文／趙婷婷·山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

張振國·山東科匯電力自動化有限公司

通過改造，淘汰傳統(tǒng)的剛性離合器式?jīng)_床

文／趙婷婷·山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

張振國·山東科匯電力自動化有限公司

沖床是中小噸位機(jī)械壓力機(jī)的簡稱。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在用的沖床數(shù)量高達(dá)數(shù)百萬臺，其中大部分沖床采用的是剛性離合器和偏心輪帶式制動器結(jié)構(gòu)，這些沖床普遍都存有安全性差、能耗高等缺陷。為了保護(hù)勞動者的生命安全，早在1993年和1997年，國家就發(fā)布了《機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)條件》和《鍛壓機(jī)械安全技術(shù)條件》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，要求機(jī)械壓力機(jī)應(yīng)配置一種或一種以上的安全保護(hù)裝置，但由于剛性離合器式?jīng)_床存在著原理上的缺陷，所以這些裝置并不能從根本上杜絕安全事故的發(fā)生?！吨袊|(zhì)量報》在2011年12月16日的一則報道中指出，在工傷斷指的高發(fā)地珠三角地區(qū)，機(jī)械壓力機(jī)是造成斷指的主要原因之一。由上述可以看到，雖然國家對沖床安全性的要求是強(qiáng)制性的，但由于企業(yè)對剛性離合器式?jīng)_床安全性的認(rèn)識存在盲區(qū)，所以安全事故仍時有發(fā)生。

剛性離合器式?jīng)_床安全事故分析

有關(guān)調(diào)查表明，在生產(chǎn)企業(yè)中，沖床是導(dǎo)致大量斷指斷手事故發(fā)生的主要原因，每年僅珠三角地區(qū)因沖床而截斷手和手指的安全事故就超過一萬起。在政府部門的監(jiān)督下，雖然生產(chǎn)企業(yè)采取了許多措施，如安裝紅外光柵、雙手操作式安全保護(hù)裝置等等，但這些措施并沒有從根本上來解決安全隱患，所以斷指斷手事故仍時有發(fā)生。從源頭杜絕安全事故的發(fā)生才是徹底解決問題的有效方法。

圖1剛性離合器原理

剛性離合器式?jīng)_床存在安全隱患的根本原因是：剛性離合器只能在上止點(diǎn)附近脫開（圖1），滑塊在上止點(diǎn)附近時，關(guān)閉器擋住尾板；偏心輪帶式制動器只有在上止點(diǎn)附近才能通過偏心輪拉緊摩擦帶實(shí)現(xiàn)制動（圖2），即剛性離合器式?jīng)_床只能在滑塊位于上止點(diǎn)附近時才能實(shí)現(xiàn)制動。

圖2偏心輪帶式制動器原理

由此造成的安全事故主要分兩類，如圖3所示。

⑴在安裝了紅外光柵安全保護(hù)裝置、雙手操作式安全保護(hù)裝置后，有的操作者誤以為可以放心地手動送取工件了，就把手伸進(jìn)運(yùn)動中的滑塊下，滑塊并沒有停止運(yùn)動，這就造成了壓手事故的發(fā)生。發(fā)生此種安全事故的主要原因是，沖床只有在滑塊位于上止點(diǎn)附近時才能實(shí)現(xiàn)制動，當(dāng)滑塊向下運(yùn)動時，沖床并不能實(shí)現(xiàn)緊急制動，而此時的安全保護(hù)裝置是不起作用的。

圖3剛性離合器式?jīng)_床安全事故原因分析

⑵操作者正常停機(jī)，離合器在上止點(diǎn)附近脫開，但滑塊并沒有停留在上止點(diǎn)附近，而是繼續(xù)運(yùn)動，此時操作者的手伸進(jìn)滑塊下，從而造成了壓手事故的發(fā)生。發(fā)生此種安全事故的主要原因是，在滑塊位于上止點(diǎn)附近時，只有在離合器脫開的同時并且制動器皮帶拉緊，滑塊才會停留在上止點(diǎn)附近，但制動器皮帶拉得過緊會增加能耗且影響皮帶壽命，而在長時間磨損后，皮帶會變松，從而使得制動力降低，這時，當(dāng)離合器脫開后，制動器的制動力不夠，造成滑塊繼續(xù)運(yùn)動，而此時的安全保護(hù)裝置是不起作用的。

