压力机的安全技术

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1、1 压力机的安全技术 压力加工危险因素识别 压力加工是机械制造的基础工艺之一，在工业生产中占有重要地位。压力加工工艺亦称锻压工艺，即利用压力机和模具， 使金属及其他材料在局部或整体上产生永久变形。压力加工涉及的范围很广，包括弯曲、胀形、拉伸等成形加工，挤压、 穿孔、锻造等体积成形加工，冲裁、剪切等分离加工，以及成形结合、锻造和压接等组合加工等。它是一种少切削或无切 削的加工工艺。由于压力加工效率高、质量好、成本低，它广泛应用在汽车、电气和航天航空等生产部门。越来越多的生 产企业采用锻压工艺取代机械切削加工工艺，使锻压机械在机床中的比例增大，其中，以曲柄压力机的数量和品种最多。 压力机（包括剪切

2、机）是危险性较大的机械，通常被称为“老虎机“，发生操作者的手指被切断的数字是惊人的。压力加工 的人身安全受到关注，一直是劳动安全工作比较突出井下大力气解决的问题。从劳动安全卫生角度上看，压力加工的危险因素主要是噪声和振动对作业环境的影响，以及机械危险对操作者的伤害， 其中以机械伤害的危险性最大。 1噪声危害压力机是工业高噪声机械之一。其噪声主要是机械噪声，噪声来自传动零部件的摩擦、冲击、振动，离合器结合时的撞 击；工件被冲压时的噪声，以及工件及边角余料撞击地面或料箱的噪声等。现在比较切实可行的保护措施，一是给传动系 统加防护罩，可使噪声级下降58dB；二是作业人员佩戴听力护具，例如耳塞、耳罩等

3、耳部防护用品，可以大大减少噪声 对听觉的危害。 2机械振动危害机械振动主要来自冲压工件的冲击作用，尤其是手持工件操作时，手和臂受振更甚。人体受到的影响表现在心理上和生 理上，长时间处于振动环境中，人就会感到不舒服，甚至感到厌烦，注意力难以集中，操作动作的准确性下降。冲击振动 还会导致设备的材料疲劳，连接松动，并使周围其他设备的精度降低。 3机械伤害压力机在冲压作业过程中，使人员受到冲头的挤压、剪切伤害的事件称为冲压事故。冲压事故发生频率高、后果严重， 是压力加工最严重的危害。机械伤害还包括与其他运动零件的接触伤害、冲压工件的飞击伤害等。 冲压事故分析 1冲压事故的机制压力加工过程是这样的，上模

4、具安装在压力机滑块上并随之运动，被加工材料放于固定在压力机工作台的下模具上，通 过上模具相对于下模具作垂直往复直线运动，完成对加工材 料冲压。滑块每上下往复运动一次，实现一个行程。当上行程 时，滑块向上移动离开下模,操作者可以伸手进入模口区，进行出料、清理废料、送料、定料等作业；当下行程时，滑块向 下 运动进行冲压。如果在滑块下行程期间，人手尚末离开模区时，或是在即将冲压瞬间手伸入楼区，随着冲模闭合手就会 受到夹挤，发生冲压事故。从安全角度分析冲压作业中的物的状态、人的行为以及人物关系可以看到，在冲压作业 正常进行的一个工作行程中， 由于滑决特殊的运动状态-垂直往复直线运动，决定了冲压作业的危

5、险性。有关冲压事故的机制分析如下：（1）危险因素：滑块的往复直线运动形式和上、下模具的相对位置及间距。（2）危险空间：指在滑块上所安装的模具（包括附属装置）对工作面在行程方向上的投影所包含的空间区域，即上、 下模具之间形成的模口区。（3）危险时间：滑块的下行程，而在上行程滑块向上运动离开下模，是安全的。（4）人的行为：脚踏开关操纵设备，手工取工件，放原料。（5）危险事件：在特定时间（滑块的下行程） ，当人的手臂仍然处于危险空间（模口区） 发生挤压、剪切等机械伤害。冲床设备的非正常状态是指设备存在着一定的缺陷或元件故障，例如，刚性离合器的转键、键柄和直键断裂，操纵器的 杆件、销针和弹簧折断，牵引

6、电磁铁的触点粘连不能释放。中间继电器的触点粘连不动作，行程开关失效，制动钢带断裂 等故障，都会造成滑块运动失控形成连冲，而引起人身伤害事故。 2冲压事故的发生频率和后果绝大多数冲压事故是发生在冲压作业的正常操作过程中。统计数字表明，因送取料而发生的约占 38%，由于校正加工 件而发生的约占 20%，因清理边角加工余料或其他异物的占 14%，多人操作不协调或模具安装调整操作不当的占 21%，其2 余是因机械故障引起的。从受伤部位看，多发生在手部（右手稍多） ，其次是面部和脚（工件或加工余料的崩伤或砸伤） ，很少发生在其他部位。 从后果上看，死亡事件少，而局部永久残疾率高。剪切机械的工作原理与压力

