机械安全工程课程设计压力加工机械的安全技术.doc

课程设计报告题 目：压力加工机械的安全技术 目录第一章 压力机（冲床）的功用及分类3第一节 压力机（冲床）的功用3第二节 压力机的分类3一、按传动方式分类3二、按机身结构分类3三、按产生压力的方式分类3第二章 危险因素识别与冲压事故分析4第一节 压力机危险因素4一、噪声危害4二、机械振动危害4三、机械伤害4第二节 冲压事故分析5一、冲压事故概况5二、冲压伤害事故的原因5三、实现冲床安全的对策及建议6第三章 压力机的安全技术7第一节 曲柄压力机7第二节 曲柄滑块机构的安全7一、曲轴的结构与受力7二、压力机安全负荷图8三、压力机安全工作区8四、过载保护装置9第三节 压力机作业区的安全防护装置10一、作业区安全防护装置的性能10二、安全防护装置分类10第四章 机械压力机安全性能检测检验规程简介16附录17第一章 压力机（冲床）的功用及分类压力机通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件，是危险性较大的机械，被称为“老虎机”。 冲床就是一台冲压式压力机。第一节 压力机（冲床）的功用 压力机具有操作简便、生产效率高、产品质量好、产品规格的标准性能强等优点，可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。冲压生产主要是针对板材的，通过模具能够完成落料、冲孔、拉深、成型、修整、精冲、整形、铆接及挤压件等等，广泛应用于各个领域。在国民生产中，冲压工艺由于比较传统机械加工来说有节约材料和能源、效率高、对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品等优点，因而它的用途越来越广泛。第二节 压力机的分类 一、按传动方式分类 （1）机械传动式压力机； （2）液压传动式压力机； （3）电磁式压力机； （4）气动式压力机。 二、按机身结构分类 （1）开式压力机； （2）闭式压力机。 三、按产生压力的方式分类 （1）摩擦压力机； （2）曲柄压力机。目前广泛使用的压力机有曲柄机械压力机、剪板机、弯曲机、液压机、双盘摩擦压力机等。其工作原理是相同的，但由于机器的机架形式、飞轮驱动的方式以及离合器，制动器形式不同，各种机器既具有共同之处又有其本身的特点。第二章 危险因素识别与冲压事故分析第一节 压力机危险因素 一、噪声危害 压力机是工业高噪声机械之一。其噪声主要是机械噪声，噪声来自传动零部件的摩擦、冲击、振动，刚性离合器结合时的撞击；工件被冲压时的噪声，以及工件及边角余料撞击地面或料箱的噪声等。现在比较切实可行的保护措施，一是给传动系统加防护罩，可使噪声级下降58dB；二是作业人员佩戴听力护具，例如耳塞、耳罩等耳部防护用品，可以大大减少噪声对听觉的危害。 二、机械振动危害 机械振动主要来自冲压工件的冲击作用，尤其是手持工件操作时，手和臂受振更甚。人体受到的影响表现在心理和生理上，长时间处于振动环境中，人就会感到不舒服，甚至感到厌烦，注意力难以集中，操作动作的准确性下降。冲击振动还会导致设备的材料疲劳，连接松动，并使周围其他设备的精度降低。 三、机械伤害 压力机在冲压作业过程中，使人员受到冲头的挤压、剪切伤害的事件称为冲压事故。冲压事故发生频率高、后果严重，是压力加工最严重的危害。机械伤害还包括与其他运动零件的接触伤害、冲压工件的飞击伤害等。压力机工作中发生危险包括以下情况： （1）压力加工中最易发生的事故主要是冲头伤指。当操作人员由于思想不集中、动作不协调或工件在模具中未放正而进行调整时，冲头正好下落。极易伤指。 （2）冲模或工具崩碎伤人。 （3）工件被挤飞伤人。 （4）齿轮或传动机构将操作人员绞伤。 （5）模具起重、安装、拆卸时造成的砸伤、挤伤。 （6）安全装置失灵，如制动器不制动。 （7）操作机构失灵，发生意外连冲。 （8）模具设计不合理，操作不方便。 （9）多人操作时不协调。 （10）工艺安排不合理，专用工具不合适。 （11）液压元件超负荷，压力超过允许值，使高压介质冲出。 （12）剪切机刀片割伤。 （13）压力机产生的噪声、振动。 （14）生产过程中的有害物质，如酸。第二节 冲压事故分析 一、冲压事故概况冲压是利用模具使板材分离或变形的一种工艺手法，冲压作业中操作者的手臂是否进入模区，在模区停留时间长短，对安全性有直接的影响。据有关资料统计，各种进出料作业方式的事故比例如下： 进出料作业方式 手工进出料 手用工具进出料 机械化进出料 事故比例 91 6 3在冲压作业的各项操作中，进料、出料、矫正料位等项操作易于发生事故，这说明冲压作业的伤害事故大都发生在手工操作情况下，大都因为操作动作与机床运动不协调。统计数据表明，因送取料而发生的约占38%；由于校正加工件而发生的约占 20%；因清理边角加工余料和废料或其他异物而发生的占14%；因多人操作不协调或模具安装调整操作不当而造成的占21%；其余是因机械故障引起的。 二、冲压伤害事故的原因 造成冲压伤害事故的根本原因是缺乏必要的防护装置和设施，没有对手入模区作业的危险工序实行有效的劳动保护。造成冲压伤害事故的技术原因是操作者的动作与机床的运动失调。 1、冲床伤害事故发生情况分析 （1）操作者精神疲劳，注意力不集中，出现误动作。 （2）模具结构不合理，操作动作复杂，操作者的手臂在模区内停留时间过长。 （3）操作者手臂没有离开模区时就启动滑块，或者在滑块下行途中又伸手去摸。 （4）闭式冲床多人作业时使用脚踏启动开关控制滑块行程，手脚配合不当。 （5）闭式冲床多人作业时，由监护人控制滑块的行程，对其他操作人照顾不周。 （6）调整模具时，机床电机没有停止，由于操作或其他原因滑块突然启动。 （7）冲床出现机械、电气故障，滑块运动失控。出现突然连车或突然坠落。2、管理上的原因冲床伤害事故在管理上的原因主要是安全制度不健全，在以下几种情况下易于发生事故： （1）工人未经培训合格就上机操作。 （2）违章操作。 （3）没有安全装置，或者有安全装置却不用，损害了不修。 三、实现冲床安全的对策及建议1、技术对策 （1）改变手入模内的操作方式，实现模外作业，是保证冲床安全的根本措施。 （2）设计安全化模具，缩小模口危险区，设置滑块小行程，使人手无法伸进模口区。 （3）提高送、取料的机械化和自动化水平，代替人工送、取料。 （4）为操作者提供人身安全防护装置，防止误操作造成的伤害事故。2、管理对策 （1）对冲压工人经常进行安全技术教育，是操作人员熟悉并掌握机床和各项设施的基本结构、性能和安全操作要点，提高对安全生产的认识，认真按技术规程的要求进行操作。 （2）把安全作业纳入工艺文件。 （3）把安全技术设施纳入正常管理，建立设备和各项安全技术设施的点检制度和管理维修制度。 （4）建立包括安全技术设施在内的设备安全技术操作规程，并严格按照操作规程要求进行操作。 （5）建立各级人员的安全生产责任制，加强现场巡回检查。 （6）将上述几个环节统一起来，建立综合性的冲压安全管理方法。第三章 压力机的安全技术第一节 曲柄压力机 曲柄压力机属于机械传动类压力机，它是重要的冲压设备。它能进行各种冲压和模锻工艺，直接生产出零件或毛坯。曲柄压力机按机身结构不同分为开式压力机（图1-1）和闭式压力机（图1-2）两大类。图1-1 开式压力机 图1-2 闭式压力机 第二节 曲柄滑块机构的安全 一、曲轴的结构与受力 曲轴是压力机最主要部分，其强度决定压力机够冲压能力。