沈勇杰，單曉峰

（上汽集團(tuán)上汽通用汽車(chē)有限公司，上海 201208）

1 凸焊機(jī)安全防護(hù)原有技術(shù)現(xiàn)狀分析

目前凸焊機(jī)安全保護(hù)技術(shù)細(xì)分為機(jī)械式和控制式2種，一種是機(jī)械式安全保護(hù)裝置，一種是控制式安全保護(hù)裝置。這2種安全保護(hù)機(jī)制的工作原理不同，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用各有差異，2種保護(hù)裝置都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況和作業(yè)情況來(lái)選擇保護(hù)裝置的形式，以達(dá)到真正保護(hù)操作者的目的。

1.1 機(jī)械式安全保護(hù)裝置

在機(jī)械式的安全防護(hù)產(chǎn)品中，產(chǎn)品的種類(lèi)和型號(hào)非常多，這些產(chǎn)品的保護(hù)形式各不相同，但是通常有如下3類(lèi)產(chǎn)品：

拉手式安全裝置，這種拉手繩索大多采用非常柔軟的材料來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，將操作者的手腕與凸焊機(jī)外側(cè)進(jìn)行連接，對(duì)雙手的活動(dòng)區(qū)間進(jìn)行控制。觸點(diǎn)頭下降操作中，拉手繩索會(huì)自動(dòng)強(qiáng)制將操作者雙手進(jìn)行拉拽，避免雙手受傷。這種裝置可以有效地克服操作者在操作過(guò)程中忘記將手放置到安全區(qū)的情況，以強(qiáng)制的方式將操作者帶離危險(xiǎn)區(qū)，彌補(bǔ)了人工安全操作過(guò)程中的疏漏。

推手式安全裝置，此類(lèi)裝置會(huì)以推手板的方式安裝在模具之前，當(dāng)凸焊機(jī)升降操作時(shí)，推手板也會(huì)被帶動(dòng)，操作者雙手會(huì)被自動(dòng)推到安全區(qū)域。這種安全裝置雖然也是以外力的方式來(lái)將操作者的雙手帶離危險(xiǎn)區(qū)，但是在操作形式方面就溫和得多，能夠較好地規(guī)避一些強(qiáng)制力的損傷。

這些機(jī)械類(lèi)的保護(hù)裝置，雖然有保護(hù)作用，但是卻會(huì)影響操作舒適度、操作視線及操作效率。操作者在操作的過(guò)程中，如果出現(xiàn)忘記將手放置到安全區(qū)，保護(hù)裝置會(huì)強(qiáng)制性的進(jìn)行安全操作，雖然可以將操作者帶離危險(xiǎn)區(qū)，但是由于這種操作強(qiáng)制且粗暴，操作者的雙手甚至雙臂極容易受到損傷，同時(shí)這種強(qiáng)制性的操作與操作人員的當(dāng)下意愿存在沖突，易造成操作人員的疲勞。一般用于行程次數(shù)較少的設(shè)備，速度效率較低的設(shè)備。

下面以推手式安全裝置為例說(shuō)明其工作原理：

推手式安全裝置保護(hù)功能是在設(shè)備工作的下行程期間，通過(guò)機(jī)械方式將手處在設(shè)備工作危險(xiǎn)區(qū)的人體部位（手）推撥出去離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)，從而達(dá)到保護(hù)目的。設(shè)備模具下壓的行程與推撥保護(hù)裝置同步運(yùn)動(dòng)，按推撥手器件的運(yùn)動(dòng)方向可分為左右推撥和前后推撥及側(cè)向推撥，下面以側(cè)向推撥為例說(shuō)明其工作原理。

安全裝置的動(dòng)力來(lái)源于壓力機(jī)的滑塊由推桿滑塊壓輪和復(fù)位彈簧組成。如圖1所示，1滑塊，2導(dǎo)滑道，3推桿，4復(fù)位彈簧，5滑塊壓輪，6推手器。

