通过改造，淘汰传统的刚性离合器式冲床

文／赵婷婷·山东理工大学机械工程学院

张振国·山东科汇电力自动化有限公司

通过改造，淘汰传统的刚性离合器式冲床

文／赵婷婷·山东理工大学机械工程学院

张振国·山东科汇电力自动化有限公司

冲床是中小吨位机械压力机的简称。据不完全统计，我国在用的冲床数量高达数百万台，其中大部分冲床采用的是刚性离合器和偏心轮带式制动器结构，这些冲床普遍都存有安全性差、能耗高等缺陷。为了保护劳动者的生命安全，早在1993年和1997年，国家就发布了《机械压力机安全技术条件》和《锻压机械安全技术条件》强制性标准，要求机械压力机应配置一种或一种以上的安全保护装置，但由于刚性离合器式冲床存在着原理上的缺陷，所以这些装置并不能从根本上杜绝安全事故的发生。《中国质量报》在2011年12月16日的一则报道中指出，在工伤断指的高发地珠三角地区，机械压力机是造成断指的主要原因之一。由上述可以看到，虽然国家对冲床安全性的要求是强制性的，但由于企业对刚性离合器式冲床安全性的认识存在盲区，所以安全事故仍时有发生。

刚性离合器式冲床安全事故分析

有关调查表明，在生产企业中，冲床是导致大量断指断手事故发生的主要原因，每年仅珠三角地区因冲床而截断手和手指的安全事故就超过一万起。在政府部门的监督下，虽然生产企业采取了许多措施，如安装红外光栅、双手操作式安全保护装置等等，但这些措施并没有从根本上来解决安全隐患，所以断指断手事故仍时有发生。从源头杜绝安全事故的发生才是彻底解决问题的有效方法。

图1刚性离合器原理

刚性离合器式冲床存在安全隐患的根本原因是：刚性离合器只能在上止点附近脱开（图1），滑块在上止点附近时，关闭器挡住尾板；偏心轮带式制动器只有在上止点附近才能通过偏心轮拉紧摩擦带实现制动（图2），即刚性离合器式冲床只能在滑块位于上止点附近时才能实现制动。

图2偏心轮带式制动器原理

由此造成的安全事故主要分两类，如图3所示。

⑴在安装了红外光栅安全保护装置、双手操作式安全保护装置后，有的操作者误以为可以放心地手动送取工件了，就把手伸进运动中的滑块下，滑块并没有停止运动，这就造成了压手事故的发生。发生此种安全事故的主要原因是，冲床只有在滑块位于上止点附近时才能实现制动，当滑块向下运动时，冲床并不能实现紧急制动，而此时的安全保护装置是不起作用的。

图3刚性离合器式冲床安全事故原因分析

⑵操作者正常停机，离合器在上止点附近脱开，但滑块并没有停留在上止点附近，而是继续运动，此时操作者的手伸进滑块下，从而造成了压手事故的发生。发生此种安全事故的主要原因是，在滑块位于上止点附近时，只有在离合器脱开的同时并且制动器皮带拉紧，滑块才会停留在上止点附近，但制动器皮带拉得过紧会增加能耗且影响皮带寿命，而在长时间磨损后，皮带会变松，从而使得制动力降低，这时，当离合器脱开后，制动器的制动力不够，造成滑块继续运动，而此时的安全保护装置是不起作用的。

综上所述，刚性离合器和偏心轮带式制动器的存在使冲床只有在滑块位于上止点附近时才能实现制动，且制动不可靠，这是造成安全事故发生的根本原因。现有的安全保护装置并不能从源头上杜绝安全事故的发生，人手一旦伸入，便可能发生安全事故；而偏心轮带式制动器在曲柄360°转角范围内始终保持制动，皮带紧则能耗大，皮带松则制动失灵，这给企业带来了巨大的生产难题。

安全、节能的数控改造技术

解决刚性离合器式冲床问题的技术方案（图4）与实施步骤是：

⑴用开关磁阻电机取代原交流异步电机，在原安装交流异步电机的位置，安装同等机座号的开关磁阻电机，该电机以3倍的额定转矩起动，有效地保证了工作能量和工作压力的需求。

⑵拆掉或放松图2中的摩擦带，利用电机尾部的制动器取代原制动器。

⑶保持刚性离合器接合，拆掉关闭器。

方案说明：与现有的各种类型电机相比，开关磁阻电机具有起动转矩大、起动电流小、电流始终沿一个方向流动来提供动力和制动力等优势，且转子既无绕组，也无导体、永磁体，抗冲击性能好，可靠性高，特别适合冲床的工作性能要求，完全满足了冲床滑块的频繁起停工况，且在电机制动和制动器制动的双重制动下（图5），确保了滑块可以在任意位置急停，有效地保证了操作者的人身安全。

图4利用开关磁阻电机改造刚性离合器式冲床

图5安全、节能的数控改造技术

改造后的开关磁阻数控冲床如图6所示。

改造后的开关磁阻数控冲床与原刚性离合器式冲床相比，具有以下几点优势：

⑴安全。开关磁阻电机本身具备制动功能，在安全光栅信号下，电机和制动器双重制动，可确保冲床在滑块位于任意位置时都能够紧急停车，有效地保护了操作者的人身安全。

⑵节能。开关磁阻数控冲床彻底消除了皮带的摩擦能耗和电机空转能耗，滑块停则电机停，节能效果特别明显。

⑶数控。开关磁阻电机本身由数字化系统控制，通过电机的角位移、角速度和角加速度对滑块的位置、速度、加速度进行数字化实时控制，方便了调模试模，有效地稳定了产品质量，避免了模具过载，提高了模具寿命。

图6改造后的开关磁阻数控冲床

结束语

开关磁阻电机及其数控系统技术的出现为传统的刚性离合器式冲床的改造升级提供了方向。相信随着国家节能政策和安全生产强制性文件的实施，会有越来越多的企业采用安全、节能的数控技术改造并淘汰刚性离合器式冲床。