李曉東, 韓鴻

(中車齊齊哈爾車輛有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161002)

激光自動測距技術(shù)在沖剪設(shè)備安全防護(hù)的應(yīng)用

李曉東, 韓鴻

(中車齊齊哈爾車輛有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 161002)

本文分析了傳統(tǒng)的沖床、剪機、折彎機等設(shè)備安全防護(hù)裝置的弊端，列舉了激光自動測距裝置的優(yōu)越性。為沖床等類設(shè)備的安全防護(hù)提供了全新的思路和手段，值得同行業(yè)推廣使用。

沖床；安全防護(hù)；激光自動測距裝置

1 概述

中車齊齊哈爾車輛有限公司是中國中車的全資子公司。有著80年發(fā)展歷史的國有企業(yè)，建國以來一直是我國鐵路貨車、鐵路起重機的技術(shù)主導(dǎo)單位、制造領(lǐng)軍企業(yè)和產(chǎn)品出口基地；目前擁有行業(yè)領(lǐng)先的研發(fā)實力、行業(yè)最全的產(chǎn)品陣容、行業(yè)最強的制造能力，基本形成了以貨車業(yè)務(wù)為核心、多元業(yè)務(wù)并舉的“三省五地”集團(tuán)化生產(chǎn)經(jīng)營格局。沖壓車間是公司的一個車間，負(fù)責(zé)公司板材、型材的切邊、沖孔、折彎等工藝加工，擁有剪沖壓等設(shè)備352臺套。1999年之前，沖床、剪機、折彎機等設(shè)備(以下簡稱沖剪等設(shè)備)的安全防護(hù)一直是設(shè)備安全防護(hù)的盲區(qū)和死角。由于其極易對操作者的手指造成傷害，因此沖剪等設(shè)備被行業(yè)內(nèi)人士無奈稱之為“吃手”的老虎。我國沖剪等設(shè)備的安全防護(hù)從無到有，極大遏制了沖剪等設(shè)備“吃手”事故的蔓延趨勢，最大程度上保護(hù)了操作者的健康安全[1]。據(jù)統(tǒng)計1999年以前，公司平均每年都會發(fā)生4～5起沖剪壓事故，給公司造成較大損失。1999年后公司投入大量資金，對沖壓車間壓力機加裝光柵保護(hù)裝置，為壓力機安全作業(yè)增加了一道防線，提高了本質(zhì)安全度，扭轉(zhuǎn)了人身傷害事故頻發(fā)的被動局面，職工安全作業(yè)環(huán)境得到了改善。隨著加工種類、數(shù)量激增、技術(shù)進(jìn)步等變化，光柵保護(hù)裝置的弊端也逐漸顯露出來，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到防止事故發(fā)生的作用。2013年公司陸續(xù)淘汰了光柵防護(hù)裝置，在沖床、折彎機等設(shè)備陸續(xù)加裝了激光自動測距防護(hù)裝置，至今未發(fā)生任何事故，徹底遏制了沖剪等設(shè)備生產(chǎn)安全事故，有效保護(hù)了員工健康安全。具有極大的推廣和應(yīng)用價值。

以下我們以沖床、折彎機為例探討傳統(tǒng)光柵與激光自動測距裝置的優(yōu)劣。

2 傳統(tǒng)光柵的弊端

2.1 利用率低

原光柵保護(hù)裝置由發(fā)射器和接收器組成。譬如在沖床沖料正面單人操作時，發(fā)射器與接收器位于正面操作臺左右兩側(cè)，成品料一般從右手左側(cè)滑出進(jìn)入右側(cè)斗子里，極易打壞右側(cè)接收器，而更換打壞的接收器價格又較高，所以操作者在這種情況下，拆除棄用，造成光柵使用率不能貫穿整個作業(yè)過程，造成操作者傷害。

2.2 拆卸頻繁

基于以上原因，當(dāng)從床身左側(cè)上料，右側(cè)下料時，必須恢復(fù)原有光柵設(shè)置，即左面一組，右面一組，造成頻繁拆卸，影響沖床效率的提高。

