一种压力机制动机构失效安全保护系统及其安全制动方法与流程

本发明涉及压力机技术领域，特别涉及一种压力机制动机构失效安全保护系统及其安全制动方法。

背景技术：

锻压机床是工业基础装备的重要组成部分之一，近年来，锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，压力机在机床中所占的比重也越来越大。压力机的工作规范，是通过离合器、制动器状态的改变来实现的，压力机下压时，控制系统控制与制动器相连的气路进气，推开制动器内部的弹簧，使得制动器脱开，然后控制与离合器相连的气路进气，使得离合器结合，以实现压力机主传动系统与能源部分结合，给压力机的下压提供能量；当压力机停止时，控制系统控制与离合器相连的气路排气，切断压力机主传动系统的能源，然后控制与制动器相连的气路排气，制动器内部弹簧复位，压紧制动器中的摩擦块，通过摩擦块之间的摩擦力实现制动。可以说，压力机上的所有安全装置都是以制动器制动有效为前提的，如急停、安全栓和光电保护等。因此，需要经常定期检查压力机制动器的使用状态，确认其工作有效。但是，当制动器突然意外失效时，压力机所有的安全保护措施将失效，滑块在非有效制动状态下下滑，会损坏工作台板上的模具或附近的操作人员，造成重大的安全事故和相应部件的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压力机制动机构失效安全保护系统，用于压力机制动系统失效后支撑滑块及其附属部件，以避免安全事故并防止压力机相关部件意外损坏。

本发明的目的是这样实现的，一种压力机制动机构失效安全保护系统，包括安装在工作台板下侧的顶出机构和用于锁固顶出机构的锁紧机构，所述工作台板设置于滑块下侧，其特征在于，所述顶出机构包括顶出气缸和与顶出气缸的活塞杆连接的顶出杆，所述工作台板上对应设有便于顶出杆穿过的导向孔，所述顶出杆用于随顶出气缸的活塞杆运行穿过工作台板的导向孔支撑顶靠滑块，所述锁紧机构包括锁紧气缸，所述锁紧气缸的活塞杆上连接有锁紧杆，所述锁紧杆用于锁固处于支撑顶靠滑块的顶出杆，所述顶出气缸和锁紧气缸分别通过二位五通电磁阀与储气系统连接。

本发明的压力机制动机构失效安全保护系统，布置于工作台板的下侧，当压力机制动机构失效时，滑块如果未有效制动停止，将意外掉落或非正常移动，或发生相关部件的损失，或者伤害操作人员；本发明中压力机的制动系统失效时，顶出气缸动作，带动顶出杆从底部支撑住滑块，当顶出杆支撑到位后，锁紧气缸动作，锁紧杆锁固顶出杆的顶固位置，实现对滑块稳定支撑和锁固，有效防止制动系统失效时意外伤害和机器损坏。

为确定各气缸稳定供气，所述储气系统包括通过气压管路依次连接的主气源、球阀一、空气过滤组件、减压阀、单向阀和储气罐，所述储气罐的出口分别通过二位五通电磁阀一和二位五通电磁阀二与顶出气缸和锁紧气缸的进气口，所述顶出气缸和锁紧气缸的出气口分别连接至二位五通电磁阀一和二位五通电磁阀二相应的出气口，所述二位五通电磁阀一得电时，顶出气缸的活塞杆带动顶出杆移动至顶靠支撑滑块位置，所述二位五通电磁阀二得电时，所述锁紧气缸的活塞杆带动锁紧杆动作锁固处于顶靠支撑位置的顶出杆。

进一步地，所述二位五通电磁阀一和二位五通电磁阀二各出气口连通的排气口分别连接有消音器。

为便于识别压力机的运行状态以及时准确控制安全保护系统的动作，还包括控制器和与控制器通讯连接的编码器、数模转换模块、行程开关一、行程开关二、触摸屏和复位按钮，所述控制器用于压力机制动机构失效后控制顶出机构和锁紧机构支撑并锁固滑块位置，所述编码器用于采集压力机的曲轴角度信号并传递给控制器，所述数模转换模块用于采集压力机电源变频器的输出频率，所述触摸屏用于输入压力机不同输出频率对应的曲轴制动角度，所述复位按钮用于二位五通电磁阀一和二位五通电磁阀二的断电复位以解除顶出机构和锁紧机构对滑块的锁固。