曲轴的破坏，不仅影响生产，而且可能引发事故。 曲轴的主要结构见图2-1，由支承颈、曲柄颈和曲柄臂组成。在曲柄滑决机构的一个工作循环中，从安装在支承颈一端的齿轮输入扭矩，曲轴旋转，与曲柄颈铰连的连杆边摆动边上下运动，使滑块沿导轨作上下往复直线运动，将扭矩转化为滑块的冲压力。曲柄转动一周，滑块上下往 图2-1 曲轴结构及计算简图复运动一次。当曲柄颈带动连杆运行到最高位置时，滑块处于上死点；当曲柄颈转动向下运行，曲柄与铅垂线的夹角达到某一值时，实施对工件冲压，然后曲柄颈到达最低位置，滑块处于下死点，继而上行程，开始下一个工作循环。在曲柄颈冲压瞬间，工件变形力通过滑块和连杆作用在曲柄颈上。曲轴的危险截面在曲柄颈的中部CC截面和支承颈的根部BB截面，受弯矩和扭矩的联合作用。曲柄颈C-C截面，受到的弯短远大于扭矩，可忽略扭矩影响。曲柄颈的强度与几何尺寸有关，与曲轴材料的机械性质有关，与曲柄的转角无关。支承颈BB截面，受到的扭矩远大于弯矩，可忽略弯矩影响，曲柄扭矩随转角增大而增加。支承颈的强度不仅与几何尺寸及曲轴材料的机械性质有关，而且受曲柄的转角制约，是曲柄转角的函数。 综合考虑，为使曲轴不破坏，压力机得以正常工作，就必须同时满足曲柄颖和支承颈曲轴强度要求。 二、压力机安全负荷图 压力机安全负荷图表示压力机允许承受的工件变形力与曲轴转角关系，见图2-2。由图中可见，当转角小于某一范围时，压力由曲轴曲柄颈强度决定，为一常量，其强度线是一条直线；当转角大于某一范围，由曲轴支承颈强度所限制，是曲柄转角。的函数，为一条曲线。压力机允许承受的工作变形力，即曲柄滑块机构允许承受的最大载 荷，是由曲轴的曲柄颈和支承颈的强度 图2-2 压力机安全负荷图所限制的。 三、压力机安全工作区 压力机产生的压力受曲轴强度的限制，而曲轴的扭矩是受曲柄转角的影响，转角增大，扭矩增大，则曲轴的应力也随之增大。若要使曲轴应力不超过安全限度，关键是在当滑块与工件发生作用的瞬间，限定曲轴转角在较小的角度范围内。那么压力机工作的安全区即为由曲轴支承颈强度曲线、曲柄颈强度曲线与两坐标轴围成的区域。使用压力机时，应严格控制压力机所承受的压力和工作角度不得超越安全区。即使进行同一材料同一工艺的加工，如图2-2中所示，在1转角下则安全，在2下则不安全。 压力机的公称压力Pg是限定在一个特定的工作角度即公称压力角g（也称额定压力角）范围内，如果压力机的实际工作角度超过公称压力角g，则需根据压力机安全负荷图计算相应的压力机安全压力，以保证压力机实际承受的工件变形力落在安全区内。公称压力角一般小型压力机为g= 3 0，中、大型压力机为g= 20。为使用方便，常将公称压力角g换为公称压力行程Sg，并以它为标准参数。我国的开式压力机为Sg=316 mm，闭式压力机为Sg13mm。 四、过载保护装置 压力机工作过程中，可能由于材料、模具、设备、操作等问题出现超载；由于滑块和上模的自重导致下降速度过快，对零件产生撞击；或由于制动器失灵、连杆折断，导致滑块坠落而引发事故。为此，应在压力机上采用一些保护性技术措施。过载保护装置常见的有压塌式、液压式和电子检测式等。 压塌式过载保护装置是根据破坏式保护原理，在传动链中人为制造一个机械薄弱环节。当发生超载时，这个薄弱环节首先破坏，切断传动线路，使动力不能继续输入，后续机构运动停止，从而保护后续主要受力件不遭到损坏。压力机常用压塌块作为机械薄弱环节，保护主要受力件曲轴免受超载造成的破坏。 图3-1压塌块过载保护装置 压塌块一般装在滑块球铰与滑块之间的部位 1-连杆体 2-调节螺杆 3-支承座 （见图3-1），当压力机过载时，压榻块薄弱截面 4-滑块 5-压塌块首先剪切破坏，使连杆相对于滑块滑动一段距离，触动开关，将控制线路切断，压力机停止运转，保障机器安全。