CN1069264C - 改进型安全压力机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种安全压力机控制系统，包括滑块状态传感器、光电传感器、操纵状态传感器、电机状态传感电路和紧急制动机构、驱动机构及控制电路，其特点是全系统各部件按照安全、方便、长寿价廉的原则进行了优化协调设计，实现了实用产品化的设计目标，可用于已有刚性离合器普通压力机的改造，新机床制造的更新换代，还可用于剪板机、折弯机上。

Description

改进型安全压力机控制系统

本发明属于将刚性离合器普通压力机实现本质安全化的操作控制系统。

近十年来，为实现普通压力机的本质安全化改造，本发明人提出了一系列需要攻克的技术问题，先后完成了多项专利申请：1995年3月15日公开的、公告号CN1100031、申请号93111735.6《安全压力机快速制动法及转键离合器制动机构》的发明专利，推导出安全制动的理论设计公式及其实施的具体方案；1990年12月5日公告的、公告号CN1010706B、专利号87105910《刚性离合器安全压力机控制装置》的发明专利，设计了协调整机操作运行的控制电路；1994年7月13日公告的、公告号CN2171476、专利号ZL93237592.8《安全压力机用制动驱动机构》的实用新型专利，解决了快速强力制动用的电磁铁驱动装置；1994年7月13日公告的、公告号CN2171432Y、专利号ZL93237593.6《安全压力机用光电传感器》的实用新型专利，实现了快速、小型、方便、价廉、通用的光电传感器设想方案。这些措施合在一起，基本上实现了压力机本质安全化的设计构思，但样机的运行实验情况表明，该方案尚存在不完善之处，不能完全满足生产实践的要求，主要有以下七个方面：

1、抗电磁干扰的能力不够。在较大吨位的压力机应用时，大功率操纵电磁铁释放瞬间有时会发生误制动，不符合方便性的要求。

2、逻辑编排不够方便，增加了操作手续，如每次清零或刚转换到单次程序时，要求操作者在数秒钟内完成传感器的检测工作，否则会自动报警关机，使不太熟练的操作者手忙脚乱。

3、保护功能尚不够全面。如校模时只管关断电机电源，若飞轮仍在惯性转动时启动滑块，还可能下冲而不制动；在工作过程中若紧急制动停在下死点附近时，防误恢复工作的功能不可靠。

4、强电控制部分选用的继电器与电子电路不协调，有时发生误报警停机故障。

5、对较大吨位压力机的运行特点考虑不周：若在滑块上升期间发生紧急制动，因机床原有制动机构为单向带式机构，不能阻止滑块下滑，因此发生滑块带动曲轴反向旋转，使被紧急制动机构脱开的转键，重新回到与飞轮啮合的位置，从而带动滑块上升，但马上又被脱开，再下滑……由此产生强烈的机械振荡。这种振荡撞击在630KN的压力机上可以达到惊心动魄的程度，也极易损坏机件，是绝对不允许的，必须完全消除这种状况的发生。

6、制动驱动机构因要求响应时间很短，衔铁运动加速度达14g，与挡铁相撞时速度达到2～4米/秒，远远超过了材料承受能力，寿命只有数万次，不能满足可靠工作三万小时的指标。

7、光电传感器只有直射式的“矩形”光幕，在加工大型板件时或必须用手扶持工件定位的小型铆压工作时，仍不便设置光幕，有时甚至不能使用光幕保护功能。

本发明的目的在于避免上述现有技术存在的不足之处而提供一种对全系统各部件进行优化谐调设计，达到安全、方便、长寿、价廉的产品化要求的改进型安全压力机控制系统。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种安全压力机控制系统，包括滑块状态传感器、光电传感器、操纵状态传感器、电机状态传感电路和紧急制动机构、驱动机构、制动器及控制电路，其特征是：