为确保顶出机构和锁紧机构稳定的支撑滑块及各部件，所述工作台板的下侧四角分别各设置一套同步运动的顶出机构和锁紧机构，每套顶出机构的顶出气缸的顶出杆对应的工作台板位置分别设置有导向孔，各顶出杆上设有便于对应的锁紧杆穿过的锁孔，当顶出杆随顶出气缸的活塞杆移动至顶靠支撑滑块位置时，顶出杆的锁孔与对应的锁紧气缸连接的锁紧杆轴向正对，锁孔的另一侧的工作台板下侧设有锁杆支撑板，所述锁杆支撑板上设有与锁紧杆端部配合的支撑孔，所述行程开关一设置于顶出杆顶靠滑块位置的侧向，所述行程开关二设置锁杆支撑板的支撑孔侧向位置。

为确保各顶出气缸和锁紧气缸同步动作，所述工作台板的下侧四角设置的各顶出气缸的进气口和出气口分别通过各自的进气支路和出气支路与二位五通电磁阀一的同一进气口和同一出气口连接，四角的各锁紧气缸的进气口和出气口分别通过各自的进气支路和出气支路与二位五通电磁阀二的同一进气口和同一出气口连接。

为保护储气罐的压力安全，所述储气罐上设有安全阀和用于监控储气罐压力的压力继电器。

为防止意外触碰复位按钮复位各气缸，所述复位按钮的复位长按时间为10秒以上。

本发明还提供一种基于上述压力机制动机构失效安全保护系统的安全制动方法，包括压力机制动失效监控过程和安全保护系统制动锁固过程；

所述压力机制动失效过程包括：

S11通过触摸屏预设压力机变频器不同输出频率对应的制动角度α；

S12压力机运行过程中制动系统启动时，编码器适时采集开始制动时曲轴角度β和制动终止角度δ，数模转换模块采集变频器的输出频率；控制器根据输出频率信号、当前角度β和制动角度信号，计算压力机制动后合理停止的角度边界γ=α+β+10°；

S13，根据制动终止角度δ判定压力机制动系统是否失效，当出现如下两种情况时，压力机机制动系统失效，控制器进入安全保护系统制动锁固过程；

γ＜360°，且δ≥γ时 或

γ≥360°，δ＜β且δ≥(γ-360°)；

所述安全保护系统制动锁固过程包括：

控制器发出输出信号，控制两位三通电磁阀一得电，各顶出气缸进气，活塞杆带动顶出杆移动至顶靠支撑滑块，同时顶出杆触碰行程开关一，二位五通电磁阀二得电，锁紧气缸进行，活塞杆带动锁紧杆移动至穿过顶出杆的锁孔并顶靠于锁杆支撑板的支撑孔上，并触碰行程开关二，二位五通电磁阀一和二位五通电磁阀二处于安全保护状态，安全保护系统处于对滑块的锁固状态。

为便于实现各气缸的复位，安全保护系统处于对滑块的锁固状态后，长按复位按钮，二位五通电磁阀二和二位五通电磁阀一依次断电，各顶出气缸和锁紧气缸排气伸缩杆回缩复位。

通过本发明的上述压力机制动机构失效安全保护系统及其安全制动方法，可以及时监控压力机制动时曲轴的起始制动角度和制动终止角度 ，并根据理论的制动停止位置的比较结果，判定压力机本身的制动系统时否有效，当压力机的制动系统失效时，可以及时控制各顶出气缸和锁紧气缸动作以支撑住滑块，确保滑块及各部件的安全停止和保护。

