试论注塑机锁模装置的安全性.doc

试论注塑机锁模装置的安全性机械行业的发展，对安全防范措施要求越来越高。而注塑机由于操作者长时间使用，尤显重要。如针对注塑机安全方面，各国制定了安全标准。国内大多数采用美国EN或国际ISO、IEC安全标准，国外的安全标准有欧洲CE、美国SPI标准。 通过安全认证的注塑机，安全事故的发生概率得到了极大的降低，这是因为其理论上因果关系逻辑性强，多层防护，但是国内注塑机应用中安全事故还是偶有发生，为什么呢？安全可靠性有没有进一步提升的空间呢？这是现在探讨的一个焦点。 本课题的主旨是，通过对注塑机锁模部分现有的安全装置及部分改良版本，在使用中存在的隐患进行分析，并从实践应用的角度，从提升锁模安全保护的可靠性出发，提供解决方案。 注塑机锁模安全防护装置的隐患分析 注塑机锁模安全保护装置有电气、液压、机械三种。国内配置要求不少于其中两种装置。 机械保护 顾名思义，当注塑机异常动作时，通过机械装置及时有效的阻挡，进行安全保护。 正常情况下，前安全门关上，机械锁挡板被安全门压住，离开阻挡位置，机器有效锁模。异常时，当安全门未有效关上，机械锁挡板处于阻挡位置，阻挡异常锁模动作的进行。实际应用时，存在如下隐患：挡块卡住，没有进入阻挡；挡块丢失；挡杆为半牙型（图1）时，当挡杆异常旋动后，有效阻挡面积将变小而失效；采用全牙型挡杆（图3）时，开模到位时挡块落在挡杆牙顶上或无牙部位，导致保护失效。 挡杆采用无牙光杆（早期注塑机大多采用这种方式）时，开模到位后，挡板落在光杆上或挡杆与挡板位置太远，导致保护失效（每次换模后，需用调节挡杆的有效长度，才能确保挡板与挡杆有效阻挡，工作量大，费时费力，不实用）。 由于以上原因，机械锁在使用中往往处于失效状态。 液压保护 液压油路中增加一个液压油阀起开关作用，当此液压油阀没有有效打开，会中断液压回路。由于增加了一个液压开关阀，降低了锁模动作油路异常导通（油阀卡住、油阀内泄）的概率，提升了保护系数。 实际控制有两种模式：机械液压联动和电气液压联动。 机械液压联动保护安全门关闭时通过安全门机械力直接作用或者通过传动杆施加机械力给液压开关阀，通断液压回路。 电气液压联动保护锁模时，锁模条件满足后，电脑首先输出锁模液压开关阀信号，此信号与前安全门专门设置的行程开关的触点（安全门关，触点接通）串连，输出到液压开关阀，液压开关阀动作后，触发阀芯位移检测开关，输出一个开关电信号给电脑。电脑在设定时间内检测到此信号，才输出锁模信号。提升了电气、液压保护的保障系数。 实际应用时，存在以下隐患： 机械液压联动保护装置当传动杆松动、卡住或者液压开关阀卡住导致异常导通，从而保护失效。 电气液压联动保护装置液压开关阀卡住，开关阀位移检查开关异常、外部线路短路致开关阀异动而保护失效。 电气液压联动保护装置是通过电气信号对液压开关阀进行控制，在液压方面，可靠性不如机械力直接将开关阀进行通断控制，但其增加了电气控制的保障性。考虑到安装的不方便、成本方面的因素，现今国内大多数注塑机没有安装液压安全保护装置。 电气保护 电气保护是指锁模电气条件没有达到，注塑机电气控制系统不会输出锁模信号。具体是指前后安全门关闭，注塑机锁模前一动作的有效复位后，然后启动锁模，注塑机电气控制系统输出锁模pf及动作信号。如果安全门关有效信号中断，控制系统无锁模输出。 实际应用时，存在以下隐患：开关被卡主、接触不良或电路输入回路短路触发锁模信号。安全门安装不稳，晃动导致锁模开关信号异常触发。外部信号干扰，电脑板坏（譬如尘埃潮湿导致电路触发）、程序失效触发锁模信号。 以上隐患，大多数注塑机机厂家已给以重视，并推出改良版本。 注塑机锁模安全防护装置的改良版本分析 市场上改良版本主要是电气保护，这是因其安装方便、设计改动量少、成本低。 改良措施1：主要解决安全门开关坏或输入回路短路，处于锁模条件触发状态的安全隐患。 具体改良措施如：前安全门关闭过程中，两个安全门触发开关在规定时间内（如力劲注塑机3s内完成状态转换）转换原先状态，达到锁模条件所需状态，注塑机控制系统才确认安全门关闭有效。如果有一开关坏，长期处于触发状态，则不会锁模。 改良措施2：主要解决电脑控制系统异常，输出锁模动作隐患。 具体改良措施如：增加一个电气保护模块，安全门关的信号经过电气保护模块处理后，再输入给电脑，电脑接收后输出锁模信号。锁模输出信号经过电气保护模块输出回路后提供给锁模油阀。 如力劲注塑机锁模电气控制系统，见图2。以上改良，可将电器控制系统自身异常时，输出锁模信号的概率降低一半以下，但还存在不足之处，注塑机控制系统输出端到油路驱动系统与油阀的外部线路短路或异常触发（譬如老鼠咬坏线）则没有有效保护。同时由于增加了相同性质保护元件（如液压开关阀与锁模方向阀、电脑控制系统与电气保护模块），也相应增加了应用成本与故障点。 