a、控制电路的改进：

滑块状态判别电路Ⅰ中，由14号或门DH₁₄、14号与门DY₁₄将2号施密特触发器DS₂、2号非门DF₂和“清零”发来的信号进行组合后对1号触发器D₁进行电平式“置1”触发，同时将“清零”信号引入1号施密特触发器DS₁的与门输入端，确保2号触发器D₂的触发逻辑不变；操作状态判别电路Ⅱ中，用短路线取代由3号电容器2C₃、7号二极管2V₇、7号电阻器2R₇组成的5号触发器D₅对6号触发器D₆的“置1”触发线路，去除7号触发器D₇触发线路中的4号、7号、8号三只电容器2C₄、2C₇、2C₈而直接连接信号；直流固体继电器AK₁中，将由5号电容器8C₅和7号电阻器8R7串联的充电电路并联在5号电阻器8R₅两端；手物位置判别电路Ⅲ中，将模拟开关CC4052的第二组1号输入端Y₁接2号与门DY₂发来的滑块位置信号；操作状态判别电路Ⅱ中，6号触发器D₆的“置0”改为由19号连线X₁₉接电机通电状态电路发来的“关断”信号触发，用6号触发器D₆的“零信号”通过8号与门DY₈将8号触发器D₈置1，从而控制光电信号的通路；将3号、4号触发器D₃、D4的置0信号改为由5号与门DY₅、15号与门DY₁₅经15号或门DH₁₅组成的逻辑线路发送，15号与门DY₁₅接受7号与门DY₇通过21号连线X₂₁发来的光电信号和模拟开关CC4052的第一输出端X通过22号连线X₂₂发来的信号；手物位置判别电路Ⅲ中，将由19号或23号连线X₁₉/X₂₃发来的电机状态信号，经由一号稳压管3V₁,11号电阻器3R₁₁,2号三极管3V₂，12号、13号、14号电阻器3R₁₂、3R₁₃、3R₁₄,4号电容器3C₄组成的反相延时电路引入模拟开关CC4052的第二组0号输入端Y0；电机状态信号有两种发送方式：在单飞轮机床上由接于两相线的传感电路发送，该电路由22号二极管9V₂₂、11号电阻器9R₁₁、8号电容器9C₈、12号电阻器9R₁₂和光电偶合器9V₂₃的发光二极管端组成高压取样电路，由光电偶合器9V₂₃的三极管端和13号电阻器9R₁₃、24号稳压管9V₂₄、25号三极管9V₂₅、14号电阻器9R₁₄组成低压反相发送电路；在双飞轮机床上，由零转速继电器18发送；在紧急制动判断电路V中，将由2号光电偶合器6V₂发出的驱动机构自锁信号经10号反相器DF₁₀反相后，引入6、7号或门DH₆、DH₇组成的紧急制动判断门；

b、滑块状态传感器的改进：

滑块状态传感器由随机床主轴19旋转的永久磁铁ZT、装有干簧管组5的塑料固定盘2、位于磁铁ZT和固定盘2之间的铁质隔磁片1组成；隔磁片1的覆盖角度为220°左右，固定盘2可绕中心调整适当角度；干簧管组5包括两个分干簧管组XB₁和XB₂，它们分别通过双色二极管3的红色和绿色发光二极管接于0V电源上；

c、操作电路及稳压电源的改进：

1号继电器K₁为脚踏开关J_K的触点扩展继电器，其1号常闭触点K_1-1控制2～4号继电器K₂、K₃、K₄的电源，2号常开触点K_1-2控制2、3号继电器K₂、K₃的电源，3号常开触点K_1-3向操作状态判别电路Ⅱ发送脚踏状态信号；脚踏开关J_K在电磁铁操纵的机床上就用原来的脚踏开关，在机械踏杆操纵的机床为新增的与拉杆同步驱动的行程开关；2号继电器K₂接受全部控制功能去推动2号交流接触器KM₂，从而控制操纵电磁铁YB₁,2号继电器K₂的线圈上串接有负温度系数的10号热敏电阻器9R₁₀，以保证在低气温时也能快速释放；3号继电器K₃为与2号继电器K₂同步动作的延时吸合继电器，其触点K₃与2号继电器K₂的第三触点K_2-3串联后去控制驱动机构的解锁线圈YB₃；由9号电阻器9R₉、6号电容器9C₆、19号稳压管9V₁₉、18号三极管9V₁₈组成3号继电器K₃的延时吸合电路；4号继电器K₄为接受光控继电器J₁、报警继电器J₂、防失控继电器J₃、脚踏控制的1号继电器触点K_1-1控制的并通过其自身常开触点K_4-1自保的误操作记忆保持继电器；由15号二极管9V₁₅、7、8号电阻器9R₇、9R₈、5号电容器9C5、17号三极管9V₁₇组成单次动作电路；由4号继电器的第二个常开触点K_4-2、拨动开关的第二刀SA_1-2、17号三极管9V₁₇、1号继电器的第二常开触点K_1-2、4号按钮开关SR₄、2号继电器K₂的第一触点K_2-1组成2、3号继电器K₂、K₃的程序转换控制电路；由14号二极管9V₁₄、3号拨动开关的第一刀SA_3-1、13号三极管9V₁₃组成2～4号继电器K₂～K₄的供电回路；5号继电器K₅为报警时关断电机电源的隔离继电器；6号继电器K₆为报警时切断驱动制动电磁铁YB₂供电电源的隔离继电器；1号～6号继电器K₁～K₆均选用小型低压直流中、大功率继电器；电感线圈9L₁、1号二极管9V₁、6号继电器常开触点K₆、1号电容器9C₁组成制动电磁铁YB2的驱动电源；固体继电器AK₁为紧急制动时制动电磁铁YB₂的驱动继电器；3号电阻器9R₃、5号光电偶合器9V₅、1号、2号电阻器9R₁、9R2、2号电容器9C₂、4号触发二极管9V₄、3号可控硅9V₃组成报警或断电时制动电磁铁YB₂的驱动固体继电器；电感9L₁保证6号继电器K6触点在吸合抖动期间无火花；由3号电容器9C₃,9号稳压管9V₉、6号、8号、10号、11号、12号二极管9V₆、9V₈、9V₁₀、9V₁₁、9V₁₂、7号光电偶合器9V₇，4号、5号电阻器9R₄、9R₅组成6号继电器K₆的触点零电流关断电路；由2号继电器的第三触点K_2-3、3号继电器触点K₃、1号行程开关的第一刀SQ_1-1,20号、21号二极管9V₂₀、9V₂₁组成解锁电磁铁YB₃的半波解锁供电电路；稳压电源为+24V和+12V两级串联电源，其中7号电容器9C₇的容量保证在断电后1.2秒时全系统的控制电压仍不低于+4V；

