智能冲床人手安全保护装置技术领域本实用新型智能冲床人手安全保护装置涉及到工厂使用的冲床与操作者人手的安全保 护，适用于旧冲床改造和新冲床加装，属机电一体化自动控制领域。 背景技术冲床是五金制造业工伤事故的第一 "杀手"，而冲床造成的断指之灾日日都在发生， 虽然人们在不断地研制安全保护装置，但都未能彻底解决存在的隐患，比如目前较为流行 采用对射型红外线监控，.驱动气刹装置技术未能达到预期效果，原因是：其一，对射型红 外线监控装置不能适应或配合多种变化的五金生产模具；其二，虽然采用"气刹"技术实 行防误踩动作，但冲床己下冲时不能紧急制动；其三，由于使用对射型红外线监控技术经 常因金属五金件进入监控区而产生了误动作，直接影响了生产效率，按件计酬的工人不乐 意使用，即使目前也有采用"人体热释电监控技术"投入冲床人手安全保护，但它所采用 的是防盗用的菲涅尔透镜传输信号，它的误动作根本不适用冲床的实际生产，在众多的机 械设备中，各种机床都配以自动控制系统操作，唯独是冲床，至今为止尚未有较为完善的 控制系统，尤其是安全保护系统。 实用新型内容本实用新型智能冲床人手安全保护装置，它由热释电和反射式红外线电子电路结合组 成一种电子监控机构；由电气分立元件和冲床的刹车装置构成自动控制系统反接制动和辅 助刹车保险机构；由牵引电磁铁YA,控制传动板"C"的位移压住冲床离合器传动顶板，构 成防误踩保险机构；并由检测机构和安装支架等组成。它采取了如下的技术方案：当冲床即将实行冲压，人手在监控危险区，自动控制系统 动作，由牵引电磁铁YA,的衔铁连接的传动板"C"向前位移压住冲床离合传动顶板，离合 器不能开启；当冲床己冲压，只要曲轴一转动，加装的滑轮"E"离开限位开关SQ,，自动 控制系统实行反接制动，由电机的传动皮带牵住冲压动力轮不能动作，同时牵引电磁铁 YA2操纵摩托车碟刹装置"F"实行辅助刹车。本实用新型是机电一体化的智能产品，能避免工伤事故的发生，造福社会，国内外尚 未有先例，其实用性和可靠性很高，而工厂使用需求量大，对经济效益和社会效益都起到 了积极作用。 附图说明图1是本实用新型技术动作过程的方框图。 图2是本实用新型釆用的各部件安装位置示意图。 图3是本实用新型采用的电气自动控制原理图。 图4是本实用新型采用的电子监控电路原理图。参照图l，它是本实用新型的技术动作过程方框图，其特征在于： 一种人体热释电红 外线监控器"A"结合反射式红外线监控器"B"组成交叉式监控网，由中间继电器KA, 交流接触器KM,、 KM2、 KM3，限位开关SQ!、 SQ2，牵引电磁铁YA,、 YA2以及传动压板"C"，

撞块"D"，滑轮"E"，整套摩托车液压刹车装置"F"等，并由编码导线连接成一个电子 监控机构、自动控制系统反接制动紧急刹车和辅助刹车机构、脚踏离合防误踩保险机构、 检测机构、安装支架等组成一种智能冲床人手安全保护装置。参照图2，它是本实用新型采用各部件安装位置示意图，其整体结构特征在于：1是 电子电气自动控制箱，内装自动控制系统电路和操作开关；2是由不锈钢方管组成的安装 支架，支架上装有可移动距离和调节高低的人体热释电红外线监控器"A"和装有反射式 红外线监控器"B"， "A"由180度可转向调节的塑料件连接，并用不锈钢螺丝固定在支架 上，"B"可移动调节高低和左右，用不锈钢螺丝固定位置，形成一个组合式的监控网；3 是连接曲轴的刹车皮座加装的滑轮"E"和控制的限位开关SQl; 4是"A"型监控器；5 是"B"型监控器；6是用角铁焊接的安装支架，用螺丝固定在冲床左上端；7是摩托车整套液压刹车装置"F"，由上泵、下泵和液压油管连接，上泵装在冲床顶部，摩托车手刹柄 与牵引电磁铁YA2衔铁相扣，用铁板和螺丝连接固定，下泵用螺丝固定在"6"的支架上， 下泵的刹车皮夹住刹车碟两边，刹车碟由法兰连接，用螺丝固定在冲床曲轴左边的裸露部 位；8是牵引电磁铁YA2; 9是牵引电磁铁YA,， YA,衔铁后端装有复位弹簧，它的安装定位 