2.3 調(diào)整費時

重新調(diào)整后，由于光控偏角只為±2.5°，這個小的角度，要求調(diào)整的精度較高，需反復(fù)調(diào)整，才能使發(fā)射器發(fā)出的光被接收器接收。這樣浪費在調(diào)整時期的時間，操作者很是煩惱，因為較多的企業(yè)將計件工作作為主要的薪酬方式，操作者往往不愿在此耽誤較長時間，久而久之，就會當(dāng)管理者不再現(xiàn)場巡視檢查時，操作者棄之不用，躲著管理者，失去了光柵應(yīng)該具有的意義，給事故的發(fā)生留下了隱患。

2.4 抗干擾性差

由于沖床沖料時，力量較大，以400T沖床為例，其沖擊力是400t的力量，造成床身震動，光柵的緊固件發(fā)生松動，或者工作中發(fā)生震動，經(jīng)常發(fā)生偏角大于光控所規(guī)定的±2.5°的參數(shù)，導(dǎo)致設(shè)備誤操作停機，影響生產(chǎn)。

2.5 與模具匹配性差

由于產(chǎn)品類型較多，很多沖床加工的料件不是單一種類，而每一個模具距離操作者手臂的距離不一致，因此必須頻繁調(diào)整光柵的深淺度，以適應(yīng)保護(hù)操作者的需要。而更換模具時，必須暫時拆除光柵設(shè)備，因為更換過程可能撞擊到模具。這兩者帶來頻繁拆卸的情況，也帶來了影響生產(chǎn)效率的問題。

3 激光自動測距裝置的原理及優(yōu)點

3.1 原理

激光器發(fā)射激光，如果線柱被手臂遮擋，激光器內(nèi)繼電器發(fā)生動作，繼電器常閉觸點、常開觸點發(fā)生動作[2]。利用這個信號控制相應(yīng)電氣控制裝置。實際上我們往往不需要無限遠(yuǎn)的光線，譬如，床身正面寬度為5m，一者我們只需控制正面寬度5m內(nèi)操作時進(jìn)出的手臂即可。二者，右側(cè)往往擺放著其他沖床或其他設(shè)備，人員進(jìn)出等其他原因往往造成激光裝置的動作。這時 利用集成光學(xué)控件將發(fā)射出的無限遠(yuǎn)激光的控制區(qū)段限制在要求的5m范圍內(nèi)。只有在5m的范圍內(nèi)遮擋光柱有效，5m以外光線不管如何遮擋，激光自動測距裝置不動作，從而保護(hù)了操作者的健康、安全。

3.2 優(yōu)點

由于激光自動測距裝置只有發(fā)射器，沒有接受器，因此它具有以下幾個優(yōu)點：

3.2.1 利用率高

譬如在正面臺位寬度為5m的沖床上安裝激光自動測距裝置，當(dāng)操作者正面操作時，只需在床身的左側(cè)安裝一個發(fā)射器，這時其光線(多個點位組成的由上而下的光線網(wǎng))向右側(cè)發(fā)射，設(shè)定正面保護(hù)范圍為5m，其與模具正面水平閉合區(qū)域距離為10mm。當(dāng)上模具向下沖件時，如果手掌在5m范圍內(nèi)伸進(jìn)了距離模具正面閉合距離10mm以內(nèi)時，由于手部遮擋了光線，激光自動測距裝置動作，其繼電器輸出信號，切斷模具向下行程的控制電路，沖床停止，從而保護(hù)了操作者的手掌。完成一個沖件過程模具向上運動時，操作者用手或者工具將料件滑進(jìn)右側(cè)的料斗內(nèi)，由于在床身的右側(cè)沒有接收器，所以不用擔(dān)心損壞保護(hù)裝置。顯示其良好的利用率。

