成的指针式仪表。这种仪表不宜跟踪载荷变化很快的冲裁工序，而对于拉深等工序则非常适合，而且价格便宜，性能稳定。电动式读数仪表利用电阻应变片直接贴到机身上感受其工作变形，经过电路放大数字显示，当达到警戒值时给出报警信号并能保存最高压力值。它是一种自动化仪表，价格比较高，主要用在大型压力机上。

2.人身安全保护装置

压力机人身安全保护装置是附属于压力机上的一种保障人身安全的装置。各种保护装置随其约束情况不同，在生产率的提高、省力、安全三方面的情况各不相同。此处提高率是指各种保护装置在使用中所允许的最大辅助时间的长短，省力是指各种保护装置在使用中由于安全距离的限制所引起的劳动强度降低，安全是指各种保护装置所控制压力机的部位及其本身的可取程度。

图7-68 气动泵供液的液压系统

1—气动泵 2—气动卸荷阀 3—液压垫 4—调压阀

（1）手用工具安全保护装置 手用工具包括夹子、镊子、钳子、磁力吸盘、电磁吸盘、真空吸盘等。手用工具要根据冲压件的尺寸、形状、质量来选择。它主要代替操作者进行上、下料，避免操作者的手直接进入上、下模具之间。手用工具的安全保护装置主要以双手结合的方式为主。

双手结合式保护装置是指操作者必须用双手同时压下两个手柄，或一个手柄和一个电钮，或两个电钮等，滑块才能起动。这是为了滑块在下行程时，限制性地保证操作者的手离开危险区，以保障其安全。主要有双手柄联锁式、双手按钮、安全按钮等形式。

图7-69 双手柄联锁装置

1—手柄 2—起动杆 3—罩壳 4—工作台

1）双手柄联锁装置。图7-69所示的装置中只有双手柄1的两侧同时被按下，才能将起动杆2压到底，起动装置才能结合。单独地按下手柄1的任何一侧都不能使起动杆2压到底，也就不能使起动装置结合。该装置一般用于小型压力机和台式压力机上。

2）双手按钮（双手操作式安全装置）。用双手同时按住两个按钮或操作手柄，通过电磁力、弹簧力、空气压力或人力接近离合器，而使滑块下降。要求把操作按钮放在根据压力机急停性能而确定的安全距离以外，以便滑块下行时，强制操作手离开危险区，防止在起动后松开手柄又将手放入上下模之间取东西而发生事故。这种操作必须是双手按钮联锁，大多数用来控制仅配置一名操作员的机器。双手控制器常与其他安全设备一起安装，广泛用于各种生产设施。

双手按钮可分为单人操作和多人操作两种。其优点是：低投资，占用空间小，容易安装，便于起动。适用性限制是：只能提供手的保护，不提供第三方保护和重大潜在的人机控制冲突，如对于机械故障引起的滑块二次下落无效。

双手按钮适用于带有摩擦离合器或带有可动刚性离合器的压力机。如果在刚性离合器压力机上使用，则双手按钮的位置还要保证有安全距离。

（2）机械式保护装置 是指压力机滑块在下行程及下死点时，用机械结构的形式将危险区隔绝或强制地将操作者的手臂移出危险区，以保障其安全。

机械式保护装置的结构简单，可靠性强，特别是在防止压力机滑块的起动机构失灵而发生连续冲压，或滑块意外滑冲下来时，能很好地保障安全。因为机械式保护装置与压力机滑块是联动的，保护装置的动力来源于滑块，只要滑块向下移动，就会把操作者的手移出危险区。(www.xing528.com)

机械式保护装置的种类繁多，大体上可分为防护栅栏式、推手式、拉手式等。

1）防护栅栏式安全装置。其原理是在操作者和危险区之间，或在被保护区的周围设置一套栅栏，随压力机滑块的运动而运动。滑块回程时，栅栏打开，可以装料、卸料，滑块下降时，安全栅栏封闭，隔断人手进入上、下模具之间。安全栅栏一般适用于连续行程，在小型、中型、大型压力机上均可采用，也用于单次行程操作。栅栏的设计，特别是固定栅栏的间隙，应遵守表7-5所列的数值。当压力机因故障误起动而引起滑块连冲时，因栅栏与滑块联锁运动，故可起保护作用。

表7-5 栅栏间隙表

2）推手式安全装置。在滑块上有连杆拉杆和凸轮等连接着手推杆，当滑块下降时，把手强制推出危险区域，此装置必须能调节手推杆的长度及摆幅，装有确保滑块运动中手的安全的防护板。主要用于小型开式压力机，当滑块二次下落时，也能准确动作，起到保护作用。

3）拉手式安全装置。滑块下降时，通过两根套在操作者双手上的绳索，将操作者的双手从模具中拉出到安全区域。只要调节好拉带和拉力，即使发生滑块二次下落，也可保障安全。

上述机械式保护装置动作可靠，结构简单，易于维修，可有效防止由于机械失灵而发生连冲。其缺点在于在操作者和上下模具之间，有一机械物体在运动，易影响操作者视线，引起疲劳，不便于送、卸料，主要用于老式压力机的安全改造。