压塌块有双剪切面和单剪切面两种。压塌式过我保护装置的缺点是不能准确地限制过载力，因为压塌块的破坏不仅由作用在它上面的外力决定，同时还与压塌块的材料疲劳有关。第三节 压力机作业区的安全防护装置压力机作业区的安全防护装置，是防止操作人员在上下模间进行生产时，发生压力加工伤害事故的重要措施。 一、作业区安全防护装置的性能压力机作业危险区的安全防护装置应该具备以下性能： （1）机械起动前，当操作人员身体的一部分在压力机滑块危险区域内时，滑块不能进行工作。当滑块起动工作后，如果操作人员身体的一部分进入滑块危险区域时，也不会发生伤害事故。 （2）当操作人员按压按钮或操作杆起动压力机滑块后，立即将手伸进危险区域时，滑块应该能够迅速自动停止运动；或者用双手操作按钮起动滑块后，手随即离开按钮伸向危险区域时，在手伸到危险区域前滑块应当已经到达下死点，或者已自下死点进行返回上死点的运动。 （3）压力机滑块在下行或上下往复运动中，如果操作人员身体的一部分接近危险区域时，滑块能够自动停止运动。 （4）当操作人员身体的一部分在滑块危险区域时，随着滑块运动能够把身体的一部分推出危险区域，并送至安全位置。 二、安全防护装置分类安全装置分为安全保护装置和安全保护控制装置两类。安全保护装置包括活动栅栏式、固定栅栏式、推手式、拉手式、翻板式等。安全保护控制装置包括双手操作式、非接触即光电感应控制式等。每台压力机一般都应配置一种或一种以上的安全装置。1、栅栏式安全装置通过设置栅栏（或透明隔板）实体障碍，将人与危险区隔离，确保人体任何部位无法进入危险区，可以保护一切有可能进入危险区的人员。栅栏式安全装置分为固定栅栏式和活动栅栏式两种。 （1）固定栅栏式安全装置固定栅栏式安全装置，是将防护栅栏牢固地固定在压力机滑块危险区域周围，在滑块进行行程循环时，防止操作人员身体的一部分，在任何时间从任何位置伸进危险区域，以防止伤害事故。装置与离合器控制系统联锁，打开或拆除固定栅栏后，压力机滑块便不能运动。如果在滑块运行中把栅栏打开或拆除，滑块能迅速停止运动。由于固定式栅栏没有可动部分，且安装调整简单，所以他不仅适于小批量手工进出料的压力加工，还多用于条（带）料大中批量的专业化压力加工生产或生产线。 （2）活动栅栏式安全装置 活动栅栏式安全装置适用于手工送料的压力机。在栅栏前面设一个活动体（门），通过机械方法（如铰链、滑道）与压力机的机架或邻近的固定元件连接，关闭活动体的动力可以来自压力机的滑块或连杆。活动体的状态应与离合器的控制线路联锁，使滑块下行程期间，活动体关闭并不能随意打开，与栅栏形成一体来实施保护；在滑块回程期间，可打开活动体以方便操作。活动体未关闭好，滑块就不能运动；滑块在运动状态，活动体打不开。联锁装置须采取有效的保护措施，防止人体或坯料等物与之接触而发生误动作。 2、双手操作式安全装置双手操作式安全装置是指操作人员采用双手同时操作两个按钮或两个操作杆等，使滑块起动，完成一个行程循环。当滑块起动下行时，操作人员操纵离危险区域有足够安全距离的按钮。此安全距离保证了滑块起动后，操作人员双手马上离开按钮，并迅速伸向危险区，但手还未伸到危险界限时，滑块就已经到达下死点或者已经停止运动了，从而保证了操作人员的安全。双手操作式安全装置的结构见图4-1 。为防止外来物体同时造成两个按钮误操作，引起滑块运动而造成伤害事故，图（a）是采用防护板保护按钮；（b）是采用防护环保护按钮；（c）是采用操作杆低于操作板平面的形式；（d）是将按钮装在低于操作板（箱）表面的形式。 （a）具有防护板的按钮式 （b）具有防护环的按钮式 c）低于操作板平面的操作杆式 （d）低于操作板平面的按钮式 图4-1 双手操作杆式安全装置 双手操作式安全装置必须符合以下要求： （1）双手操作的原则。