可根据各厂家的冲床脚踏传动杆的动作方向向上或向下而定；IO是加装的传动压板"C"， 用铁板和螺丝与¥八1的衔铁连接固定，安装定位在冲床的右侧上方；ll是冲床机械离合开 关传动连接的顶板，有些冲床需在传动杆加装顶板；12是绿色安全显示灯HL,它用角铁 支承安装在冲床正面的左边或右边；13是冲床开启离合器的传动杆；14是加装的撞i央"D"， 用螺丝固定在传动杆上，SQ2的通断可免用撞块D，用KM3动断触头代替SQ2; 15是限 位开关SQ,，用铁板连接再固定在冲床传动杆右边；16是冲床的机械离合开关。 参照图3，它是本实用新型采用的电气自动控制原理图,其线路连接特征在于：(1) 由LL山3和漏电保护开关QS以及熔断器FU,、 FU2、 FU3组成380V电源和保护电路， 供主控电路使用，由L,和N组成220V的控制工作电压供控制电路使用；(2) 是电机M的主控电路，由交流接触器K^^主触头供380V交流电使电机正转，由交 流接触器腿2主触头使原电源相序反接，由热继电器FR对电机实行超载保护；(3) 是电机动作的控制电路，SA,是锁扣式总开关，（1-3)是双联式按钮动断开关381 连接点，（3-5)是382动合开关和踢1自保持动合触头连接点，（5-7)是交流接触器KM3动 断触头连接点，（7-9)是交流接触器KM2动断触头连接点，（9-11)是KM,线圈连接点，（11 一O)是热继电器FR动断触头连接点，（l-13)是时间继电器KT的动合触头连接点，（13-5) 是中间继电器KA的动断触头连接点，（1-5)是点动开关SB4连接点，它的安装可与SB2同 用一个按扭；(4) 是电机实行反接制动紧急刹车和辅助刹车的控制电路，（1-15)是双联式按钮动 合开关SB,的连接点，也是交流接触器KM2自保持动合触头连接点，（15-17)是时间继电 器KT的动断触头连接点，（17-19)是交流接触器KM,动断触头连接点，（19-0)是交流接 触器KM2线圈连接点，（15-0)是通电延时的时间继电器KT动作所需电源连接点，（1一15) 是交流接触器KM3动合触头连接点，（15-21)是交流接触器KM2动合触头连接点，（21-23) 是熔断器FU4连接点，（23-0)是牵引电磁铁YA2线圈连接点；(5)是产生紧急刹车信号的控制电路，（1—25)是中间继电器KA动合触头连接点， (25—27)是限位开关SQ,动断触头连接点，（27—0)是交流接触器KM3线圈连接点；(6) 是冲床脚踏机械离合开关防误踩控制电路，（1-29)是中间继电器KA动合触头 和按钮开关SB3动合触头连接点，（29-31)是限位开关SQ2动断触头连接点，该连接点也 可用跳动断触头代替，（31—33)是熔断器FUs连接点，（33-0)是牵引电磁铁YA,线圈和 绿色指示灯HL所需电源连接点；

(7) 是监控器启动中间继电器KA的控制电路，（35_37)是中间继电器KA吸合时所 需直流电源连接点。

一个自动控制线路的特征还在于：由交流接触器KMt KM2 KM3，中间继电器KA和时间 继电器KT以及牵引电磁铁YA2.限位开关SQ,等构成一个反接制动紧急刹车和辅助刹车的保 险机构；由中间继电器KA，限位开关SQ2和牵引电磁铁YA!等构成一个防误踩的保险机构； 由双联按钮开关SB,和按钮开关SB3等构成一个自动控制系统动作是否可靠的检测机构。

参照图4，它是本实用新型电子监控电路的原理图，其线路连接特征在于：A型热释 电红外线监控电路连接如下：热释电传感器PIR的D端接IC2CS9803的4脚，PIR的G 端接负电，其信号输出端S接IC2的2脚，S端接电阻&的一端，Ri另一端接地，S端同时接电容C2的一端，C2另一端接地，IC2的1、 3脚并连电阻R4电容C5的两端，IC3的3 脚接电阻R7的一端，R7另一端接电解电容Q的正极端，C8的负极端接地，IC3的1脚接 电解电容Q的负极端，C6正极端接电阻R6的一端，R6的另一端接IC3的14脚，IC3的14、16脚并连电阻R5电容C7的两端，IC3的4脚接电解电容d的正极端，d负极端接地，IC3 的5脚接地，6脚接电阻R2和电容Q的一端，C4另一端接地，电阻R2另一端接三端稳压 器IC27806的3脚，IC3的7脚空置不用，8脚接电阻R3和电容C3的一端，C3的另一端接 地，R3另一端接IC2的3脚，IC39、 IO脚空置不用，11脚接电阻118119的一端，Rs另一端 接发光二极管LED!