d、提高制动驱动机构的寿命：

将主挡铁20和付挡铁23分别均用螺钉7、垫柱8和弹簧9浮动固定，以缓和衔铁吸合时对它们的撞击；将制动线圈21和解锁线圈24均用硅橡胶或类似胶合物粘固在它们的型腔22内，以避免撞击镩动；

e、光电传感器的改进：

将投光器和受光器壳体中的光栅板改为带有透光孔12的可拆卸光栅板11，装上光栅板，就是直射式光电传感器，拿掉光栅板，就是反射式光电传感器，反射式光电传感器用大型工件的平面或机床工作台面作反射面。

以下结合附图对本发明作进一步阐述。

图1、本发明滑块状态判别电路Ⅰ和操作状态判别电路Ⅱ；

图2、本发明手物位置判别电路Ⅲ、防误启动判断电路Ⅳ、清零电路和工件选择电路；

图3、本发明紧急制动判断电路Ⅴ、直流固体继电器AK₁；

图4、本发明紧急制动驱动电路、操作电路、低压直流稳压电源；

图5、电机通电状态传感电路；

图6、电机运行状态传感电路；

图7、滑块状态传感电路；

图8、滑块状态传感器结构示意图；

图9、制动驱动机构示意图；

图10、光电传感器壳体结构示意图；

图11、光电传感器光栅示意图；

图12、反射式光电传感器应用方式示意图；

图13、整机改装结构示意图。

图1～图7中，凡87105910.X专利中已作说明而本发明仍采用部分的符号及含义，均与原来相同。图1～图3，为方便阅读，用细线绘制原专利已有的图形，略去本发明未作变动并且未提及的字符，用粗线绘制本发明增加或改动的部分，增加的元件和连线编号按原有顺序依次编排。原图6未作变动，此处略绘。

为便于阐述本发明的目的和作用原理，以下不按图号顺序而按解决问题的类型进行编写。

增强抗干扰能力和电路可靠性：

1、根据工作情况观察分析，抗电磁干扰能力不足的原因，主要是原方案中D₁、D₆、D₇三个触发器中有微分式触发线路，本方案根据具体情况分别作以下改进：

将由1C₅、1V₂、1R₁₀组成的D₁置1线路改为由或门DH₁₄、与门DY₁₄对DS₂、DF₂和“清零”发来的信号进行组合后对D₁进行电平式触发，同时将“清零”信号引入DS₁与门，确保D₂的触发逻辑不变。

用短路线取代由2C₃、2V₇、2R₇组成的D₅对D₆的置1触发线路。

去除D₇触发线路中的2C₄、2C₇、2C₈三只微分用电容器而直接连接信号。

2、原方案的AK₁固体继电器，为一般教科书和手册上均介绍过的电容式关断线路，优点是成本低、体积小，但缺点是不能保证100％的关断率，会出现制动时因未及时关断YB₂线圈的电流而报警停机故障。原因是8R₅阻值较小时不能保证8V₅自动关断，为下次工作做准备；而8R₅阻值较大时不能保证较短时间内将8C₃充至足够高的电压。本方案将8R₅取较大值，同时并联一个由8C₅和8R₇串联的充电电路，8C₅的容量为8C₃的3倍以上，8R₇取数K欧姆，就完全避免了上述缺陷，将YB₂通电时间缩短至20ms左右也能可靠关断。

操作方便性和保护功能的改进：

1、将CC4052的Y₁输入端由原接零改为DY₂发出的滑块位置信号，以便在“单次程序”时在AB区内增加模拟照亮信号；去除“手动清零”信号对双稳态触发器D₆、D₈的触发，改为D₆由图5所示的电机通电状态传感线路发来的电机“关断”信号置零，用D₆的“零信号”将D₈“置1”，从而关闭光电信号的通路DHF₆。这样，就实现了开机时允许操作者从容地进行“脚踏”和“光电”两信号检查，不会出现误报警故障。并且，在正常工作过程中，若发现紧急情况，可用图4中所示的电机关断钮SB₂进行紧急停机，此时只在滑块位于BD区时才会制动，避免了原方案用SB₁作急停时可能会在滑块上升中制动的振荡现象。