7、机类的，其危险主要在加工部位，即剪床的切刀部位。此处一旦出现伤害事故，操作者的手 臂极易致残。 3冲压事故的原因分析冲压事故的原因有：（1）冲压操作简单，动作单一。单调重复的作业极易使操作者产生厌倦情绪。 （2 ）作业频率高。操作者需要配合冲压频率，手频繁地进出模。 。操作，每班癌作次数可达上百次，甚至上千次，精 力和体力都消耗大。（3）冲压机械噪声和振动大。作业环境恶劣造成对操作者生理和心理的不良影响。（4）设备原因。模具结构设计不合理；机器本身故障造成连冲或不能及时停车等。（5）人的手脚配合不一致，或多人操作彼此动作不协调。从上面分析可见，由于冲压作业特点和环境因素等方面的原因，会导致操作

8、者的操作意识水平下降、精力不集中，引起 动作不协调或误操作。大型压力机因操作人数增加，危险性则相应增大。通过技术培训和安全教育，使操作者加强安全意 识和提高操作技能，对防止事故发生有积极的作用。但防止冲压事故单从操作者方面去解决，即要求操作者在整个作业期 间一直保持高度注意力和准确协调的动作来实现安全是苛刻的，也是难以保证的。因此，必须从安全技术措施上，在压力 机的设计、制造与使用等诸环节全面加强控制，才能最大限度地减少事故，首先是防止人身事故；其次是防止设备和模具 损坏 实现冲压安全的对策建议 对冲压安全的措施建议如下：第一，采用手用工具送取料，避免人的手臂伸入模口区；第二，设计安全化模具，

9、缩小模口危险区，设置滑块小行程，使人手无法伸进模口区；第三，提高送、取料的机械化和自动化水平，代替人工送、取料；第四，在操作区采用安全装置，保障滑块的下行程期间，人手处于危险模口区之外。前三项措施，特别是第三项对改善作业条件，减少冲压人身事故无疑是有效的。但它们有局限性，只能保证正常操作的 安全，而不能保证意外情况，即人手伸进危险区时的安全。解决冲压事故的根本措施是在操作区使用安全装置 曲柄压力机组成 根据压力机的传动方式、结构形式及产生压力的方式等不同，可有多种类型。按传动方式不同，可分为机械传动、液压传 动、电磁及气动压力机；按机身结构不同，可分为开式和闭式机身压力机；按产生压力的方式不同

10、，机械压力机又可分为 摩擦压力机和曲柄压力机。机械传动的曲柄压力机使用量最大，是我国工业部门中最基本、最常见的压力机械类型。其中， 中、小吨位开式机身机械式曲柄压力机使用量多，手工操作比例大，相应的事故率也高。本章将重点讨论开式机身机械式 曲柄压力机。曲柄压力机由机身、动力传动系统、工作机构和操纵系统组成。3 1机身 机身由床身、底座和工作台三部分组成，工作台上的垫板用来安装下棋。机身大多为铸铁材料，而大型压力机采用钢板 焊接而成。机身首先要满足刚度、强度条件，有利于减振降噪，保证压力机的工作稳定性。 2动力传动系统动力传动系统由电动机、传动装置（齿轮传动或带传动）以及飞轮组成，其中电动机和飞

11、轮是动力部件。在压力机的空 行程，靠飞轮自身转动惯量蓄积动能；在冲压工件瞬间受力最大时，飞轮放出蓄积的能量，这样使电动机负荷均衡，能量 利用合理，减少振动。有的冲压机利用大齿轮或大皮带轮起到飞轮的作用。 3工作机构工作机构是曲轴、连杆和滑块组成曲柄连杆机构。曲轴是压力机最主要部分，它的强度决定压力机的冲压能力；连杆是 连接件，它的两端与曲轴、滑块铰接；装有上模的滑块是执行元件，最终实现冲压动作。输入的动力通过曲轴旋转，带动 连杆上下摆动，将旋转运动转化成滑块沿着固定在机身上导轨的往复直线运动。 4操纵系统操纵系统包括离合器、制动器和操纵机构。离合器和制动器对控制压力机的间歇冲压起重要作用，同时