的正极，LEDi负极接地，R9另一端接三极管C8050的基极，三极管 发射极接地，集电极接开关二极管D54148的正极，4148的负极接继电器KA线圈的一端， 线圈另一端接Id的3脚，IC3l2脚空置不用，13脚接IC2的3脚，IC3l5脚接电解电容 C9的正极，C9负极接地，IC2的2脚接地，1脚接电阻Rn)的一端，Ru)另一端接Id的3 脚，Id的2脚接地，Id的l脚接整流器VC的正电输出端，整流器负电输出端接地，VC 的另两端分别接电源变压器T次级线圈两端，整流器正电输出端接电阻Rn的一端，Ru 另一端接发光二极管LED2的正极，LED2负极接地，电解电容Cn正极端接VC正电输出 端，Cn负极端接地，IQ3脚正电输出端接继电器KA动合触头的一端，动合触头另一端 接连接插座X的一端；B型反射式红外线监控电路连接如下：由三极管Vf9013和V2C8050组成的复合管， 其集电极并连可调电阻RP的一端，RP的另一端接红外线发射二极管PH303的负极，PH303 的正极接IC!7809的3脚，V《9013的发射极接V2C8050的基极，V2C8050的发射极接 地，ViC卯13的基极接电阻R!的一端，R!另一端接IC3LM567的5脚，电阻112的一端接 正电，另一端接电容C!的一端和红外线接收二极管PH302的负极，PH302的正极接地， 电容Q的一端接电阻R3的一端，R3的另一端接IC2LM741的二脚，LM741的3、 4脚接 地，IC27脚接正电，电阻R4—端接IC2LM741的2脚，另一端接LM741的6脚和电容 C2的一端，C2的另一端接IC3LM567的3脚，LM567的4脚接正电，7脚接地，5脚接 !^的一端和电阻R5的一端，R5的另一端接LM567的6脚和电容C3的一端，Cs的另一端

接地，IC3LM567的1脚接电解电容Q的正极，Ct的负极接地，IC3LM567的2脚接电解 电容Cs的正极，Cs的负极接地，IC3的8脚接电阻R7的一端和发光二极管LED的负极， 发光二极管的正极接电阻R^的一端，R6的另一端接IC!7809的3脚，电阻117的另一端接 三极管V3C8050的基极，V3发射极接地，集电极接开关二极管D34148的正极，D3的负极 接连接插座X的一端，Id的2脚接地，Id的1脚接连接插座X KA动合触头正电输出 端，连接插座X的另一个插位连接A和B的地线。用于人体探测的热释电红外传感器PIR采用双元或四元式结构，在传感器接收窗口前 装上菲涅尔透镜，能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外，它仅允许波长范围8-14um 通过，而人体辐射的红外线波长约为9.5um，恰好在它的允许波长范围内，因此人手移动 发出的信号能被传感器接收，传感器内部红外探测元阻抗高达1000MQ，因此需用高阻抗 的场效应管，接成源极跟随器，使之变成低阻抗的控制信号，方能与放大器输入端相匹配， 在传感器窗口前加装菲涅尔透镜是不可缺少部份，它能把人体辐射的红外线聚焦到热释电 红外元上，并交替变化红外辐射高灵敏区和盲区，使探测元产生时强时弱时有时无的电脉 冲信号，并通过阻抗变换器的变换由输出端输出；热释电红外线监控电路采用的IC3CS9803功能齐全，它由内部振荡器、计数器、热释 电红外检测器、电压放大器，系统时钟，温度补偿、输出控制等电路组成，它的引脚功能 如下：l脚为内部运放l的输出端，2脚为运放1的同相输入端，3脚为运放1的反相输 