2、原方案对机械踏杆操作的机床，当在CD区内产生制动，滑块停在D点之下时，若手遮光时踏下脚踏，会因D₃被置0引起D₁被置1，从而被认为处于“安全区”，解除制动状态，这是一个严重的事故隐患。本方案将D₃、D₄的置0信号改为由DY₅、DY₁₅、DH₁₅组成的逻辑线路发出，工作原理为：与门DY₁₅接受DY₇发来的光电信号(X₂₁)和CC4052X端发来的程序信号(X₂₂)，当前述情况发生时，X₂₁、X₂₂均为1,DY₁₅输出1，由或门DH₁₅关闭DY₅发出的置0信号，整机就会保持制动状态不变；只有当照亮后，X₂₁为0,DY₅发出的置0信号才对D₃、D₄起作用；X₂₂的作用是在校模程序时令DY₁₅为0，以保证可随时解除制动状态。

3、原方案在校模程序，光电信号被认为一直在照亮状态而不制动，虽然此时整机线路会自动关断电机电源，但若飞轮惯性转动时踏下脚踏，仍会发生伤人事故。为消除这一隐患，本方案将电机状态信号经由3V₁,3R₁₁,3V₂,3R₁₂,3R₁₃,3C₄,3R₁₄组成的反相延迟电路引入CC4052的Y₀端。这样，当电机未停时，Y₀为0,Y亦输出0，便不会发生无保护的隐患，只有当飞轮接近停止后，Y₀才为1，才能进行校模操作。3R₁₃、3C₄组成的延迟电路，将信号的变化延缓3～4秒钟，以方便在大型机床上可用点动电机的方法令滑块运动，减轻劳动强度。

该处的电机信号有两种发送方式，一是在160KN以下的小型单飞轮机床上，因飞轮惯性较小，断电数秒已不足以带动飞轮下冲，故该信号可直接引自图5的X₁₉，以降低成本；另一种是在250KN以上的双飞轮机床上，因飞轮惯性转动可长达数分钟，该信号应引自图6的X₂₃，图6中的零转速继电器18采用LJ₂型零速继电器或相似产品。图5中，相线1和相线2分别接电机线圈的任两相电源线，经9V₂₂整流点亮9V₂₃的二极管，9C₈为滤波电容，9R₁₂为限流电阻，9R₁₁为9V₂₂的保护限流电阻9R₁₃、OR₄、9V₂₄、9V₂₅组成9V₂₃三极管端信号的反相电路。该电路的参数设置原则为9C₈,9R₁₂要保证X₁₉端在电机通电期间保持高电平输出，在电机断电后30～50毫秒左右开始输出低电平。

4、为避免清零键SB₅长时间被按下使全机一直处于清零状态而不能投入工作，本方案采用3C₅与SB₅串联后与3C₆并联的清零信号产生方式，3C₅的容量应大于3C₆的二倍。

5、为完全消除不必要的制动动作，本方案将由6V₂发出的制动驱动机构自锁信号，经DF₁₀反相后引入DH₆、DH₇两紧急制动判断门。只要驱动机构未被解除，就不会发生制动信号。

6、滑块状态传感器电路中，CD约为45°～50°,BC为5°～10°,AB区在大型机床上冲裁作业时约为110°，在小型机床上拉深作业时只有30°左右，则GAD(干簧管布置区)应有175°左右。若不加改进，会有以下情况发生：在小型机床上引伸作业时，GA可达30°～80°，单次程序时将会出现滑块上升过程中紧急制动，在冲裁作业时，又可能DE区小于20°以下，有可能在紧急制动时滑块停在超过E点开始上升的位置，这两种情况均会出现前面提及的机械振荡现象。为消除这一缺陷，本方案设置一个与床身相对固定的铁质隔磁片1，放置在固定干簧管组5的塑料固定盘2和固定在主轴19端面的磁铁ZT的旋转平面之间，覆盖固定盘的范围为PFG区间(约220°)，安装时应将GA调定为10°左右(PE大于50°)。为方便调整，隔磁片1和固定盘2上均在适当位置开一个160°左右的环形槽，它们的中心均在同一个可转动的轴销上；干簧管组XB₁和干簧管组XB₂分别通过红色和绿色发光二极管3接到0V上，二极管3当ZT位于GAB区时发红光，ZT位于CD区时发绿光。这样，就为简便可靠地设置该传感器的正确工作位置提供了充分的条件：校模时，将滑块下滑，令冲头停在适当的安全高度上(目测)，然后松开螺钉4，轻轻转动固定盘2，根据指示灯3确定D点的位置：图8中，若顺时针方向转动固定盘则绿灯熄，逆时针方向转动则绿灯亮，该转换点既是电路上需要的D点位置，紧固螺钉4，调整即告完成。

