1、液压机安全防护技术现状分析

在液压机升降动梁板带动模具完成产品成型加工的过程中，非常容易发生操作者被动梁板压伤甚至致残的安全事故，配备防压手的安全保护装置是企业防范液压机发生人身意外事故的必备措施。

国内外的液压机安全保护技术研究已有很长的历史，制造了机械式和控制式两大类多种形式的安全保护装置。

1.1机械式安全保护装置

机械式安全保护装置通常采用拉手推手和摆杆3种形式。

拉手式安全装置通常采用柔软材料制成的拉手绳索，将液压机动梁板和操作者手腕连接在一起，从而约束操作者双手自由动作。当动梁板下降时拉手绳索可将操作者的双手强制拉出危险区域，从而防止双手压伤事故发生。

摆杆式安全装置一般在与动梁板联动的构件上安装有橡皮杆子，动梁板下行时带动橡皮杆子运动，将操作者双手强制拨出危险区域，从而达到安全保护的目的。

推手式安全装置在模具的前方安装推手板，液压机动梁板升降时带动推手板往复运动。动梁板下降时，推手板由内向外运动，操作者双手被推离液压机危险区域。

上述几类安全装置均在操作者和模具之间设置了运动的机械物体，既影响操作者的视线，容易引起操作者疲劳，也降低了工作效率和舒适性。

1.2控制式安全保护装置

控制式安全装置通常采用电气联锁的方式控制动梁板的上升和下降，有光电式、电容式和双手操作式等几种形式。

光电式安全装置的发射器和接收器形成了一道光幕，将工作区分隔成安全区域与危险区域。当操作者进入危险区域时，光线被阻断，控制器发出的信号经放大后切断动梁板运动控制电路，使液压机停止运行。

电容式安全装置在安全区域与危险区域之间设置了对地构成一定电容量的电容器，作为敏感元件检测人体与危险区域的距离。操作者工作时与电容器的距离会随时变化，其对地电容量也随之变化。安全装置控制器不断地将动态电容量与设定的安全电容量进行比较，从而控制动梁板的运动与停止。

双手操作式安全装置通过电路设计，使动梁板只有在两个相距较远、处于安全区域的按键同时按下时才能下降，任意一个按钮松开时动梁板立即停止运行，迫使操作者的双手必须同时接触按钮，从而保证液压机向下运行时操作者不可能处于危险区内。

控制式安全装置采用了不影响视线和操作的光束磁场或电场等控制信号，克服了机械式安全装置的缺点，具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰性能强等优点，但在污染比较严重的液压成型加工现场，易产生振动移位、污染物遮蔽光线接地电阻变化等问题，不能保证长期运行的可靠性。

综上所述，目前常见安全保护装置尚不能绝对防止液压机伤手事故的发生，需要设计一种融合多种安全保护技术、能够完全杜绝事故的液压机防压手安全装置。

2、液压机防压手安全装置的设计

大量的伤人致残事例表明：液压机动梁板下降时人的身体的一部分没有及时撤离危险区域是其发生的根本原因。液压机防压手的安全保护装置只需能够确保在动梁板正常下降时，强制身体各部分主动撤出危险区域;在操作者手部处于危险区域进行工作时，杜绝动梁板因机械、电气或其他偶然因素发生下降的可能性，就可以实现液压机的长期安全可靠运行。因此，按照主动撤离、强制阻止和助力操控的设计思想研制了本文所述的液压机防压手安全装置。

2.1主动撤离

常见安全保护装置中除双手操作式外，人的手腕均是被动地推离危险区域，能否及时撤离完全取决于安全装置是否正常运行，一旦失效伤人致残事故就难以避免。在正常运行过程中，如果操作者注意力不集中，机械式的手腕绳扣、摆杆等还会给操作者带来其他形式的伤害。因此，液压机防压手安全装置采用了双手操作模式，通过拉动操作杆接通电路的形式控制动梁板的正常下降，实现人体的主动撤离。

2.2强制阻止

双手控制式安全装置能够通过控制电路的通断来阻止动梁板的非正常下降，但在电气元件失灵的情况下，没有强制阻止动梁板下降的机构，仍然不能其保证长期安全、可靠运行。液压机防压手安全装置在动梁板下附加了支柱式机械支撑，确保液压机在防压手装置的机械、电气控制元件均失效的情况下，强力阻止动梁板非正常全程下降，使上下模具不能完全合拢，给操作者留出足够的安全空间。

2.3助力操控

要实现人体主动撤离、非正常下降的强制阻止，防压手安全装置的操纵部件必然是手动机械结构，需要操作者施加足够的操纵力方可完成液压机动梁板的运行操控。长时间的高强度劳动容易导致疲劳，降低生产效率。本装置采用了弹簧或机械配重平衡结构，在保证操纵部件自动复位的前提下，实现助力轻便操作。

