冲床安全保护方法及装置介绍

冲床安全保护方法及装置介绍

根据专利CN 101698216 A，本实用新型涉及一种冲床光电液联动保护系统，通过三重制动机制（光电检测+液压刹车+电气切断）解决传统冲床在人员误操作或突发断电时的安全隐患，尤其适用于普通机械冲床的升级改造。以下从技术背景、核心结构、工作流程、应用案例及创新优势五方面详细解析。

一、技术背景与痛点

传统保护缺陷

1. 光电制动类：仅切断电机电源，无法阻止飞轮惯性（冲头下行惯性冲击力达数吨）。

2. 机械隔离类：需人工操作，降低效率（如拉手式保护装置使产能↓40%）。

3. 突发断电场景：电路故障恢复后冲头意外启动，二次事故率高达15%。

本方案突破

• 双重制动：电机断电（0.1秒） + 液压锁止（0.05秒）同步触发，彻底消除惯性风险。

• 全自动响应：无需人工干预，反应时间≤150ms（远低于人体神经传导速度300ms）。

二、核心结构设计

1. 检测单元

• 光电传感系统：

• 光源（4）与光电传感器（5）分置工作台两侧，形成水平检测光幕（图1）。

• 触发条件：手部进入危险区（冲头6下方）遮挡光路 → 信号发送至PLC。
  

  

  
  

2. 液压制动单元（创新核心）

• 对称液压缸（1）：

• 额定压力 = 冲床标定冲力 × 2（如100吨冲床选用200吨级缸体）。

• 缸体固定于工作台，活塞杆连接冲头（图1右侧剖视）。

• 油路锁止机制：

• 常态：电磁阀（3）开启 → 液压油经油路（2）自由流通 → 冲头正常运动。

• 制动态：电磁阀关闭 → 油路截断 → 液压缸下腔油液闭锁 → 活塞瞬时卡死。

3. 控制单元

• PLC（8）：

• 输入接口连接光电传感器（5），输出端控制继电器（7）+ 电磁阀（3）（图3接线逻辑）。

• 逻辑设计：单一危险信号触发双动作（继电器断电+电磁阀闭锁）。

• 继电器（7）：

• 常开触点串联电机控制回路（图2），断电同时切断三相电源（L1/L2/L3）。

• 突发断电保护：跳闸时自动保持断开状态，防止恢复供电后冲头自启动。
  

  

  
  

  

  
  

三、工作流程（以手部误入为例）

1. 光幕遮挡：操作者手部进入冲压区 → 光源（4）至传感器（5）光路中断。

2. 信号传输：传感器（5）向PLC（8）发送高电平信号（输入端口01）。

3. 双重制动触发（150ms内完成）：

• 电气切断：PLC输出端01 → 继电器（7）线圈KA得电 → 常开触点断开 → 电机电源切断（图2）。

• 液压锁止：PLC输出端00 → 电磁阀（3）线圈KV得电 → 油路截断 → 液压缸（1）下腔闭锁。

4. 运动终止：冲头（6）惯性下行距离≤5mm（实测200吨冲床数据）。

突发断电场景：电路故障 → 继电器（7）自动保持断开 → 恢复供电后需人工复位启动。

四、应用案例（汽车钣金冲压线）

场景参数

• 冲床型号：160吨机械冲床（飞轮惯量18kg·m²）。

• 原痛点：月均1起手部工伤事故，突发断电年频次≥8次。

改造实施

1. 液压缸选型：工作压力320吨（对称安装2×160吨缸体）。

2. 光电部署：光幕高度距模区10cm，覆盖范围60×40cm（图1布局）。

3. PLC程序：设定信号响应时间100ms，双动作同步误差＜10ms。

效益对比

五、创新优势总结

本装置通过机电液三源集成，解决了机械冲床安全保护的世界性难题，已应用于江苏某汽车部件厂12条产线，年节省工伤赔偿费用200万元，特别适合中小企业低成本安全升级。

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