关键是电气以外的液压、机械失效时，电气保护装置不能最终监控并防止注塑机动板往定板方向的异常移动，安全可靠性提升空间有限。这是因为电气保护装置的特点决定了它是锁模保护系统中的一个控制环节，不是最终保护装置。 虽然通过电气液压联动保护装置，可靠性得到较大的提升，但可靠性不如机械液压联动保护装置。 注塑机安全保护装置可靠性的提升方案 我们知道，注塑机锁模安全保护最直接、直观的是锁模机械保护装置。当外在因素导致保护装置控制回路失效时，我们的办法是让操作人员形成操作习惯，使得机械锁时刻处于有效保护中。 怎样做到让操作人员形成良好的操作习惯，使得机械锁时刻处于有效保护中，这就是此方案的主要课题。加上考虑锁模机械安全锁在使用中的隐患，提出以下解决方案： 安装安全机械锁监控装置，达到以下目的。 当挡块卡住，没有进入阻挡位置；挡块丢失或被人为取消；挡块检测感应电眼失效；则中断锁模安全门关的输入信号，同时切断电脑锁模阀输出信号的外线回路。 改良机械锁挡杆为全牙型，并且可以通过固定端部位来调节挡杆的有效长度。 改良后，挡杆异常转动后，不会导致阻挡有效面积的变化而保护失效；换模时，不会因为模具厚薄变化导致阻挡位置变化而保护失效；只有当开模距离有要求的模具（如拉杆模），才需要调节挡杆的有效长度。锁模前，安全锁挡块必须处于挡杆的牙底，后续的锁模条件才能有效触发。 改良后，让阻挡失效距离大大缩短（等于挡杆单个牙底的宽度-挡板的厚度），同时防止了开模后，挡板落在挡杆牙顶，导致阻挡失效的隐患。 重要的是，操作调试人员适应后，每次换模时，自觉的将开模位置设定到挡板处于挡杆牙底位置的习惯。当所有监控及控制保护系统偶然失效时，那么我们看得见的挡板与挡杆进行阻挡，最后确保锁模动作得到有效保护。 机械锁改良系统-机械电气联动装置设计原理。 下面以力劲pt-B型注塑机为原型，设计一个简化板的机械电气联动装置以作原理说明。注： 1、K1NPN近接感应开关，安装在挡板附近，用以检测挡板状态：挡板处于挡杆牙底时，感应开关处于中断状态；挡板被安全门压住而离开挡杆阻挡位置后，感应开关处于导通状态。 2、K2前安全门行程开关。前安全门关闭后，K2常开触点导通。开前安全门离开K2时，K2常开触点断开。 3、注塑机电脑控制系统，为0V输入有效，0V输出有效。 4、J1、J2为24v工作电压的14插脚的中间继电器。 原理分析： 正常动作流程：关前安全门，首先压合K2，k2常开触点导通，J2得电并自锁，然后压合挡块，K1感应导通，J1得电。因此J1、J2常开触点导通，将前安全门信号输入给电脑，电脑输出锁模信号，锁模信号经过J1、J2常开触点输出到锁模油阀。 异常情况的保护分析： 锁模前，由于开模位置设定不当，安全挡块处于挡杆牙顶上或挡块被卡住，没有处于挡杆牙底，脱离了阻挡位置。此时K1感应导通，J1得电，J1常闭触点断开。 那么关前安全门，首先压合K2，k2常开触点导通，由于J1常闭断开，J2无法得电。那么电脑接收不到前安全门信号，也就没有锁模信号输出，同时J2的常开触点将锁模油阀外接线断开，进一步保障锁模误动作不会发送。 挡板丢失、人为取消或者感应开关K1坏了，一直处于中断状态。以上情况 K1中断，J1无法得电，J1常开触点一直处于中断状态，那么电脑接收不到前安全门输入信号，同时J1的常开触点将锁模油阀外接线断开，进一步保障锁模误动作不会发送。 挡块感应开关坏，K1一直处于得电状态，此时J1得电，J1常闭触点断开。那么前安全门关闭到位，J2也无法得电，那电脑接收不到前安全门信号，也就没有锁模信号输出，同时J2的常开触点将锁模油阀外接线断开，进一步保障锁模误动作不会发送。 前安全门开关K2常开触点一直处于导通的异常状态。当挡块处于正常位置，此时由挡块是否被安全门压合来判断安全门是否关闭，触发前安全门关的输入信号，由J1控制锁模动作。防止了前安全门没有关闭，因K2常开触点导通而发生锁模动作的隐患。 以上方案从成本方面考虑，在注塑机原有基础上只增加了1个感应近接开关、2个24v中间继电器，相对锁模电气保护装置的改良、锁模液压安全保护装置的加装来说有很大的优势。从安全可靠性方面分析：电气方面，由于在前安全门输入信号回路与锁模输出外接线回路串联了控制元件，增加了原有的电气控制系统中锁模保护的可靠性。机械锁模保护方面，这能让操作人员养成好的习惯：每次更换模具后，设定合理的开模位置，才能锁模。使得每次开模后，安全挡块处于挡杆牙底的有效阻挡位置，确保机械锁模保护有效。达到了此次课题的基本诉求。 结语 现有的注塑机锁模保护装置，除了本身缺陷有待完善外，在使用过程中，由于不确定的外在因素的存在，特别是操作使用者本身的专业性、习惯性的影响，保护装置可靠性达不到设计目标，因此事故时有发生。 锁模保