綜上所述，剛性離合器和偏心輪帶式制動器的存在使沖床只有在滑塊位于上止點(diǎn)附近時才能實(shí)現(xiàn)制動，且制動不可靠，這是造成安全事故發(fā)生的根本原因?，F(xiàn)有的安全保護(hù)裝置并不能從源頭上杜絕安全事故的發(fā)生，人手一旦伸入，便可能發(fā)生安全事故；而偏心輪帶式制動器在曲柄360°轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)始終保持制動，皮帶緊則能耗大，皮帶松則制動失靈，這給企業(yè)帶來了巨大的生產(chǎn)難題。

安全、節(jié)能的數(shù)控改造技術(shù)

解決剛性離合器式?jīng)_床問題的技術(shù)方案（圖4）與實(shí)施步驟是：

⑴用開關(guān)磁阻電機(jī)取代原交流異步電機(jī)，在原安裝交流異步電機(jī)的位置，安裝同等機(jī)座號的開關(guān)磁阻電機(jī)，該電機(jī)以3倍的額定轉(zhuǎn)矩起動，有效地保證了工作能量和工作壓力的需求。

⑵拆掉或放松圖2中的摩擦帶，利用電機(jī)尾部的制動器取代原制動器。

⑶保持剛性離合器接合，拆掉關(guān)閉器。

方案說明：與現(xiàn)有的各種類型電機(jī)相比，開關(guān)磁阻電機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、電流始終沿一個方向流動來提供動力和制動力等優(yōu)勢，且轉(zhuǎn)子既無繞組，也無導(dǎo)體、永磁體，抗沖擊性能好，可靠性高，特別適合沖床的工作性能要求，完全滿足了沖床滑塊的頻繁起停工況，且在電機(jī)制動和制動器制動的雙重制動下（圖5），確保了滑塊可以在任意位置急停，有效地保證了操作者的人身安全。

圖4利用開關(guān)磁阻電機(jī)改造剛性離合器式?jīng)_床

圖5安全、節(jié)能的數(shù)控改造技術(shù)

改造后的開關(guān)磁阻數(shù)控沖床如圖6所示。

改造后的開關(guān)磁阻數(shù)控沖床與原剛性離合器式?jīng)_床相比，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

⑴安全。開關(guān)磁阻電機(jī)本身具備制動功能，在安全光柵信號下，電機(jī)和制動器雙重制動，可確保沖床在滑塊位于任意位置時都能夠緊急停車，有效地保護(hù)了操作者的人身安全。

⑵節(jié)能。開關(guān)磁阻數(shù)控沖床徹底消除了皮帶的摩擦能耗和電機(jī)空轉(zhuǎn)能耗，滑塊停則電機(jī)停，節(jié)能效果特別明顯。

⑶數(shù)控。開關(guān)磁阻電機(jī)本身由數(shù)字化系統(tǒng)控制，通過電機(jī)的角位移、角速度和角加速度對滑塊的位置、速度、加速度進(jìn)行數(shù)字化實(shí)時控制，方便了調(diào)模試模，有效地穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量，避免了模具過載，提高了模具壽命。

圖6改造后的開關(guān)磁阻數(shù)控沖床

結(jié)束語

開關(guān)磁阻電機(jī)及其數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的剛性離合器式?jīng)_床的改造升級提供了方向。相信隨著國家節(jié)能政策和安全生產(chǎn)強(qiáng)制性文件的實(shí)施，會有越來越多的企業(yè)采用安全、節(jié)能的數(shù)控技術(shù)改造并淘汰剛性離合器式?jīng)_床。