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液壓機(jī)防壓手安全裝置的研制

文檔作者：金佩瑾孫慧平文檔來(lái)源： 1．寧波佳比佳工貿(mào)有限公司 2．寧波工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，			點(diǎn) 擊數(shù)：
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2016年2月
第45卷第2期
機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程
Machine Design and Manufacturing Engineering
Feb．2016
Vo1．45 No．2
DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2016．02．008
液壓機(jī)防壓手安全裝置的研制
金佩瑾 ，孫慧平
(1．寧波佳比佳工貿(mào)有限公司，浙江寧海315609)
(2．寧波工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，浙江寧波315336)
摘要：介紹了一種能夠杜絕安全事故發(fā)生的液壓機(jī)防壓手裝置。該裝置采用機(jī)械與電路串聯(lián)聯(lián)
動(dòng)的方式牽制操作者的雙手動(dòng)作，從而徹底杜絕在人手未抽離危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)液壓機(jī)向下運(yùn)行的可
能性，附加的機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械與電氣雙重聯(lián)動(dòng)保護(hù)，克服了常見(jiàn)安全保護(hù)裝置存在的電
氣元件長(zhǎng)期運(yùn)行易出故障的問(wèn)題，使液壓機(jī)防壓手的安全保護(hù)裝置能夠長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：液壓機(jī)；保護(hù)裝置；安全操作
中圖分類號(hào)：TH188．2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095—509X(2016)02—0039—03
1 液壓機(jī)安全防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀分析
在液壓機(jī)升降動(dòng)梁板帶動(dòng)模具完成產(chǎn)品成型
加工的過(guò)程中，非常容易發(fā)生操作者被動(dòng)梁板壓傷
甚至致殘的安全事故，配備防壓手的安全保護(hù)裝置
是企業(yè)防范液壓機(jī)發(fā)生人身意外事故的必備措
施_】I2 J。國(guó)內(nèi)外的液壓機(jī)安全保護(hù)技術(shù)研究已有
很長(zhǎng)的歷史，制造了機(jī)械式和控制式兩大類多種形
式的安全保護(hù)裝置。
1．1 機(jī)械式安全保護(hù)裝置
機(jī)械式安全保護(hù)裝置通常采用拉手、推手和擺
桿3種形式 J。
拉手式安全裝置通常采用柔軟材料制成的拉
手繩索，將液壓機(jī)動(dòng)梁板和操作者手腕連接在一
起，從而約束操作者雙手自由動(dòng)作。當(dāng)動(dòng)梁板下降
時(shí)拉手繩索可將操作者的雙手強(qiáng)制拉出危險(xiǎn)區(qū)域。
從而防止雙手壓傷事故發(fā)生_4j。
擺桿式安全裝置一般在與動(dòng)梁板聯(lián)動(dòng)的構(gòu)件
上安裝有橡皮桿子，動(dòng)梁板下行時(shí)帶動(dòng)橡皮桿子運(yùn)
動(dòng)，將操作者雙手強(qiáng)制撥出危險(xiǎn)區(qū)域，從而達(dá)到安
全保護(hù)的目的。
推手式安全裝置在模具的前方安裝推手板，液
壓機(jī)動(dòng)梁板升降時(shí)帶動(dòng)推手板往復(fù)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)梁板
下降時(shí)，推手板由內(nèi)向外運(yùn)動(dòng)，操作者雙手被推離
液壓機(jī)危險(xiǎn)區(qū)域 。
上述幾類安全裝置均在操作者和模具之間設(shè)
置了運(yùn)動(dòng)的機(jī)械物體，既影響操作者的視線，容易
引起操作者疲勞，也降低了工作效率和舒適性。
1．2 控制式安全保護(hù)裝置
控制式安全裝置通常采用電氣聯(lián)鎖的方式控
制動(dòng)梁板的上升和下降，有光電式、電容式和雙手
操作式等幾種形式L2．6 J。
光電式安全裝置的發(fā)射器和接收器形成了一
道光幕，將工作區(qū)分隔成安全區(qū)域與危險(xiǎn)區(qū)域。當(dāng)
操作者進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，光線被阻斷，控制器發(fā)出