圖1

滑塊由壓輪推桿與滑塊的滑道固定連接復(fù)位彈簧連接推桿支桿的一端，在推桿端部安裝一個(gè)推手器，當(dāng)設(shè)備工作下行程動(dòng)作時(shí)滑塊壓輪作用在推桿上，當(dāng)滑塊下行程時(shí)壓輪向下滾壓推動(dòng)推桿，使推桿帶動(dòng)推手器從左至右掃過(guò)危險(xiǎn)區(qū)，把操作者的手推開(kāi)，同時(shí)將彈簧拉長(zhǎng)，當(dāng)滑塊回程運(yùn)動(dòng)時(shí)，推桿在復(fù)位彈簧的作用下恢復(fù)到原始位置，在此期間操作者可以伸手進(jìn)入磨口區(qū)，操作該裝置應(yīng)該滿足一下安全技術(shù)要求：

第一，可靠的保護(hù)范圍，該保護(hù)范圍由推桿的擺動(dòng)范圍來(lái)保證推桿的擺動(dòng)范圍幅度超過(guò)模具的寬度。推桿長(zhǎng)度擺動(dòng)幅度或位移量應(yīng)可以調(diào)整，以適應(yīng)不同的加工需要。

第二，不能造成新的傷害，對(duì)手機(jī)與手接觸的一側(cè)應(yīng)采用軟材料如橡膠塑料等防止推手器把人手擊傷。

第三，推桿的擺動(dòng)方向與操作，手杠精推桿推走的方向?qū)τ依邞?yīng)從右到左（面向壓力機(jī)）對(duì)左利者，應(yīng)從左到右。

推手式安全裝置的缺點(diǎn)是，推桿擺動(dòng)對(duì)操作者視線造成干擾，推手其余手接觸會(huì)給操作者帶來(lái)不適，在正常情況下，一般操作速度快于推桿偶然才有推手器推擊手的可能。

1.2 控制式安全保護(hù)裝置

這種安全裝置大多與電氣鏈鎖裝置連接，對(duì)動(dòng)凸焊機(jī)活動(dòng)進(jìn)行控制，通過(guò)光、電等工具來(lái)進(jìn)行安全裝置的觸發(fā)和運(yùn)作，具體的表現(xiàn)形式如下：

光電式安全裝置，這類(lèi)裝置發(fā)射器與接送器建立了光幕關(guān)聯(lián)，工作區(qū)域被細(xì)分為安全、危險(xiǎn)兩個(gè)區(qū)域，操作者如果在危險(xiǎn)區(qū)操作，則光線就會(huì)受到阻隔，控制器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)凸焊機(jī)的活動(dòng)就會(huì)被打斷，凸焊機(jī)則不再運(yùn)作。這種保護(hù)方式，以光線為驅(qū)動(dòng)力，靈敏度高，安全性好。

電容式安全裝置，安全和危險(xiǎn)區(qū)之間設(shè)置了電容器，這一器件對(duì)地形成特定電容量，可以憑借器件靈敏度對(duì)人體操作活動(dòng)進(jìn)行感應(yīng)，操作者操作環(huán)節(jié)，與電容器距離發(fā)生變化，則對(duì)地電容量也會(huì)改變，安全裝置控制器會(huì)通過(guò)電容量來(lái)對(duì)凸焊機(jī)進(jìn)行操控。

雙手操作式安全裝置，基于電路設(shè)計(jì)，凸焊機(jī)只有在2個(gè)距離遠(yuǎn)但都處于安全區(qū)域的安全同時(shí)觸發(fā)時(shí)才會(huì)下降，否則凸焊機(jī)就會(huì)停運(yùn)，這就會(huì)迫使操作者雙手按鍵，避免雙手放置于危險(xiǎn)區(qū)。