附图说明

图1为本发明的压力机制动机构失效安全保护系统的机械安装示意图。

图2为顶出气缸的安装示意图。

图3为本发明的压力机制动机构失效安全保护系统的气控连接原理图。

图4为控制器的原理框图。

其中，1，1A， 1B，1C，1D顶出气缸；2，2A，2B，2C,2D锁紧气缸；3锁紧杆；4工作台板；5固定板；6螺栓；7锁杆支撑板；8顶出杆；8A锁孔；9行程开关二；10行程开关一；11主气源；12球阀一；13空气过滤组合件；14减压阀；15单向阀；16球阀二；17储气罐；18安全阀；19压力继电器；20消音器；21二位五通电磁阀一；22消音器；23二位五通电磁阀二；24触摸屏；25数模转换模块；26复位按钮；27编码器；28控制器28。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示为本发明的压力机制动机构失效安全保护系统，包括安装在工作台板4下侧的顶出机构和用于锁固顶出机构的锁紧机构，工作台板4设置于滑块下侧，工作台板上安装有模具和必要的夹具等，位于工作台板上侧的滑块在曲轴的带动下上下移动实现压力机的工作，正常运转时，滑块及曲轴机构有自己的制动系统，进行运行中的正常制行。本实施例中的顶出机构和锁紧机构用于制动机构失效时，及时支撑顶靠滑块，防止滑块意外掉落。具体为，顶出机构包括顶出气缸1和与顶出气缸1的活塞杆连接的顶出杆8，工作台板4上对应设有便于顶出杆8穿过的导向孔，顶出杆8用于随顶出气缸1的活塞杆运行穿过工作台板的导向孔支撑顶靠滑块，锁紧机构包括锁紧气缸2，锁紧气缸2的活塞杆上连接有锁紧杆3，锁紧杆3用于锁固处于支撑顶靠滑块的顶出杆8，顶出气缸1通过二位五通电磁阀一21、锁紧气缸2通过二位五通电磁阀二23与储气系统连接。

为确保顶出机构和锁紧机构稳定的支撑滑块及各部件，工作台板4的下侧四角部位分别各设置一套同步运动的顶出机构和锁紧机构，每套顶出机构的顶出气缸1的顶出杆8对应的工作台板4位置分别设置有导向孔，各顶出杆8上设有便于对应的锁紧杆3穿过的锁孔8A，当顶出杆8随顶出气缸1的活塞杆移动至顶靠支撑滑块位置时，顶出杆的锁孔8A与对应的锁紧气缸2连接的锁紧杆轴向正对，锁孔8A的另一侧的工作台板4下侧设有锁杆支撑板7，锁杆支撑板7上设有与锁紧杆3端部配合的支撑孔，当锁紧气缸2带动锁紧杆3穿过锁孔8A顶靠于支撑孔内时实现对顶出杆的锁紧固定。为确保各顶出气缸1和锁紧气缸2同步动作，工作台板4的下侧四角设置的各顶出气缸1A、1B、1C、1D的进气口和出气口分别通过各自的进气支路和出气支路与二位五通电磁阀一21的同一进气口和同一出气口连接，四角的各锁紧气缸2A、2B、2C、2D的进气口和出气口分别通过各自的进气支路和出气支路与二位五通电磁阀二23的同一进气口和同一出气口连接，以实现通过一个阀同时控制四套顶出气缸或锁紧气缸的同步动作。另外，为降低出气管路的排气噪音，二位五通电磁阀一21的两个排气口上分别连接一个消音器20，二位五通电磁阀二23各出气口连通的排气口各连接一个消音器22。

本实施例的储气系统包括通过气压管路依次连接的主气源11、球阀一12、空气过滤组件13、减压阀14、单向阀15、球阀二16和储气罐17，储气罐17的出口分别通过二位五通电磁阀一21和二位五通电磁阀二23与各顶出气缸1A、1B、1C、1D和各锁紧气缸2A、2B、2C、2D的进气口，顶出气缸1A、1B、1C、1D和锁紧气缸2A、2B、2C、2D的出气口分别连接至二位五通电磁阀一21和二位五通电磁阀二23相应的出气口，二位五通电磁阀一21得电时，各顶出气缸1A、1B、1C、1D的活塞杆带动顶出杆移动至顶靠支撑滑块位置，二位五通电磁阀二23得电时，各锁紧气缸2A、2B、2C、2D的活塞杆带动锁紧杆动作锁固处于顶靠支撑位置的顶出杆。

为保护储气罐17的压力安全，本实例中，储气罐17上设有安全阀18和用于监控储气罐压力的压力继电器19，安全阀18可以防止储气罐压力过高而发生损坏或危险，压力继电器19可以确保压力过低时发出信号以及时停止系统。