的信號(hào)經(jīng)放大后切斷動(dòng)梁板運(yùn)動(dòng)控制電路，使液壓
機(jī)停止運(yùn)行。
電容式安全裝置在安全區(qū)域與危險(xiǎn)區(qū)域之間
設(shè)置了對(duì)地構(gòu)成一定電容量的電容器，作為敏感元
件檢測(cè)人體與危險(xiǎn)區(qū)域的距離。操作者工作時(shí)與
電容器的距離會(huì)隨時(shí)變化，其對(duì)地電容量也隨之變
化。安全裝置控制器不斷地將動(dòng)態(tài)電容量與設(shè)定
的安全電容量進(jìn)行比較，從而控制動(dòng)梁板的運(yùn)動(dòng)與
停止。
雙手操作式安全裝置通過(guò)電路設(shè)計(jì)，使動(dòng)梁板
只有在兩個(gè)相距較遠(yuǎn)、處于安全區(qū)域的按鍵同時(shí)按
下時(shí)才能下降，任意一個(gè)按鈕松開(kāi)時(shí)動(dòng)梁板立即停
止運(yùn)行，迫使操作者的雙手必須同時(shí)接觸按鈕，從
而保證液壓機(jī)向下運(yùn)行時(shí)操作者不可能處于危險(xiǎn)
區(qū)內(nèi)。
控制式安全裝置采用了不影響視線和操作的
光束、磁場(chǎng)或電場(chǎng)等控制信號(hào)，克服了機(jī)械式安全
裝置的缺點(diǎn)，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性
能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但在污染比較嚴(yán)重的液壓成型加工現(xiàn)
場(chǎng)，易產(chǎn)生振動(dòng)移位、污染物遮蔽光線、接地電阻變
化等問(wèn)題，不能保證長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性 。
收稿日期：2015—09—08
作者簡(jiǎn)介：金佩瑾(1961一)，男，浙江寧海人，寧波佳比佳工貿(mào)有限公司工程師，長(zhǎng)期從事金屬材料冷擠壓成型技術(shù)研究。
· 39·
2016年第45卷 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程
綜上所述，目前常見(jiàn)安全保護(hù)裝置尚不能絕對(duì)
防止液壓機(jī)傷手事故的發(fā)生，需要設(shè)計(jì)一種融合多
種安全保護(hù)技術(shù)、能夠完全杜絕事故的液壓機(jī)防壓
手安全裝置。
2 液壓機(jī)防壓手安全裝置的設(shè)計(jì)
大量的傷人致殘事例表明：液壓機(jī)動(dòng)梁板下降
時(shí)人的身體的一部分沒(méi)有及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域是其
發(fā)生的根本原因 -9】。液壓機(jī)防壓手的安全保護(hù)
裝置只需能夠確保在動(dòng)梁板正常下降時(shí)，強(qiáng)制身體
各部分主動(dòng)撤出危險(xiǎn)區(qū)域；在操作者手部處于危險(xiǎn)
區(qū)域進(jìn)行工作時(shí)，杜絕動(dòng)梁板因機(jī)械、電氣或其他
偶然因素發(fā)生下降的可能性，就可以實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)的
長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行l(wèi)l 。因此，按照主動(dòng)撤離、強(qiáng)制
阻止和助力操控的設(shè)計(jì)思想研制了本文所述的液
壓機(jī)防壓手安全裝置。
2．1 主動(dòng)撤離
常見(jiàn)安全保護(hù)裝置中除雙手操作式外，人的手腕
均是被動(dòng)地推離危險(xiǎn)區(qū)域，能否及時(shí)撤離完全取決于
安全裝置是否正常運(yùn)行，一旦失效傷人致殘事故就難
以避免。在正常運(yùn)行過(guò)程中，如果操作者注意力不集
中，機(jī)械式的手腕繩扣、擺桿等還會(huì)給操作者帶來(lái)其
他形式的傷害。因此，液壓機(jī)防壓手安全裝置采用了
雙手操作漠式，通過(guò)拉動(dòng)操作桿接通電路的形式控制
動(dòng)梁板的正常下降，實(shí)現(xiàn)人體的主動(dòng)撤離。
2．2 強(qiáng)制阻止
雙手控制式安全裝置能夠通過(guò)控制電路的通斷
來(lái)阻止動(dòng)梁板的非正常下降，但在電氣元件失靈的
情況下，沒(méi)有強(qiáng)制阻止動(dòng)梁板下降的機(jī)構(gòu)，仍然不能
其保證長(zhǎng)期安全、可靠運(yùn)行。液壓機(jī)防壓手安全裝
置在動(dòng)梁板下附加了支柱式機(jī)械支撐，確保液壓機(jī)
在防壓手裝置的機(jī)械、電氣控制元件均失效的情況
下，強(qiáng)力阻止動(dòng)梁板非正常全程下降，使上下模具不
能完全合攏，給操作者留出足夠的安全空間。