3、液压机防压手安全装置的结构与应用

3.1结构组成及功能

本文所述的液压机防压手安全装置结构如图1所示，由底板、底座、滑块、支撑柱、墙板、拉杆、上台板、压条、弹簧(大型液压机安全保护装置采用配重平衡机构)、前后定位杆、前后支承板和行程开关等部分组成。

滑块可在由上台板、墙板、压条围成的滑道中前后滑动，起始状态的滑块在弹簧或配重平衡机构的作用下，将底座中的支承柱通道遮蔽，与动梁板固定联接的支撑柱不能通过通道向下运动，从而强制阻止动梁板非正常全程下降。操作者拉动拉杆带动滑块移动时，底座中通道打开，支撑柱能够自由通过通道升降，保证液压机的正常使用。

在上台板正对滑块前面的位置上安装了控制液压阀通断的行程开关，滑块与手动拉杆连接，拉杆上套有复位弹簧。起始状态下行程开关脱开，控制电路处于切断状态。操作者向外拉动拉杆，带动滑块前进压紧行程控制开关后，液压机下压的供油电磁阀接通，动梁板下降。

液压机防压手安全装置设计有由螺杆制作的前后定位杆，拧动螺杆调节定位杆伸出长度，控制滑块运动范围，保证滑块在复位时能够完全遮盖底座中的支撑柱升降通道，同时使拉紧时触压行程开关的力量合适，实现液压机电磁阀控制线路的正常工作。

3.2关键零件的设计

防压手安全装置的主要受力部件为支撑柱、滑块底座和底板。支撑柱在异常情况下需要承受动梁板的自重、上模自重和液压系统提供的成型压力等载荷。支撑柱的高度为最小不压手开模高度加上模具上模板的厚度。支撑柱是一种一端固定、一端自由的压杆，压杆长度系数μ=2，其主要破坏形式为压杆失稳。本装置的支撑杆为小柔度杆，允许的柔度应小于材料屈服极限对应的柔度λs优质碳素钢制作的支撑杆λs=60，圆截面压杆柔度计算公式如下：

式中：L，为支撑柱的长度。

根据式(1)，可以计算得支撑柱的直径d应大于0.14倍支撑柱长度。

滑块可视为一种矩形截面的简支梁，其主要破坏形式为弯曲正应力过大。承受的最大载荷与支撑柱上承受的载荷相同，支座跨度即为通道的长度，按简支梁弯曲应力进行设计，即可计算出滑块的最小厚度。滑块宽度应略大于通道的宽度，以便完全遮盖;滑块总长度根据模具的大小计算。

3.3绝对防压手功能的实现

在液压机上实际使用时，需要在模具的左右两侧布置两套防压手安全装置，底座固定在液压机的下梁板上，支撑柱与液压机动梁板的下面联接，且支撑柱的轴线应与底座通道中心对齐。零件成型加工时，操作者将毛坯放进模具后，双手分别握住左右两套防手压安全装置的拉杆，同时拉动滑块使之向前滑动，打开底座的通道，并直至两套安全装置的滑块均正常触动各自的行程开关。

当两侧行程开关均保持正常接合状态时，串联的行程开关电路才能接通电磁阀，驱动液压机的动梁板下压工作。在行程开关处于接合状态时，底座中的两个通道完全打开，两支撑柱可随动梁板的下压插入底座的通道之中，完成零件成型加工。若只有一套行程控制开关接通，串联电路无法接通电磁阀电路，液压机的动梁板不会下压工作;若液压机发生机械或电器故障、行程开关因熔接发生常闭故障、或因操作者疲劳发生误操作时，只要其中一套安全装置的滑块未被拉开而阻挡在底座通道的上方，与该通道对应的支撑柱就会支撑在滑块上阻止动梁板下压，即能确保操作人员的人身安全。

3.4轻便操作机构的设计

对于小型液压机，承受的载荷不太大，滑块的厚度和体积均较小时，采用弹簧复位即可。对于大型液压机，与之相配的滑块较大，则需要在滑块后面连接-套由钢索、滑轮和配重块等构成的重力复位机构，并进行前后配重，保证操作者可以助力操纵，能确保安全复位。

本文介绍的液压机防压手安全装置，通过两套安全装置的机械联动以及与控制电路的串联联动，牵制了操作者的双手动作，只有在双手拉动安全装置的情况下，才能接通电磁阀驱动液压机动梁下压，实现了人手主动撤离危险区域的目的;利用支撑柱的机械支撑，以及行程开关与安全装置的联动，杜绝了操作者在危险区域进行上料操作时，动梁板突然下压的可能性，实现了液压机的长期安全可靠运行。

注：本文由机哥整理自《重型机械》年第2期，作者刘晓红、刘军毅等。