为便于识别压力机的运行状态以及时准确的启动各气缸动作，本实施例的安全保护系统还包括控制器28和与控制器28通讯连接的编码器27、数模转换模块25、行程开关一10、行程开关二9、触摸屏27和复位按钮26，控制器28用于压力机制动机构失效后控制顶出机构和锁紧机构支撑并锁固滑块位置，编码器27用于采集压力机的曲轴角度信号并传递给控制器28，数模转换模块25用于采集压力机电源变频器的输出频率，触摸屏24用于输入压力机不同输出频率对应的曲轴制动角度及其它必要的控制运行参数，复位按钮26用于二位五通电磁阀一21和二位五通电磁阀二23的断电复位以解除顶出机构和锁紧机构对滑块的锁固。行程开关一10设置于顶出杆顶靠滑块位置的侧向，当顶出杆8顶靠至滑块时与行程开关一10触碰，缸出气缸活塞杆停止移动并保持顶靠状态；行程开关二9设置于锁杆支撑板7的支撑孔侧向位置，当锁紧杆顶靠至支撑孔内时同时与行程开关二9触碰，锁紧气缸的活塞杆停止移动并保持锁紧状态。为防止意外触碰复位按钮复位各气缸，复位按钮的复位长按时间为10秒以上。

本发明的压力机制动机构失效安全保护系统，布置于工作台板的下侧，当压力机制动机构失效时，滑块如果未有效制动停止，将意外掉落或非正常移动，或发生相关部件的损失，或者伤害操作人员；当压力机的制动系统失效时，本实施例的压力机制动机构失效安全保护系统动作，控制顶出气缸的无杆腔进行带动顶出杆从底部支撑住滑块，当顶出杆支撑到位后，各锁紧气缸动作，带动各锁紧杆3移动并穿过顶出杆8的锁孔8A，顶靠在锁杆支撑板7的支撑孔内锁固顶出杆8的顶固位置，实现对滑块稳定支撑和锁固，有效防止制动系统失效时意外伤害和机器损坏。实现压力机制动系统失效后，对滑块及工作台板上模具等部件的保护，并防止人员伤害。

实施例2

本实施是基于上述压力机制动机构失效安全保护系统的一种安全制动方法，具体包括压力机制动失效监控过程和安全保护系统制动锁固过程；

其中，压力机制动失效过程包括：

S11通过触摸屏24预设压力机变频器不同输出频率对应的制动角度α；因压力机根据工作需要，有不同的变频器输出频率要求，不同的输出频率运行的压力机的制动角度α也不同，需要预先输入；

S12压力机运行过程中制动系统启动时，编码器27适时采集压力机机开始制动时曲轴角度β和制动终止角度δ，数模转换模块25采集变频器的输出频率；控制器根据输出频率信号、当前角度β和制动角度α，计算压力机制动后合理停止的角度边界γ=α+β+10°；其中，10°为压力机误差冗余角度；

S13，根据制动终止角度δ判定压力机制动系统是否失效，当出现如下两种情况时，压力机机制动系统失效，进入安全保护系统制动锁固过程；

γ＜360°，且δ≥γ时 或

γ≥360°，δ＜β且δ≥(γ-360°)。

具体的安全保护系统制动锁固过程包括：控制器28发出输出信号，控制两位三通电磁阀一21得电，各顶出气缸1的无杆腔进气，活塞杆带动顶出杆8移动至顶靠支撑滑块，同时顶出杆8触碰行程开关一10，二位五通电磁阀二23得电，锁紧气缸2的无杆腔，活塞杆带动各锁紧杆3移动至穿过顶出杆8的锁孔并顶靠于锁杆支撑板的支撑孔上，并触碰行程开关二9，二位五通电磁阀一21和二位五通电磁阀二23处于安全保护状态，安全保护系统处于对滑块的锁固状态。

当安全保护系统处于对滑块的锁固状态后，长按复位按钮26，二位五通电磁阀二23和二位五通电磁阀一21依次断电，各顶出气缸1和锁紧气缸2的无杆腔排气有杆腔进行，伸缩杆回缩复位。

通过本实施例的上述压力机制动机构失效安全保护系统及其安全制动方法，可以及时监控压力机制动时曲轴的起始制动角度和制动终止角度，并根据理论的制动停止位置的比较结果，判定压力机本身的制动系统时否有效，当压力机的制动系统失效时，可以及时控制各顶出气缸和锁紧气缸动作以支撑住滑块，确保滑块及各部件的安全停止和保护。