操作电路及稳压电源的改进：

图4中，SA_1-2,SA_1-3与判别电路Ⅲ中SA_1-1为同一只程序转换开关；SA_3-1,SA_3-2,SA_3-3为另一只用于“应急”和“保护”的转换开关；J_K，在电磁铁(YB₁)操纵的机床上为脚踏开关，在机械踏杆操纵的机床上为与拉杆同步驱动的行程开关；J₁为防误启动电路中的J₁继电器触点；J₂、J₃继电器(87105910.X图6)触点；K₁～K₆均为小型灵敏中大功率的低压直流继电器。

操纵电路Ⅶ：

1、电机控制电路：由J₂,J₃控制的继电器K₅和转换开关SA_1-3,SA_3-3组成本系统的安全操作电路，从M、N点接入原电机操纵交流接触器KM₁电路。

2、离合器操纵电路：K₁为脚踏开关J_K的触点扩展继电器，其触点K_1-1,K_1-2控制K₂～K₄。K_1-3向操作状态判别电路输出脚踏状态信号；K₂为接受全部控制功能去推动交流接触器KM₂的隔离继电器，串联的9R₁₀为负温度系数的热敏电阻，作用是保证在低气温时K₂的释放速度符合要求；K₃为与K₂同步动作的延时吸合继电器，其触点与K_2-3串联后控制驱动机构的解锁线圈YB3，其作用是防止在AB区内误踏而发生制动时在K_2-3上产生火花，9R₉,9C₆,9V₁₉,9V₁₈组成K₃的延时吸合电路。K₄为误操作记忆保持继电器，动作原理为：未踏下J_K时，经J₂,J₃,J₁,K_1-1,9V₆供电，K₄吸合，K_1-1断开，经K_4-1,9R₅通电维持吸合状态，若在踏下期间被挡光，则J1断开，随之K₄断开，只要J_K不放松，K₄在J₁恢复吸合后也保持断开状态，这样就不会因误踏或J_K常通故障引起误启动滑块的事故。9V₁₅,9R₇,9R₈,9C₅,9V₁₇组成单次动作电路，原理为：未踏下对经K_1-1,9V₁₅向9C₅充电至24V；踏下后，9C₅向9V₁₇提供基极电流使其导通，推动K₂和K₃，同时9C₅亦通过9R₇,8放电，因K_1-1已断开，故9V₁₇的导通状态只能维持一段时间，该时间长度可调整9R₈，使其适应不同频率的机床，确保只冲一次即停。K_4-2,SA_1-2,9V₁₇,K_1-2,SB₄,K_2-1组成K₂和K₃的程序转换电路。在“应急”状态时,K₂～K₄通过9V₁₄供电，9V₁₃防止在正常开机状态转换到“应急”时，24V电源经J₁～J₃触点反向输给低压系统。

制动驱动电路Ⅷ：

由9L₁,9V₁,K₆,9C₁组成制动用直流高压储能电源，电感9L₁的作用为防止K₆吸合时触点抖动期间产生火花烧蚀。

AK₁为图3中的紧急制动用直流固体继电器。

9R₃,9V₅,9R₁,9C₂,9V₄,9V₃组成报警用直流固体继电器。

9C₃,9V₉,9V₆,9V₇,9V₉,9R₄,9R₅,9V₁₀,9V₁₁,9V₁₂组成继电器K₆的触点零电流关断电路，作用是保证K₆在报警被关断时，其触点断开时间总在供电电压的负半周内，电流为零而不出现火花。

9V₂为YB₂的反压释放二极管。

K_2-3,K₃,SQ_1-1,9V₂₀,9V₂₁组成驱动机构中YB₃的解锁电路。

稳压电源Ⅸ：

经过以上全部改进后，本文开头提出的电路问题已基本解决，但还存在一个若在滑块上升期间突然断电会制动振荡的问题。为解决该问题，本发明采用+24V和+12V两级直流电源供电：+24V供K₁～K₆继电器，+12V供电子电路，其关键之处是电容器9C₇不只是作滤波电容，而是作为储能元件使用，其容量要保证在全系统工作逻辑正常的情况下，供电交流电源切断后1.2秒时，全系统的直流电压仍不低于4V。这样，就能保证在工作频率只有每分钟30次的低速压力机上，任意切断电源，都不会发生在滑块上升期间被制动的现象。用这种简单办法能够解决问题的前提条件有两点：一是本系统的电子逻辑元件为CMOS，功耗低，且电压在3～18V范围内均能正常工作；二是J₁～J₃,K₁～K₆均为小型直流继电器，在吸合后，维持吸合的电压只有额定工作电压的10％以下。若电子逻辑元件换用其它系列产品(如TTL)或一般微处理机，其电源必须具备一定时间的“不间断”电源功能。