双手必须同时操作，离合器才能结合。只要一只手瞬时离开操纵器，滑块就会停止下行程或超过下死点。 （2）重新启动的原则。装置必须有措施保证，在滑块下行程期间中断控制又需要恢复时，或单行程操作在滑块达到上死点需再次开始下一次行程时，只有双手全部松开操纵器，然后重新用双手再次启动，滑块才能动作。在单次操作规范中，当完成一次操作循环后，即使双手继续按压着操作按钮，工作部件应不会再继续运行。 （3）最小安全距离的原则。安全距离是指操纵器的按钮或手柄中。已达到压力机危险线的最短直线距离。安全距离应根据压力机离合器的性能来确定。操纵器的安装必须确保安全距离，才能达到安全目的，否则，即使有安全装置，也会发生人身事故的可能。 （4）操纵器的装配距离要求。装配距离是指两个操纵器（按钮或操纵手柄的手握部位）的内边距离。最小内边距离大于250mm，最大内边距离小于600mm。 （5）防止意外触动的措施。按钮不得凸出台面；手柄也应采取措施，防止被意外触动。刮碰而引起压力机误动作。 3、机械式安全装置 （1）拨手式安全装置 图4-2 拨手式安全装置 (a)滑块上升时 (b)滑块下降时 1-滑块 2-滑块滑道 3-拨手杆 4-拨手杆支杆 5-滑块压轮 6-复位弹簧 7-拨手器拨手式安全装置保护功能是在滑块的下行程期间，通过机械方式，借助手板或其他形式的器具推开在危险区的人体部位（主要是手），从而达到保护目的。滑块的危险行程与装置的保护作用同步，不影响生产率是该类装置的显著特点。按拨手器的运动方向，可分为左右摆出式、前后拨出式和侧向推出式。安全装置的动力来自于压力机的滑决，由拨手杆、滑块压轮和复位弹簧组成（见图4-2）。 拨手式安全装置应满足以下的安全技术要求： 1）可靠的保护范围。该保护范围由拨手杆的摆动范围来保证。拨手杆的左右摆动幅度应超过模具的宽度，杆长度、摆动幅度或位移量应可调，以适应不同的加工需要。 2）不能造成新的伤害。拨手器与手接触一侧应采用软材料（如贴橡胶、软塑料等），防止拨手器把人手击伤。 3）推杆的摆动方向与操作手关系。拨手杆推手的方向，对右利者应从右到左（面向压力机）；对左利者应从左到有。 拨手式安全装置的缺点是拨手杆摆动对操作者视线造成干扰，拨手器与手接触会给操作者带来不适。在正常情况下，一般操作速度快于拨手杆，偶然才有拨手器推击手的可能。 （2）拉手式安全装置 图4-3 拉手式安全装置 (a)侧拉式 (b)背拉式1-滑块 2-杠杆 3-滑轮 4-拉索 5-手腕带拉手式安全装置的安全功能是以滑块或连杆为动力源，在滑块的下行程，借助绳索将操作者的手从危险区拉出来。基本构成有杠杆、滑轮、拉索和手腕带。按拉索的拉出方向分为侧拉式（见图4-3a）和背拉式（图4-3b）两种，二者的工作原理相同。图4-3中拉索4一端通过杠杆2与滑块1相连；另一端连着的手腕带5套扣在操作者手腕上。滑块下行程时，滑块带动杠杆，借助拉索强制拉出套在手腕带里的手；滑块上移，拉索松弛，手又可以进出模区自由操作。开始有些不习惯，待操作熟练后，只要操作动作快于拉索的牵拉，很少有被牵拉的感觉。只有当手动作慢于拉索牵引时，才会偶感被动。侧拉式与背拉式的区别是：侧拉式从侧面牵拉手；背拉式向后背方牵拉。背拉式与人的操作动作更协调些，手的活动范围也较侧拉式大，但需在身后设立支架，装置相应也复杂。 拉手式安全装置的安全技术要求： 1）装置性能可靠，拉索有足够强度不被拉断，各部件之间的连接和与机架的固定要牢固可靠，杠杆和滑轮动作灵活，滑轮和各铰接处不得卡塞。 2）手腕带应舒适、柔软、形状适宜、方便穿戴和摘除。在拉索受力拉紧时，等腕带不能把手拉伤，也不得从手腕上拉脱。手腕带及手腕带与拉索连接处应能承受足够的拉力，且不破坏。 