压力机机械保护装置探究

压力机机械保护装置探究

谈宇

扬州锻压机床有限公司  江苏扬州 225128

摘要：当前我国工业发展迅速，民族企业逐渐由中国装配转向中国制造、中国创造，压力机在制造业飞速发展期间得到了广泛的发展和应用。压力机作为工业母机之一，在冲压生产中占有举足轻重的地位。而冲压过程中的安全问题，更是重中之重。因此，研究压力机机械保护装置具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：压力机；机械；保护装置；

现阶段，压力机完成冲压动作的过程，表面上看是压力机滑块运行、停止的过程，从原理上来说则是通过离合器、制动器脱开结合的配合来实现的。压力机滑块运行时，制动器先行进气，推开其内部的弹簧，制动器脱开，然后离合器进气，离合器结合，让飞轮存储的能量传递给压力机，为其运行提供能量；压力机滑块停止时，离合器先行排气脱开，然后制动器排气，其内部弹簧复位，压紧制动器中的摩擦片，通过摩擦片之间的摩擦力实现制动。结合以上论述可知，如果制动器发生机械故障，无法进行有效制动，压力机电气上所配备的光电保护，急停等用于紧急安全制动的装置则无法起到相应的作用，对操作人员、模具、设备等会造成致命伤害。所以，针对制动器失效时的压力机保护装置的研究十分必要。本文就从电控系统和机械结构两方面进行阐述。

1 压力机发展概述

从 2000年左右开始， 直线电机开始用于小型伺服压力机。 图1所示为日本ＡＩＤＡ公司和山田ＤＯＢ⁃ＢＹ公司研制的直线电机压力机。 该压力机的运动速度快、 控制精度高， 但受直线电机功率限制， 其输出力小， 主要用于小型精密零件加工。图2 所示为德国舒勒公司设计的直线锻锤模型示意图。 该样机采用电机直接驱动， 没有旋转－直线运动转换机构和运动控制机构。 图中仅有机身和电机两个组成部分， 电机的动子直接作为打击部分进行工作。 从理论上分析， 由于减少了中间传动机构， 能量损耗降低， 效率增大； 另一方面， 减少了中间传动机构也消除了中间误差， 在可控性和精度上也必然有所提高。西安电子科技大学研制的两种直线电机驱动的压力机如图3 所示， 这两种压力机的动力由直线电机提供， 直接将直线电机的输出和压力机滑块相连， 具有结构紧凑、 高速高效的特点， 但由于直线电机的功率限制， 这两种结构的压力机吨位较小，不适用于大吨位的冲压生产线。

图 1早期直线电机驱动的伺服压力机

图 2直线电机驱动的锻锤模型

图 3直线电机驱动伺服压力机

2 电控系统

机械保护电控系统的作用是为了判断压力机的制动器是否发生机械故障，然后利用可编程控制器控制相应气路上电磁阀的通断状态，从而实现机械保护功能。

本文中的电控系统由编码器、行程开关一、行程开关二、电磁阀一、电磁阀二、可编程控制器和人机界面组成。编码器主要用于采集压力机滑块运行时的实时角度，与压力机的制动角度做比较，该电控系统的编码器建议选用绝对值型编码器，这种类型的编码器能够以角增量的方式提供位置、角度和转速等信息。每个角增量都被赋予唯一的编码，每个编码都能成为一个清晰的参考，以每圈被赋予的编码数量定义分辨率，响应速度和精度都能达到要求。行程开关一用于检测顶出机构的顶出杆的顶出状态，并作为电磁阀二启动的必要条件。行程开关二用于检测锁紧机构的锁紧杆是否锁紧到位。而人机界面用于显示压力机的实时角度，制动角度及其运行相关状态，可编程控制器作为整个电控系统的核心，采集编码器、行程开关的输入信号，进行内部运算，判断出制动器的状态，如果判定为故障，可编程控制器将分别控制电磁阀一和电磁阀二，电磁阀一用于控制顶出机构气缸进气的通断，电磁阀二则用于控制锁紧机构气缸进气的通断。

3 机械结构

本文所述机械结构由位于工作台下方的顶出机构和锁紧机构组成。顶出机构和锁紧机构都有相应的气控装置，其原理图如图 4所示，涉及到的元器件有：1 为储气罐，2 为电磁阀一，3 为顶出机构气缸，4为电磁阀二，5 为锁紧机构气缸，6 为球阀，7 为单向阀，8 为主气源。具体工作过程：主气源分别经过单向阀、球阀连接至储气罐，储气罐上有两个出口，储气罐的一个出气口连接到电磁阀一的进气口，电磁阀一的出气口连接至顶出机构的气缸；而储气罐的另一个出气口连接到电磁阀二的进气口，电磁阀二的出气口连接到锁紧机构的气缸；当电控系统判断压力机制动机构发生机械故障失效后，电磁阀一立即得电，顶出机构气缸迅速进气，顶出杆工作至顶出状态，顶住自由下落的滑块，当顶出杆顶住滑块时，会触发到行程开关一，行程开关一闭合发出信号至控制器，控制器控制电磁阀二得电，这时锁紧机构气缸立刻进气，锁紧机构中的锁紧杆随即顶出，穿过顶出杆中部预置的孔洞，形成十字型结构，横向固定支撑顶出杆，使用锁紧杆牢牢的锁住顶出杆，从而起到稳固顶出杆的作用，也为支撑自由下滑的滑块提供足够的支撑力。锁紧杆锁紧到位之后会触发到行程开关二，行程开关二闭合发出信号至控制器，在人机界面上显示锁紧到位，这时维护人员可以进入操作区域检查发生的情况，做进一步处理。

图 4气控装置图

结论

综上所述，压力机机械保护装置，结构简单，安全可靠，成本低廉，采用气动驱动方式，动作迅捷，完全能满足突发的压力机滑车问题需求。该装置已在现场试验，验证了其可行性和有效性。作为其机械安全的重要屏障，能够有效降低因制动器故障而引发的重大安全事故，为安全生产提供有力的保障。

参考文献：

［1］罗相文，陈国扬，吴素婷 .10 T压力机液压系统及电气控制设计［J］.液压气动与密封，2021（11）：70-72.

［2］张利平 .理液压传动系统设计与使用［M］.北京：化学工业出版社，2010：150-151.

［3］杨培元，朱福元.液压系统设计简明手册［M］. 北京：机械工业出版社，2015.