淺談固定式手工凸焊機(jī)防壓手技術(shù)應(yīng)用

沈勇杰，單曉峰

（上汽集團(tuán)上汽通用汽車有限公司，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)了人工安全操作過程中的疏漏。

推手式安全裝置，此類裝置會(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危險(xiǎn)區(qū)，把操作者的手推開，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)。工作過程如下：踩下腳踏開關(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)行程開關(guān)4被觸發(fā)安全回路斷開，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行程開關(guān)安裝支架，7行程開關(guān)，8行程開關(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，（行程開關(guān)觸發(fā)壓桿8和焊接電極壓頭5固定在一起）行程開關(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)類設(shè)備的防護(hù)設(shè)計(jì)基本類似，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)類設(shè)備的運(yùn)作設(shè)置了專門的安全保護(hù)機(jī)制，手工壓機(jī)類設(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題。綜上所述，目前廣泛使用的手工壓機(jī)類設(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。