3.2.2 避免了頻繁拆卸

由以上工作過程可知，激光自動測距裝置無需頻繁拆卸，當(dāng)不需要另外位置的保護(hù)裝置時，只需將其轉(zhuǎn)動移動不影響工作的位置上即可。

3.2.3 調(diào)整快速

當(dāng)發(fā)生必須暫時拆除激光自動測距裝置時，待需要重新安裝時，只需將防護(hù)裝置安裝在側(cè)面導(dǎo)軌內(nèi)即可，因為它沒有入射角精度頻繁校正的過程。因此，調(diào)整快速、省時。

3.2.4 抗干擾性強

仍然以400t的沖床為例，沖料時，床身發(fā)生震蕩，光柵由于入射角的問題，往往會發(fā)生沖床誤動作，停止。而激光自動測距裝置沒有入射角的問題，即便發(fā)生抖動也不會發(fā)生沖床停止工作及反復(fù)校正的過程。

3.2.5 與機床結(jié)構(gòu)、模具的匹配性強

激光自動測距裝置完全可以適應(yīng)任何機床結(jié)構(gòu)、模具，因為其保護(hù)的范圍只需是模具閉合的范圍內(nèi)即可，無需考慮其他因素。只要將激光裝置從導(dǎo)軌上移動與模具閉環(huán)外沿的距離就可實現(xiàn)與模具的匹配。即使更換模具時，也無需拆除裝置。

4 激光自動測距裝置在沖剪設(shè)備應(yīng)用的實例

傳統(tǒng)的光柵安裝的弊端是在左側(cè)安裝發(fā)射器，右側(cè)安裝接收器。當(dāng)折彎完畢的料件尤其是小件時，向右側(cè)滑行送至右側(cè)料斗時，往往打碎光柵裝置。其他調(diào)整、故障處理弊端不一一贅述。

下面我們以折彎機安裝激光自動測距裝置的應(yīng)用，展示其良好的優(yōu)越性。

我們將激光自動測距裝置固定在折彎機左側(cè)床身，使其與上刀胎一同上下運動?？梢愿鶕?jù)保護(hù)寬度，增減縱向激光點數(shù)。

圖1為激光自動測距保護(hù)裝置電氣控制原理示意圖。

圖1 激光自動測距保護(hù)裝置電氣控制原理示意圖

根據(jù)折彎件的厚度設(shè)定安全防護(hù)范圍，如板厚為5mm的鋼板，其5mm加上手指的厚度，這個高度值就是防止手指在上刀胎向下運動時進(jìn)入上刀胎與下刀胎的防護(hù)距離。激光線柱只需停止這個高度值以下位置遮擋時遮擋即可。

首先，調(diào)整測距儀，使其光線距離上刀胎刃2mm即緊固測距儀。其次，點動折彎機，將上刀胎向下移動，到達(dá)保護(hù)距離的位置停止。按下折彎機控制器的復(fù)位按鈕，數(shù)值自動輸入，控制器通過位移傳感器自動記錄了保護(hù)范圍。最后，啟動折彎機正常作業(yè)。當(dāng)出現(xiàn)折彎機向下折彎動作時，手指伸進(jìn)保護(hù)外圍外，上刀胎正常向下運行，只有在距離下刀胎胎面向上高度值時，光線被遮擋，繼電器發(fā)出信號，串入上刀胎向下運動的控制電路中觸點就切斷了電路，從而保護(hù)了操作者。

5 結(jié)論

從以上光柵與激光自動測距裝置的優(yōu)劣對比，以及安裝實例，可以清楚地看到，激光自動測距裝置能夠滿足沖床等設(shè)備的安全防護(hù)需要，具有良好的推廣應(yīng)用價值。

[1] 王起全.我國沖壓機械傷害風(fēng)險評價分析對策研究[D].北京：首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2004.

[2] 長春齊翔公司.JGS-1-C系列激光安全裝置用戶指導(dǎo)手冊.2012.

2016-08-08；

2016-08-09

李曉東(1972—)，男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，主要從事公司電氣安全監(jiān)察工作。

2095-1671(2016)04-0210-03

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