提高制动驱动机构的寿命：

为提高93237592.8号专利所述制动驱动机构的机械寿命，本发明作了图9所示的两项大的改进：一是将主挡铁20和付挡铁23分别用4只螺钉7、垫柱8和弹簧9浮动固定在基座和双磁轭上，它们均可沿垫柱8作轴向滑动，用小刚度的弹簧9轻轻压住以保持未通电时的初始位置。当线圈通电时，挡铁与基体间的间隙由电磁力消除，等衔铁撞向挡铁时，挡铁沿垫柱导向后退，与基体间产生气隙，在该气隙处产生的电磁力令挡铁和衔铁迅速减速，当衔铁的冲击动能被其耗尽时，挡铁在电磁力的作用下重新与基体吸合。这样就有效缓解了衔铁对挡铁的撞击，确保撞击面不产生破坏。而是挡铁可动之后，主、付线圈21、24的固定问题随之而来，因线圈可发生轴向镩动，久之会产生断线故障，为解决这一问题，本发明采用706硅橡胶(或类似胶合物)充满线圈外径与基体型腔之间的空隙22，固化后就形成了良好的固定。

光电传感器的改进：

实践表明，能否方便地设置光幕范围和方位，是能否有效地使用安全保护系统的关键之一，93237593.6专利所述的光电传感器，比以往的光电装置虽有较大的改进，使用场合扩大了不少，但它仍然属于直射式的矩形光幕，若遇到尺寸超出工作台面的板形工件加工时(如冲孔、折边)，仍然极不方便。原因是传感器外壳在水平方向上必须贴近板面才能保证安全，但在搬动工件过程中极易被碰撞，破坏了光幕工作位置，致使工作无法继续进行。为解决这一问题，本发明经反复试验，在这种工作场合，可将93237593.6说明书中的遮光栅栏2和4去除，增大透光量，采用本发明图12所示的反射式光幕设置方式，就可以方便可靠地工作，如图中所示，有效光幕就是a-b-c-d-e-f-g-a所围成的图形，调整c-d的位置在需要进行保护的范围上，安全即有了保障。在工件为一般钢板时，高度H可达150～200毫米，超出了滑块的行程，在工作过程中光电传感器不再被碰撞。

对于冲头尺寸很小的的小型工件，也可以利用这种工作方式，此时用机床的工作台面作反射面，可将光幕尺寸在左右水平方向上缩小至适当的范围，扩大操作者的活动空间。

为此，本发明将93237593.6中的投光器和受光器壳体结构作本图10所示的改进：将原注塑成形的光栅9和11处，改成本图中的固定槽10，在此固定槽中可以安放图11所示的带有透光孔12的光栅板11。装上光栅板，就是原来的直射式光电传感器，拿掉光栅板，就是本反射式光电传感器，可由操作者灵活设置。

需要指出的是，现在市场上有售的反射式光电探头不能用于压力机的安全保护，原因是它们一般均为单束光源，发光管和受光管比较靠近，虽然其最远探测距离可达数百毫米，有的甚至可检测到1米远处的织物或皮肤，但其工作逻辑方式不符合要求：若将无反射物时作为安全信号，则操作者将其放置得过远时就会永远检测不到手进入危险区，起不到保护作用；若象本发明这样将工作台面作反射物，受光器照亮时为安全信号，则当手进入光路中时，因永远处于反射物与传感器之间，使手的反光同样照亮光电传感器，也“看不到”手的存在。

压力机原制动机构的改进：

采用本发明前述一系列措施之后，只须操作者注意，不在滑块运动过程中转换程序，只在滑块停在上死点时转换程序，就能完全杜绝机械振荡的出现，已基本满足实际要求。但若操作者违规操作，仍有可能出现滑块上升过程中进行制动的情况，为彻底根除这种振荡的发生，本发明对策如下：

现有压力机的制动器一般都是简单带式制动机构，这是造成在滑块上升过程中采用本发明(93111735.6)脱键式紧急制动装置会发生机械振荡的根本原因。

若采用1990年10月31日公开的、公告号CN1046493、申请号90103558《刚性压力机的无级离合安全装置及其安装方法》专利所述的安全离合装置，因其脱键机构随主轴一起运动，故不会出现离合器重新啮合的情况，也就避免了机械振荡。但因该装置只能采用低压直流的规范式供电，脱键依赖于力量不是很大的弹簧力，而且该装置不具备对主轴系统惯性运动的制动功能，需在原制动机构设电磁制动机构，所以总体响应时间不能满足本发明人在93111735.6专利中提出的制动角指标；而且制造和改装成本远远高于本发明的方案，另外，由于尺寸结构的限制，对小吨位的压力机几乎无法使用这种机构，所以本发明不采用。