控制式安全裝置，通過(guò)光束、磁場(chǎng)等來(lái)進(jìn)行控制，避免了機(jī)械裝置的弊端，在操作中靈敏度高、響應(yīng)速度快，在防護(hù)方面改變了機(jī)械式防護(hù)對(duì)雙手進(jìn)行操作的模式，以控制壓機(jī)運(yùn)作狀態(tài)的方式來(lái)保護(hù)操作人員的安全。這種方式可以有效的避免強(qiáng)制性操作對(duì)操作人員的損傷，同時(shí)也可以避免裝置運(yùn)作遮擋操作者視線，影響操作效率的問(wèn)題，能夠讓操作者始終處于比較穩(wěn)定和高效的工作狀態(tài)之下。但是很多加工現(xiàn)場(chǎng)并不能適用光柵型和雙手操作型防壓手安全裝置。如很多現(xiàn)場(chǎng)的工件比較大、尺寸長(zhǎng)、形狀各異或操作員雙手需要把持工件，由腳踏開(kāi)關(guān)控制壓機(jī)下壓動(dòng)作，那么這種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的設(shè)備，使用的防壓手裝置就需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 改進(jìn)型凸焊機(jī)防壓手安全裝置的設(shè)計(jì)討論

很多安全事故都說(shuō)明，凸焊機(jī)下降過(guò)程中，工作人員不能夠及時(shí)撤離是導(dǎo)致傷殘的主要原因。安全保護(hù)裝置的使用是通過(guò)強(qiáng)制的方式確保身體所有部分都能夠在凸焊機(jī)下降時(shí)安全撤離，在操作者手部沒(méi)有撤出危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，避免凸焊機(jī)因各種因素出現(xiàn)下降的情況。所以，本文在防壓手安全裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中也遵循了安全隔離型防護(hù)和安全間距型防護(hù)這2種思路來(lái)進(jìn)行討論。

2.1 安全隔離型防護(hù)

圖2為安全隔離型防護(hù)的示意圖，如圖所示凸焊機(jī)防壓手安全裝置設(shè)計(jì)為透明隔離罩的形式，對(duì)工件壓接區(qū)域進(jìn)行防護(hù)。工作過(guò)程如下：踩下腳踏開(kāi)關(guān)并保持，防護(hù)系統(tǒng)啟動(dòng)。如圖2中B首先隔離罩6從最高位向下運(yùn)動(dòng)，逐步接近工件8；如圖2中C當(dāng)隔離罩6到達(dá)預(yù)設(shè)位置后自動(dòng)停止（預(yù)設(shè)位置離工件表面2mm）。此時(shí)隔離罩6將設(shè)備的工作危險(xiǎn)區(qū)域隔離；如圖2中D下一步設(shè)備壓頭5快速下行程動(dòng)作接近工件，進(jìn)行壓焊工藝，完成工藝后沖壓完成后，壓頭5返程，同時(shí)防護(hù)罩6返程；返程結(jié)束后將工件取出，檢查所加工的工件，若達(dá)到加工要求，則繼續(xù)下一個(gè)任務(wù)。隔離保護(hù)動(dòng)作過(guò)程如圖E首先隔離罩6從最高位向下運(yùn)動(dòng)，逐步接近工件8時(shí)如果隔離罩6和工件之間有異物（如手指）隔離罩6被頂起，微動(dòng)行程開(kāi)關(guān)4被觸發(fā)安全回路斷開(kāi)，壓頭5的動(dòng)力切斷，信號(hào)反饋到PLC,壓頭5的下行程啟動(dòng)條件也不滿足，無(wú)法繼續(xù)下壓動(dòng)作，設(shè)備停止運(yùn)行，操作者能夠安全撤離。

圖2

2.2 安全間距型防護(hù)

以伺服凸焊機(jī)的安全間距防護(hù)為例來(lái)說(shuō)明其工作原理，通過(guò)伺服電機(jī)的編碼器測(cè)量反饋上電極下壓行程的距離，實(shí)現(xiàn)識(shí)別安全距離或非安全距離，來(lái)控制設(shè)備的下壓動(dòng)作，保證人員安全。

如圖3為伺服凸焊機(jī)示意圖，圖2中1伺服電機(jī)，2伺服壓缸，3焊機(jī)殼體，4伺服壓缸和焊接電極壓頭之間的空腔，5焊接電極壓頭，6行程開(kāi)關(guān)安裝支架，7行程開(kāi)關(guān)，8行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)壓桿，9工件