（3）自动保护装置 在操作者与上下模具之间或危险区域周围，设置一种不影响视线和操作的光束、气流、电场等，当操作者的身体或手持某种物体进入危险区域时，能向压力机械的控制电路发出停止信号，使滑块立即停止下降，以保障安全。自动保护装置有光电保护、感应式保护等。

1）光电保护装置。是指操作者与上下模具之间或危险区域周围，设置光幕，形成具有检测能力的检测区域，当操作者的身体或手持某种物体进入检测区域遮断光幕时，控制机构发出停机信号，令滑块立即停止下降，达到保护的目的。这一装置主要用于双动拉深加工、连续加工及脚踏开关操作，而对于防止因压力机故障而引起的滑块二次下落无效。其优点是：具有较高的可靠性、较大的抗电气干扰能力。适用性限制是：占用空间，往往还需要添加固定式防护装置。

光电式保护按光源分类，可分为可见光式和红外光式两种；按光幕的形式分类，可分为直射式、反射式和扫描式等。

①可见光式光电保护：可见光式一般由白炽灯作光源，灯丝在振动时易断，其寿命较短。但其电气回路简单，成本较低，维修容易，一般适用于中小型压力机。可见光式光电保护若用于完全自检，则困难较大。

②红外式光电保护：红外式光电保护一般由红外发光管作光源，其寿命长，抗振性强，为半永久性。采用调制光，易于自检；但红外式光电保护的电气回路较复杂，成本较高。一般用于大中型压力机。目前比较先进的红外式光电保护装置配有安全光幕、激光扫描器等。

③安全光幕：由投光器和受光器组成，投光器发射出调制的红外光，由受光器接收，形成一束或多束光栅，将操作者与危险区隔离开来。当操作人员身体的一部分进入危险区域时，光线被遮断即发出电信号，此信号经放大后与滑块控制线路相联锁，使滑块停止运行。图7-70所示为装有一对安全光幕的压力机。光电式安全装置一般都是采用调制式红外发光二极管作为光源，在大型压力机上则采用红外激光二极管，其电路具有复杂、可靠的自检自保功能。

图7-70 装有安全光幕的压力机

安全光幕一般分为对射式和反射式两种类型。对射式安全光幕是指发光单元、受光单元分别在发光器、受光器内，发光单元发出的光直射到受光单元，从而形成保护光幕的安全光栅装置。反射式安全光幕是指发光单元、受光单元都在同一传感器内，发光单元发出的光通过反射器反射回受光单元，从而形成保护光幕的安全光栅装置。

④激光扫描器：激光扫描器用于保护危险机器周围区域。只要检测到直径大于70mm的物体（例如脚、腿），设备就会启动机器安全控制系统的停机信号。此外，这类设备具有提前报警功能，使人们在进入危险区前，就可得到警告，从而避免不必要的停机。易于对形状复杂的保护区进行编程，可扩大保护面积，但对环境的污染程度敏感。

2）感应式保护装置。感应式保护装置是利用电磁幕把危险区围起来以保护人身安全的装置，有电容式、人体感应式等形式。人体感应式保护与人体有关，而每个人的条件不同，因此其适应性较差，需要经常调整，使可靠性降低，加之外界的电磁波太多，抗干扰能力也不理想，国内外一直很少使用。然而电磁幕的构成件比较容易装卸，有利于更换模具。如果感应式保护装置的可靠性与光电式相差不大，则它在中小型压力机上的应用前途还是较大的。

图7-71所示为压力机上使用的一种电容式保护装置，其敏感元件放在操作者与模具之间，上下料时必须通过敏感元件的空腔，在人手通过空腔时，压力机的滑块停止运动或不能起动，以保证操作者的安全。

人体感应式保护装置是在操作者与危险区域之间，设置一个对地构成一个有一定电容量的电容器作为敏感元件，通过人体上下料时靠近敏感元件的距离变化，来改变对地电容器的大小，再通过放大，就可使机器停止，或不能起动。由于感应式保护受人体各种因素和场地的影响（例如所穿鞋袜不同，所戴手套的新旧程度不同等）较大，使用极为不便。

3）气幕式保护装置。在操作者与危险区域之间设置气幕，一旦操作者的手、身体或其他物体遮断气幕时，则断开起动装置的控制线路，停止滑块的运动或起动。

上述各种自动保护装置对操作者不存在精神上和视线上的影响，从而可减少精神上的疲劳；但对于故障引起的滑块二次下落无效。

图7-71 电容式保护装置

1—凸模 2—凹模 3—敏感元件 4—控制器

[1]JB/T 9965—1999采用“公称力”，其他相关标准也作“公称压力”。