本发明从另一条途径解决问题：若滑块上升过程中制动后不发生下滑，也就不会发生重新啮合的情况。可将现在普遍采用的只能单向制动的简单带式制动器改为具有双向制动功能的综合带式制动器(《机械工程手册》第五卷第28-121页)，就能从根本上解决问题。

这种改装对已用机床因工作量太大，可以不用，在操作说明书中向操作者交代清楚即可；对于新机床的设计制造，应作此改进；对于10吨以下的小型压力机，因滑块模具均质量不大，重力不足以克服导轨和曲轴处的摩擦力，也不必改动。

经过本发明所述的一系列改进后，本安全压力机控制系统已达到了安全、方便、可靠、价廉的产品化设计目标，被有关专业部门认为这一方案成本低、功能全，对机床原有结构改动少，为解决中小型压力机的人身防护这一世界性难题指出了希望之路，拟将具有本安全控制系统的压力机命名为安全压力机。

图13为本控制系统的主要部件在普通压力机上改装布置示意图：13为滑块位置传感器，14为紧急制动机构，15为制动驱动机构，16为光电传感器，17为装有全部逻辑控制电路的电控箱。

本安全控制系统也可用于具有相似结构和操作功能的剪板机、折弯机上。

Claims (2)

1、一种安全压力机控制系统，包括滑块状态传感器、光电传感器、操纵状态传感器、电机状态传感电路和紧急制动机构、驱动机构、制动器及控制电路，其特征是：

a、控制电路的改进：

滑块状态判别电路(Ⅰ)中，由14号或门(DH₁₄)、14号与门(DY₁₄)将2号施密特触发器(DS₂)、2号非门(DF₂)和“清零”发来的信号进行组合后对1号触发器(D₁)进行电平式“置1”触发，同时将“清零”信号引入1号施密特触发器(DS₁)的与门输入端，确保2号触发器(D₂)的触发逻辑不变；操作状态判别电路(Ⅱ)中，用短路线取代由3号电容器(2C₃)、7号二极管(2V₇)、7号电阻器(2R₇)组成的5号触发器(D₅)对6号触发器(D₆)的“置1”触发线路，去除7号触发器(D₇)触发线路中的4号、7号、8号三只电容器(2C₄、2C₇、2C₈)而直接连接信号；直流固体继电器(AK₁)中，将由5号电容器(8C₅)和7号电阻器(8R7)串联的充电电路并联在5号电阻器(8R₅)两端；手物位置判别电路(Ⅲ)中，将模拟开关(CC4052)的第二组1号输入端(Y₁)接2号与门(DY₂)发来的滑块位置信号；操作状态判别电路(Ⅱ)中，6号触发器(D₆)的“置0”改为由19号连线(X₁₉)接电机通电状态电路发来的“关断”信号触发，用6号触发器(D₆)的“零信号”通过8号与门(DY₈)将8号触发器(D₈)置1，从而控制光电信号的通路；将3号、4号触发器(D₃)、(D₄)的置0信号改为由5号与门(DY₅)、15号与门(DY₁₅)经15号或门(DH₁₅)组成的逻辑线路发送，15号与门(DY₁₅)接受7号与门(DY₇)通过21号连线(X₂₁)发来的光电信号和模拟开关(CC4052)的第一输出端(X)通过22号连线(X₂₂)发来的信号；手物位置判别电路(Ⅲ)中，将由19号或23号连线(X₁₉/X₂₃)发来的电机状态信号，经由一号稳压管(3V₁),11号电阻器(3R₁₁)，2号三极管(3V₂)，12号、13号、14号电阻器(3R₁₂、3R₁₃、3R₁₄)，4号电容器(3C₄)组成的反相延时电路引入模拟开关(CC4052)的第二组0号输入端(Y0)；电机状态信号有两种发送方式：在单飞轮机床上由接于两相线的传感电路发送，该电路由22号二极管(9V₂₂)、11号电阻器(9R₁₁)、8号电容器(9C₈)、12号电阻器(9R₁₂)和光电偶合器(9V₂₃)的发光二极管端组成高压取样电路，由光电偶合器(9V₂₃)的三极管端和13号电阻器(9R₁₃)、24号稳压管(9V₂₄)、25号三极管(9V₂₅)、14号电阻器(9R₁₄)组成低压反相发送电路；在双飞轮机床上，由零转速继电器(18)发送；在紧急制动判断电路(V)中，将由2号光电偶合器(6V₂)发出的驱动机构自锁信号经10号反相器(DF₁₀)反相后，引入6、7号或门(DH₆、DH₇)组成的紧急制动判断门；

b、滑块状态传感器的改进：

滑块状态传感器由随机床主轴(19)旋转的永久磁铁(ZT)、装有干簧管组(5)的塑料固定盘(2)、位于磁铁(ZT)和固定盘(2)之间的铁质隔磁片(1)组成；隔磁片(1)的覆盖角度为220°左右，固定盘(2)可绕中心调整适当角度；干簧管组(5)包括两个分干簧管组(XB₁)和(XB₂)，它们分别通过双色二极管(3)的红色和绿色发光二极管接于0V电源上；