12、又是安全保证的 关键所在，离合器的结构对某些安全装置的设置产生直接影响。操纵装置一般采用脚踏开关。 曲柄压力机的工作原理 以J31315型开式压力机为例，其工作原理见图14一1 。电动机1带动皮带传动系统2，3，将动力传到小齿轮 6，通过 6和7，8和9两级齿轮减速传到曲柄连杆机构，大齿轮7同时又起飞轮作用。最本级齿轮9制成偏心齿轮结构，它的偏心 轮部分就是曲柄，曲柄可以在芯轴10上旋转。连杆12一端连到曲轴偏心轮；另一端与滑块铰接，当偏心齿轮9在与小齿 轮8啮合转动时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑块的往复直线运动。上模装在滑块上，下模固定在垫板上，滑块 带动上模相对下模运动，对放在上、

13、下模之间的材料实现冲压。 图141 J31315型开式压力机运动原理图 1-电动机 2-小皮带轮 3-大皮带轮 4-制动器 5-离合器 6-小齿轮 7-大齿轮 8-小齿轮 9-偏心齿轮 10-芯轴 11-机身 12-连杆 13-滑块 14-上模 15-下模 16-垫板 17-工作台 18-液压气垫4在电动机不切断电源情况下，滑块的动与停是通过操纵脚踏开关控制离合器5和制动器4实现的。踩下脚踏开关，制动 器松闸，离合器结合，将传动系统与曲柄连杆机构连通，动力输入，滑块运动；当需要滑块停止运动时，松开脚踏开关， 离合器分离，将传动系统与曲柄连杆机构脱开，同时运动惯性被制动器有效地制动，使滑块运动及

14、时停止。 安全作业区 压力机的安全作业区是指由曲轴的有关强度曲线及其坐标所围成的区域，因此，首先对 曲轴强度进行分析讨论。曲轴是压力机最主要部分，其强度决定压力机够冲压能力。曲轴的破坏，不仅影响生产，而且可能5；发事故。曲轴的主要结构见图142，由支承颈、曲柄颈和曲柄臂组成。在曲柄滑决机构的一个工作循环中，从安装在支承颈一 端的齿轮输入扭矩，曲轴旋转，与曲柄颈铰连的连杆边摆动边上下运动，使滑块沿导轨作上下往复直线运动，将扭矩转化 为滑块的冲压力。曲柄转动一周，滑块上下往复运动一次。当曲柄颈带动连杆运行到最高位置时，滑块处于上死点；当曲 柄颈转动向下运行，曲柄与铅垂线的夹角达到某一值时，实施对工

15、件冲压，然后曲柄颈到达最低位置，滑块处于下死点， 继而上行程，开始下一个工作循环。在曲柄颈冲压瞬间，工件变形力通过滑块和连杆作用在曲柄颈上。 图14-2 曲轴结构及计算简图 1曲轴受力分析曲轴受力情况是暴各国专家对它的强发广并提出个少万法。我国专家根据曲柄受力变形分析必然引起载荷分布指牛如 化的实际情况和实际测定验证曲轴开始受力的瞬间，连杆对曲柄颈的作用力可视为构布载荷（见图143）。受力 后曲轴弯曲变形，且曲柄预中部的变形大干两边的变形，这时，连杆的非均布状态，可以认为它以两个集中的力作用于 曲柄颈的两端属干纳音染的性质(见图 14 2）。曲轴的危险截面在曲柄颈的中部CC截面和支承颈的根部B

16、B截面。 受弯矩和扭矩的联合作用。5 图 14-3 曲轴变形及载荷分布图 (a)曲轴变形情况 (b)曲轴开始变形前瞬间载荷情况(c)曲轴变形曲线 (d)曲轴变形后载荷情况曲柄颈C-C截面，受到的弯短远大于扭矩，可忽略扭矩影响。曲柄颈的强度与几何尺寸有关，与曲轴材料的机械性质有 关，与曲柄的转角无关。支承颈BB截面，受到的扭矩远大于弯矩，可忽略弯矩影响，曲柄扭矩随转角增大而增加。支承颈的强度不仅与几 何尺寸及曲轴材料的机械性质有关，而且受曲柄的转角制 约，是曲柄转角的函数。综合考虑，为使曲轴不破坏，压力机得以正常工作，就必须同时满足曲柄颖和支承颈曲轴强度要求。压力机安全负荷图 表示压力机允许承受的工件变形力与曲轴转角关系见图14一4。由图中可见，当转角小于某一范围时，压力由曲轴曲柄颈 强度决定，为一常量，其强度线是一条直线；当转角大于某一范围，由曲轴支承颈强度所限制，是曲柄转角。的函数，为 一条曲线。压力机允许承受的工作变形力，即曲柄滑块机构允许承受的最大载荷，是由曲轴的曲柄颈和支承颈的强度所限 制的。 图14-4 压力机安全负荷