3）拉索应能长度调节，其拉伸量应为模具进深的1/2以上。松弛量应在滑块到达上死点时，扣上手腕带的手能摸到头和小腿，保证手的活动范围；滑块下行时，应能切实把操作者的手拉出危险区。 4）操作者双手都应采用。在多人操作的压力机上，每人都应具备单独的一套。 4、检测式安全装置 检测式安全装置是一种安全性好、灵敏度高、比较先进的压力机安全装置，有光线式和人体感应式两种。它的大致工作原理是制造一个保护幕（光幕或感应幕），将压力机的危险区包围起来，或设在通往危险区的必经之路上。当人体的某个部位进入危险区（或接近危险区）时，必将破坏保护幕的完整性，受阻信号立刻被装置检测出来。信号经过放大，切断压力机的控制线路，使滑块停止运动或不能启动，从而避免人身事故。 （1）人体感应式安全装置 人体感应的工作原理是利用敏感元件构成一定电容量的电容器，放在通往危险区的必经之路上。当手向危险区伸入时，电容量发生变化，与之相连的振荡器的振幅发生改变，通过放大器和继电器的作用，使压力机停止运动或不能启动。感应式安全贫置由于对环境的适应性稍差，较少使用。 （2）光线式安全装置 在压力机上设置投光器和光接收器，在二者之间形成光幕，将危险区包围。当人体的任一部分遮断光线时，该装置能检测出这一状态，并输出信号使滑块不能启动或停止运行。光源可采用一般可见光，也可采用红外光或周期性的点射光。光线式安全装置由于动作灵敏，结构简单，容易调整维修，特别对操作者无视觉干扰，不影响生产率，因而得到广泛应用。 5、手用工具手用工具是指在压力机主机以外，为用户安全操作额外提供的手用操作工具。对压力加工中的手用工具，根据其工作原理，大致可以分为以下六类： （1）真空吸盘式手用工具； （2）永磁吸引式手用工具； （3）电磁吸引式手用工具； （4）夹钳式手用工具； （5）推压棒、钩子和刷子； （6）镊子。手用工具的设计和选用要注意以下几点： （1）符合安全人机工程学要求。手用工具的手柄形状要适于操作者的手把持，并能阻止在用力时，手向前握或前移都不能达到不安全位置，避免因使用工具不当而受到伤害。 （2）结构简单、方便使用。手用工具的工作部位应与所夹持坯料的形状相符，以利夹持可靠、迅速取送、准确入模。 （3）不得对模具造成损伤。手用工具应尽量采用软质材料制作，以防在意外情况下，工具未及时退出模口，而在模具又闭合时，造成压力机过载。 （4）符合手持电动工具的安全要求。手持电动工具应采用安全电压，并保证绝缘。第四章 机械压力机安全性能检测检验规程简介 机械压力机安全性能检测检验规程由浙江省安全生产监督管理局组织相关单位和专家制定而成，2007年9月6日发布，并于2007年10月1日起施行。该规程规定了机械压力机安全性能检测检验的检测内容、程序（见附录）、要求和方法，适用于在用的机械压力机安全性能的检测检验。内容主要包括以下7个部分： （1）适用范围； （2）编制依据； （3）检测检验类别和周期； （4）检测检验前准备工作及安全注意事项； （5）检测检验仪器设备及精度等级； （6）检测检验内容要求和方法； （7）检测检验结论的判定。 另外附有三个附录： （1）附录A机械压力机安全性能检测原始记录 （2）附录B机械压力机安全性能检测报告 （3）附录C机械压力机安全性能检测不合格整改通知单附录机械压力机安全性能检测检验程序图：核发安全合格证出具检测报告书结果处理出具整改通知书不合格合 格建议报废原始记录结果处理开 始现场检测序号检 测 项 目1操作控制检测2传动系统检测3刚性离合器和制动器检测4摩擦离合器和制动器检测5脚踏操作装置检测6安全保护装置检测7安全监督控制系统检测8梯子、栏杆和平台检测9电力传动及控制检测10安全标志和显示检测11其他检测