2．3 助力操控
要實(shí)現(xiàn)人體主動(dòng)撤離、非正常下降的強(qiáng)制阻
止，防壓手安全裝置的操縱部件必然是手動(dòng)機(jī)械結(jié)
構(gòu)，需要操作者施加足夠的操縱力方可完成液壓機(jī)
動(dòng)梁板的運(yùn)行操控。長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度勞動(dòng)容易導(dǎo)
致疲勞，降低生產(chǎn)效率。本裝置采用了彈簧或機(jī)械
配重平衡結(jié)構(gòu)，在保證操縱部件自動(dòng)復(fù)位的前提
下，實(shí)現(xiàn)助力輕便操作。
3 液壓機(jī)防壓手安全裝置的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
3．1 結(jié)構(gòu)組成及功能
本文所述的液壓機(jī)防壓手安全裝置結(jié)構(gòu)如圖
· 40 ·
l所示，由底板、底座、滑塊、支撐柱、墻板、拉桿、上
臺(tái)板、壓條、彈簧(大型液壓機(jī)安全保護(hù)裝置采用
配重平衡機(jī)構(gòu))、前后定位桿、前后支承板和行程
開(kāi)關(guān)等部分組成。
后
后
行程開(kāi)關(guān)
圖l 防壓手安裝裝置結(jié)構(gòu)示意圖
位桿
前支承板
彈簧
滑塊可在由上臺(tái)板、墻板、壓條圍成的滑道中
前后滑動(dòng)，起始狀態(tài)的滑塊在彈簧或配重平衡機(jī)構(gòu)
的作用下，將底座中的支承柱通道遮蔽，與動(dòng)梁板
固定聯(lián)接的支撐柱不能通過(guò)通道向下運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)
制阻止動(dòng)梁板非正常全程下降¨引。操作者拉動(dòng)拉
桿帶動(dòng)滑塊移動(dòng)時(shí)，底座中通道打開(kāi)，支撐柱能夠
自由通過(guò)通道升降，保證液壓機(jī)的正常使用。
在上臺(tái)板正對(duì)滑塊前面的位置上安裝了控制
液壓閥通斷的行程開(kāi)關(guān)，滑塊與手動(dòng)拉桿連接，拉
桿上套有復(fù)位彈簧。起始狀態(tài)下行程開(kāi)關(guān)脫開(kāi)，控
制電路處于切斷狀態(tài)。操作者向外拉動(dòng)拉桿，帶動(dòng)
滑塊前進(jìn)壓緊行程控制開(kāi)關(guān)后，液壓機(jī)下壓的供油
電磁閥接通，動(dòng)梁板下降。
液壓機(jī)防壓手安全裝置設(shè)計(jì)有由螺桿制作的
前后定位桿，擰動(dòng)螺桿調(diào)節(jié)定位桿伸出長(zhǎng)度，控制
滑塊運(yùn)動(dòng)范圍，保證滑塊在復(fù)位時(shí)能夠完全遮蓋底
座中的支撐柱升降通道，同時(shí)使拉緊時(shí)觸壓行程開(kāi)
關(guān)的力量合適，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)電磁閥控制線路的正常
工作。
3．2 關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)
防壓手安全裝置的主要受力部件為支撐柱、滑
塊、底座和底板。支撐柱在異常情況下需要承受動(dòng)
梁板的自重、上模自重和液壓系統(tǒng)提供的成型壓力
等載荷。支撐柱的高度為最小不壓手開(kāi)模高度加
上模具上模板的厚度。支撐柱是一種一端固定、一
端自由的壓桿，壓桿長(zhǎng)度系數(shù) =2，其主要破壞形
式為壓桿失穩(wěn)。本裝置的支撐桿為小柔度桿，允許
的柔度應(yīng)小于材料屈服極限對(duì)應(yīng)的柔度A 。優(yōu)質(zhì)
碳素鋼制作的支撐桿A =60，圓截面壓桿柔度計(jì)
算公式如下：
2016年第2期 金佩瑾：液壓機(jī)防壓手安全裝置的研制
A= (1)
式中：2為支撐柱的長(zhǎng)度。根據(jù)式(1)，可以計(jì)算得
支撐柱的直徑d應(yīng)大于0．14倍支撐柱長(zhǎng)度。
滑塊可視為一種矩形截面的簡(jiǎn)支梁，其主要破
壞形式為彎曲正應(yīng)力過(guò)大。承受的最大載荷與支
撐柱上承受的載荷相同，支座跨度即為通道的長(zhǎng)
度，按簡(jiǎn)支梁彎曲應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)，即可計(jì)算出滑塊
的最小厚度。滑塊寬度應(yīng)略大于通道的寬度，以便
完全遮蓋；滑塊總長(zhǎng)度根據(jù)模具的大小計(jì)算。
3．3 絕對(duì)防壓手功能的實(shí)現(xiàn)
在液壓機(jī)上實(shí)際使用時(shí)，需要在模具的左右兩
側(cè)布置兩套防壓手安全裝置，底座固定在液壓機(jī)的
下梁板上，支撐柱與液壓機(jī)動(dòng)梁板的下面聯(lián)接，且
支撐柱的軸線應(yīng)與底座通道中心對(duì)齊。零件成型
加工時(shí)，操作者將毛坯放進(jìn)模具后，雙手分別握住