入端，4脚为参考电压输入端，5脚为接地端，6脚为内部系统时钟外接R、 C元件端，7 脚为测试端（本电路免用），8脚为定时时钟外接R、 C元件端，调节RC可调整输出控制 时间的长短，在本电路R2取值4.7K、 C:;取值IOOP，其输出时间约为0.8秒左右，9脚为 光控输入端（本电路免用），10脚为驱动双向可控硅输出端（本电路免用），ll脚为驱动 继电器输出端，12脚为过零检测输入端（本电路免用），13脚为正电源端，14脚为第二 运放反相输入端，15脚为第二运放同相输入端，16脚为第二运放输出端；当人手伸到监控区时，传感器PIR接收窗口通过菲涅尔透镜接收到人手移动发出的波 长9.5um信号，经内部处理转为低阻抗的电脉冲信号，由S端经R,、 C2组成的低通滤波器 输入IC:,CS9803的2脚，再经IC3内部处理后，ll脚输出高电平，发光二极管LEDt导通发 光，三极管VC8050导通，集电极输出负脉冲，中间继电器KA吸合，经整流稳压的12V 电压由KA的动合触头向"B"监控器电路的三端稳压工d7809供电，使它变为9V的工作 电压；反射式红外线监控电路由三极管K C9013和V2C8050组成的复合管向D,红外发射二极 管PH303提供振荡信号，它的调制频率由IC3LM567音频译码器的5脚提供，5脚外接电阻 R;和电容C,经内部调整产生40KHZ振荡信号， 一则作为IC本身谐振，二则向复合管提供 调制频率，当D,PH303向外发射红外幅射信号，人手或物体遮挡使它反射，红外接收管 D2PH302将接收到的信号转换为电压脉冲信号，通过d耦合到电压放大器IC2LM741的二脚 进行电压放大，R4是它的反馈电阻，也是它的电压放大倍数，6脚输出放大后的信号经C2 耦合到IC:,的3脚LM567音频译码电路，当3脚输入的信号频率与振荡频率一致时，频率 被锁定，译码生效，8脚输出低电平，Re是LM567内部集电极开路输出管的负载电阻（即 上拉电阻），也是发光二极管LED的限流电阻，由R7交连电阻使V3C8050导通，集电极输 出低电平，通过开关二极管D34148使KA吸合，图中的X是"A"和"B"组合使用时的连

接插座，由"A"和"B"组成的监控网，"A"可使"KA"吸合，而"B"是为了防止人手 停留在危险区时，也能使"KA"吸合，当金属件进入"A"监控区时，"A"不动作，只有 人手进入"A"监控区，"B"才能有电，所以不会由金属件引起误动作，对安全可靠性得 到了进一步提高；在本电路中D^H303和D2PH302安置在同一平面内，由塑料件隔离遮光，以免自感应， 平时，PH302收不到PH303的发射信号，电路处于稳定状态， 一旦人手或物体接近时，通 过反射作用使接收电路收到发射信号，便进入触发状态，为了提高D,、 D2的发射和接收效 率，增大发射和接收距离，本电路采用聚光透镜，把发光管置于透镜的光焦点上，调节限 流电阻RP，可改变发射距离的长短；图中虚线框内是组合式监控器的电源部份（装在金属箱体内），由电源变压器T把交 流220V电压变为12V，经VCD,-D440 02桥式整流，由电解电容Cu、 d。组成两级滤波电路， 再由"A"的Id7812供电"A"和"B"共同控制的继电器KA动作，由IC278 06供电人体 热释电监控电路动作，由"B"的IC,7809供电反射式红外线监控器工作，"A""B"监控 器的阻容编码采用独立编码，监控器的电解电容电压值均采用16V， "B"型监控器可采用 图中电路，也可采用电子市场销售的E3JK-DS30M2型的反射式红外线监控器成品。 