c、操作电路及稳压电源的改进：

1号继电器(K₁)为脚踏开关(J_K)的触点扩展继电器，其1号常闭触点(K_1-1)控制2～4号继电器(K₂、K₃、K₄)的电源，2号常开触点(K_1-2)控制2、3号继电器(K₂、K₃)的电源，3号常开触点(K_1-3)向操作状态判别电路(Ⅱ)发送脚踏状态信号；脚踏开关(J_K)在电磁铁操纵的机床上就用原来的脚踏开关，在机械踏杆操纵的机床为新增的与拉杆同步驱动的行程开关；2号继电器(K₂)接受全部控制功能去推动2号交流接触器(KM₂)，从而控制操纵电磁铁(YB₁)，2号继电器(K₂)的线圈上串接有负温度系数的10号热敏电阻器(9R₁₀)，以保证在低气温时也能快速释放；3号继电器(K₃)为与2号继电器(K₂)同步动作的延时吸合继电器，其触点(K₃)与2号继电器(K₂)的第三触点(K_2-3)串联后去控制驱动机构的解锁线圈(YB₃)；由9号电阻器(9R₉)、6号电容器(9C₆)、19号稳压管(9V₁₉)、18号三极管(9V₁₈)组成3号继电器(K₃)的延时吸合电路；4号继电器(K₄)为接受光控继电器(J₁)、报警继电器(J₂)、防失控继电器(J₃)、脚踏控制的1号继电器触点(K_1-1)控制的并通过其自身常开触点(K_4-1)自保的误操作记忆保持继电器；由15号二极管(9V₁₅)、7、8号电阻器(9R₇、9R₈)、5号电容器(9C₅)、17号三极管(9V₁₇)组成单次动作电路；由4号继电器的第二个常开触点(K_4-2)、拨动开关的第二刀(SA_1-2)、17号三极管(9V₁₇)、1号继电器的第二常开触点(K_1-2)、4号按钮开关(SB₄)、2号继电器(K₂)的第一触点(K_2-1)组成2、3号继电器(K₂、K₃)的程序转换控制电路；由14号二极管(9V₁₄)、3号拨动开关的第一刀(SA_3-1)、13号三极管(9V₁₃)组成2～4号继电器(K₂～K₄)的供电回路；5号继电器(K₅)为报警时关断电机电源的隔离继电器；6号继电器(K₆)为报警时切断驱动制动电磁铁(YB₂)供电电源的隔离继电器；1号～6号继电器(K₁～K₆)均选用小型低压直流中、大功率继电器；电感线圈(9L₁)、1号二极管(9V₁)6号继电器常开触点(K₆)、1号电容器(9C₁)组成制动电磁铁(YB₂)的驱动电源；固体继电器(AK₁)为紧急制动时制动电磁铁(YB₂)的驱动继电器；3号电阻器(9R₃)、5号光电偶合器(9V₅)、1号、2号电阻器(9R₁、9R₂)、2号电容器(9C₂)、4号触发二极管(9V₄)、3号可控硅(9V₃)组成报警或断电时制动电磁铁(YB₂)的驱动固体继电器；电感(9L₁)保证6号继电器(K6)触点在吸合抖动期间无火花；由3号电容器(9C₃)，9号稳压管(9V₉)、6号、8号、10号、11号、12号二极管(9V₆、9V₈、9V₁₀、9V₁₁、9V₁₂)、7号光电偶合器(9V₇)，4号、5号电阻器(9R₄、9R₅)组成6号继电器(K₅)的触点零电流关断电路；由2号继电器的第三触点(K_2-3)、3号继电器触点(K₃)、1号行程开关的第一刀(SQ_1-1)，20号、21号二极管(9V₂₀、9V₂₁)组成解锁电磁铁(YB₃)的半波解锁供电电路；稳压电源为+24V和+12V两级串联电源，其中7号电容器(9C₇)的容量保证在断电后1.2秒时全系统的控制电压仍不低于+4V；

d、提高制动驱动机构的寿命：

将主挡铁(20)和付挡铁(23)分别均用螺钉(7)、垫柱(8)和弹簧(9)浮动固定，以缓和衔铁吸合时对它们的撞击；将制动线圈(21)和解锁线圈(24)均用硅橡胶或类似胶合物粘固在它们的型腔(22)内，以避免撞击镩动；

e、光电传感器的改进：

将投光器和受光器壳体中的光栅板改为带有透光孔(12)的可拆卸光栅板(11)，装上光栅板，就是直射式光电传感器，拿掉光栅板，就是反射式光电传感器，反射式光电传感器用大型工件的平面或机床工作台面作反射面。

2、根据权利要求1.所述的安全压力机控制系统，其特征是具有双向制动功能的综合式带式制动器。

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