左右兩套防手壓安全裝置的拉桿，同時(shí)拉動(dòng)滑塊使
之向前滑動(dòng)，打開(kāi)底座的通道，并直至兩套安全裝
置的滑塊均正常觸動(dòng)各自的行程開(kāi)關(guān)。
當(dāng)兩側(cè)行程開(kāi)關(guān)均保持正常接合狀態(tài)時(shí)，串聯(lián)
的行程開(kāi)關(guān)電路才能接通電磁閥，驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)的動(dòng)
梁板下壓工作。在行程開(kāi)關(guān)處于接合狀態(tài)時(shí)，底座
中的兩個(gè)通道完全打開(kāi)，兩支撐柱可隨動(dòng)梁板的下
壓插入底座的通道之中，完成零件成型加工。若只
有一套行程控制開(kāi)關(guān)接通，串聯(lián)電路無(wú)法接通電磁
閥電路，液壓機(jī)的動(dòng)梁板不會(huì)下壓工作；若液壓機(jī)
發(fā)生機(jī)械或電器故障、行程開(kāi)關(guān)因熔接發(fā)生常閉故
障、或因操作者疲勞發(fā)生誤操作時(shí)，只要其中一套
安全裝置的滑塊未被拉開(kāi)而阻擋在底座通道的上
方，與該通道對(duì)應(yīng)的支撐柱就會(huì)支撐在滑塊上阻止
動(dòng)梁板下壓，即能確保操作人員的人身安全。
3．4 輕便操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
對(duì)于小型液壓機(jī)，承受的載荷不太大，滑塊的
厚度和體積均較小時(shí)，采用彈簧復(fù)位即可。對(duì)于大
型液壓機(jī)，與之相配的滑塊較大，則需要在滑塊后
面連接一套由鋼索、滑輪和配重塊等構(gòu)成的重力復(fù)
位機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行前后配重，保證操作者可以助力操
縱，能確保安全復(fù)位。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹的液壓機(jī)防壓手安全裝置，通過(guò)兩套
安全裝置的機(jī)械聯(lián)動(dòng)以及與控制電路的串聯(lián)聯(lián)動(dòng)，
牽制了操作者的雙手動(dòng)作，只有在雙手拉動(dòng)安全裝
置的情況下，才能接通電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓機(jī)動(dòng)梁下
壓，實(shí)現(xiàn)了人手主動(dòng)撤離危險(xiǎn)區(qū)域的目的；利用支
撐柱的機(jī)械支撐，以及行程開(kāi)關(guān)與安全裝置的聯(lián)
動(dòng)，杜絕了操作者在危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行上料操作時(shí)，動(dòng)
梁板突然下壓的可能性，實(shí)現(xiàn)了液壓機(jī)的長(zhǎng)期安全
可靠運(yùn)行。
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Development of safety device for the hydraulic press
JIN Peijin ，SUN Huiping2
(1．Ningbo Jiabijia Industry&amp;amp;Trade Co．，Ltd．，Zhejiang Ninghai，315609，China)
(2．School of Mechanical Engineering，Ningbo University of Technology，Zhejiang Ningbo，315336，China)
Abstract：It introduces a safety device for working process of the hydraulic press．In the pressing process，the
worker~hands ltre monitored by mechanical and circuit in series with the linkage mode．That puts an end to the
hydraulic press runing down at the workerg hand not out of dangerous al'ea．It designs additional mechanical support
institutions for the mechanical and electrical dual linkage protection，improves the reliability of the system to
lUll for a long time．
Key words：hydraulic press；protection device；safe operation
· 41·

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