圖3

伺服凸焊機(jī)焊接電極壓頭下行程動(dòng)作過(guò)程：如圖3 B所示，伺服電機(jī)下行行程旋轉(zhuǎn)動(dòng)作帶動(dòng)伺服壓缸2向下動(dòng)作，焊接電極壓頭5隨之向下運(yùn)行，逐漸接近工件9。如圖3 C所示，當(dāng)焊接壓頭5接觸工件9時(shí)，焊接壓頭5被工件逐步頂起（焊接壓頭5和伺服壓缸2的壓力面還未接觸，兩者間存在空隙，（即此時(shí)工件只受焊接電極壓頭5的自重）。如圖3 D所示，（行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)壓桿8和焊接電極壓頭5固定在一起）行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)壓桿也隨焊接電極壓頭5一同被工件頂起，行程開(kāi)關(guān)從被壓狀態(tài)（觸發(fā)狀態(tài)）變?yōu)獒尫艩顟B(tài)，此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)立即反饋被壓工件的厚度，如果行程開(kāi)關(guān)從被壓狀態(tài)變?yōu)獒尫艩顟B(tài)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)反饋的被壓工件厚度超過(guò)設(shè)定值時(shí)（注：設(shè)定值為工件厚度+2mm），立即停止下行程運(yùn)動(dòng)并上升至最高位。如果行程開(kāi)關(guān)從被壓狀態(tài)變?yōu)獒尫艩顟B(tài)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)反饋的被壓工件厚度小于等于設(shè)定值時(shí)，如圖E所示，伺服電機(jī)繼續(xù)下行程動(dòng)作，帶動(dòng)伺服壓缸2繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，焊接電極壓頭5和行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)桿一同被工件繼續(xù)頂起，直至伺服壓缸2的壓力面接觸焊接電極壓頭5的上端受壓面，完成壓力焊接工藝后，伺服電機(jī)1帶動(dòng)伺服壓缸2，帶動(dòng)焊接電極壓頭5，返回初始位置。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前的工業(yè)發(fā)展中，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)都逐步實(shí)現(xiàn)從機(jī)械化到智能化的發(fā)展。本文以凸焊機(jī)為例說(shuō)明了部分防壓手功能的工作原理，工業(yè)生產(chǎn)中的沖壓、鉚壓、鍛壓等多種壓機(jī)類(lèi)設(shè)備的防護(hù)設(shè)計(jì)基本類(lèi)似，這些設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中使用比較廣泛。一般的手工設(shè)備，由于作業(yè)人員雙手需要把持工件，其設(shè)計(jì)為腳踏板控制裝置操作設(shè)備工作，使其成為生產(chǎn)機(jī)械中發(fā)生事故比較多的設(shè)備，很多企業(yè)都針對(duì)手工壓機(jī)類(lèi)設(shè)備的運(yùn)作設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的安全保護(hù)機(jī)制，手工壓機(jī)類(lèi)設(shè)備的安全運(yùn)行水平已經(jīng)不僅僅是代表一個(gè)工廠的安全生產(chǎn)水平的問(wèn)題，而是已經(jīng)上升為一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的綜合能力層面的問(wèn)題。綜上所述，目前廣泛使用的手工壓機(jī)類(lèi)設(shè)備設(shè)計(jì)中，機(jī)械式和控制式安全保護(hù)設(shè)置各有利弊，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，各企業(yè)結(jié)合自身的技術(shù)水平選用不同的保護(hù)裝置，有效的保護(hù)操作者的人身安全。從技術(shù)角度看，手工壓機(jī)類(lèi)設(shè)備的安全保護(hù)裝置還有進(jìn)一步改進(jìn)的空間，希望在未來(lái)的發(fā)展中，各企業(yè)的安全防護(hù)設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)和制造出越來(lái)越安全可靠的設(shè)備，為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展騰飛添磚加瓦。