实施例说明参照图2各部件安装位置，如图实施安装，调试电子监控方位后，在冲床电机正转情 况下，冲床即将实施冲压，此时SQ,由滑轮"E"压住处于断离状态，人手进入监控危险区 时，图4 "A"监控器接收到人手移动发出波长9.5um的红外幅射频率，由IC3CS9803的 11脚输出4.5V的正脉冲电压信号，指示灯LED,亮，三极管VC8050导通，中间继电器KA 线圈吸合，由图3的KA (1—29)动合触头使牵引电磁铁Y夂吸合，衔铁产生位移，传动 压板"C"(图2 "10")向前伸出压住脚踏开关顶板"11"，同时传动杆"13"不能上升， 机械离合开关（图2 "16")不能开启，冲床的冲头和上工模没有动作，不会往下冲压， 对人手即将进入危险区前实行保护，与此同时如果人手仍然停留在危险区，"B"型反射式 红外线监控器（已由"A"提供电源)接收到反射信号，由图4的V3C8050导通，使中间继 电器KA仍然处于吸合状态，YAi也吸合，冲头和上工模不会往下冲压，人手离开监控区后， YA,复位，同时绿色指示灯瞬间熄灭后，脚踏开关正常开启冲压，不影响冲压工作效率。在冲床实行冲压的情况下，或者在冲床离合开关内部反机弹簧折断，或者离合器停机 挡板的压力弹簧折断造成冲头意外往下冲压的情况下，人手误闻危险区，此时，监控器"A" 收到9.5um的人手移动频率信号，中间继电器KA吸合，牵引电磁铁Y^本该吸合，但冲床 冲头正实行冲压，传动杆连接的撞块"D"(图2的14)早已压住限位开关SQ2 (图2的15) (29-31)动断触头使¥八1断电释放，传动压板"C"没有动作，不会实行防误踩动作，由 于曲轴的转动，限位开关SQ,的动断触头（25-27)复位导通，（该触头由原滑轮"E"压住 处于分离状态）参照图3，控制电源从KA (1-25)动合触头经（25-27)使交流接触器KM:i 吸合，控制电源再由（1—15)腿3动合触头，使腿2吸合，通电延时的时间继电器KT也导 通开始计时，控制电源从KM2动合触头（15-21)使牵引电磁铁YA2吸合，刹车皮和碟实施 减速和辅助刹车；由于腿3的（5-7)动断触头先切断了交流接触器KM,线圈吸合的电源， 并解除自锁，电机M正转电源从KM,主触头断离，电机速度迅速下降，但仍作惯性运转， 反电动势仍较高，此时由于KM2吸合，其主触头将电源原U相和W相对调，V相不变，向

电机定子绕组输入了逆序电源，以反向电流产生了制动转矩，在制动转矩的作用下，电机 传动皮带牵住冲压动力轮不能动作，同时冲床原有的刹车装置实行刹车，约0.5秒时间冲 床冲头已停止动作，紧急刹车即生效，此时电机已进入反转状态，为防止电机继续反转， 已在计时的时间继电器KT (15-17)动断触头按原设定的计时时间将实施反接制动的交流 接触器KM2线圈电源切断，并解除自锁，認2释放，实施以时间为原则的反接制动结束，在 实际使用中，有时由于冲床的曲轴连杆将冲头和上工模传动到曲轴顶部停下，由于冲床滑 块和冲压上工模本身的重量会往下坠，形成冲头下滑现象（但没有冲压力），此时辅助刹 车的牵引电磁铁YA2的吸合动作已使摩托车的液压刹车的下泵刹车皮紧紧夹住刹车碟而传 动着冲床的曲轴不能动作，彻底解决了冲床的惯性动作。在冲床的正常冲压情况下，人手不在危险区，监控器收不到信号，中间继电器KA线 圈不吸合，KA (1-25)动合触头不动作，即使限位开关SQ,导通，但不导电，所以紧急刹 车不生效，冲床继续实行正常冲压，上述说明本实用新型智能冲床人手安全保护装置是否 需要实行紧急刹车，完全决定于人手移动的波长9. 5um频率信号是否进入监控危险区被监 控器接收，能以配合准确的动作和定位，给冲床增加了智能化。为方便操作者生产，保证生产效率，使冲床实行紧急刹车后能自动开启电机正转，控 制电路设置了由时间继电器KT (1-13)的动合触头，但又要防止操作者的人手仍会停留 在危险区，所以增加设置KA (13-5)动断触头，当人手停留在危险区时，电机不能自动 开，当人手离开危险区时（13—5) KA动断触头复位，交流接触器KMi线圈吸合，电机M 自动起动。以上实施例是本实用新型在实际生产中的动作全过程。综上所述，本实用新型是一个 动作可靠、机电一体化的智能产品，它可造福社会，该产品国内外尚未有先例，到目前为 止，凡使用上述产品的，未曾发生一例工伤事故，安全效果显著。