2015年安全工程師輔導(dǎo)《技術(shù)》：機械安全設(shè)計與機器安全裝置

　　機械安全包括設(shè)計、制造、安裝、調(diào)整、使用、維修、拆卸等各階段的安全。安全設(shè)計可最大限度地減小風(fēng)險。機械安全設(shè)計是指在機械設(shè)計階段，從零件材料到零部件的合理形狀和相對位置，從限制操縱力、運動件的質(zhì)量和速度到減少噪聲和振動，采用本質(zhì)安全技術(shù)與動力源，應(yīng)用零部件間的強制機械作用原理，結(jié)合人機工程學(xué)原則等多項措施，通過選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計結(jié)構(gòu)，盡可能避免或減小危險；也可以通過提高設(shè)備的可靠性、操作機械化或自動化以及實行在危險區(qū)之外的調(diào)整、維修等措施，避免或減小危險。

　　1．本質(zhì)安全

　　本質(zhì)安全是通過機械的設(shè)計者，在設(shè)計階段采取措施來消除機械危險的一種機械安全方法。

　　1）采用本質(zhì)安全技術(shù)

　　本質(zhì)安全技術(shù)是指利用該技術(shù)進(jìn)行機械預(yù)定功能的設(shè)計和制造，不需要采用其他安全防護(hù)措施，就可以在預(yù)定條件下執(zhí)行機械的預(yù)定功能時滿足機械自身的安全要求。包括：避免銳邊、尖角和凸出部分；保證足夠的安全距離；確定有關(guān)物理量的限值；使用本質(zhì)安全工藝過程和動力源。

　　2）限制機械應(yīng)力

　　機械零件的機械應(yīng)力不超過許用值，并保證足夠的安全系數(shù)。

　　3）材料和物質(zhì)的安全性

　　用以制造機械的材料、燃料和加工材料在使用期間不得危及人員的安全或健康。材料的力學(xué)特性，如抗拉強度、抗剪強度、沖擊韌性、屈服極限等，應(yīng)能滿足執(zhí)行預(yù)定功能的載荷作用要求；材料應(yīng)能適應(yīng)預(yù)定的環(huán)境條件，如有抗腐蝕、耐老化、耐磨損的能力；材料應(yīng)具有均勻性，防止由于工藝設(shè)計不合理，使材料的金相組織不均勻而產(chǎn)生殘余應(yīng)力；同時，應(yīng)避免采用有毒的材料或物質(zhì)，應(yīng)能避免機械本身或由于使用某種材料而產(chǎn)生的氣體、液體、粉塵、蒸氣或其他物質(zhì)造成的火災(zāi)和爆炸危險。

　　4）履行安全人機工程學(xué)原則

　　在機械設(shè)計中，通過合理分配人機功能、適應(yīng)人體特性、人機界面設(shè)計，作業(yè)空間的布置等方面履行安全人機工程學(xué)原則，提高機械設(shè)備的操作性和可靠性，使操作者的體力消耗和心理壓力降到最低，從而減小操作差錯。

　　5）設(shè)計控制系統(tǒng)的安全原則

　　機械在使用過程中，典型的危險工況有：意外啟動、速度變化失控、運動不能停止、運動機械零件或工件脫落飛出、安全裝置的功能受阻等?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計應(yīng)考慮各種作業(yè)的操作模式或采用故障顯示裝置，使操作者可以安全地處理。

　　6）防止氣動和液壓系統(tǒng)的危險

　　采用氣動、液壓、熱能等裝置的機械，必須通過設(shè)計來避免由于這些能量意外釋放而帶來的各種潛在危害。

　　7）預(yù)防電氣危害

　　用電安全是機械安全的重要組成部分，機械中電氣部分應(yīng)符合有關(guān)電氣安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。預(yù)防電氣危害應(yīng)注意防止電擊、短路、過載和靜電。

　　設(shè)計中，還應(yīng)考慮到提高設(shè)備的可靠性，降低故障率，以降低操作者查找故障和檢修設(shè)備的概率；還應(yīng)采用機械化和自動化技術(shù)，盡量使操作人員遠(yuǎn)離有危險的場所；還應(yīng)考慮到調(diào)整、維修的安全，以減少操作者進(jìn)入危險區(qū)的需要。

　　2）失效安全

　　設(shè)計者應(yīng)該保證當(dāng)機器發(fā)生故障時不出危險。相關(guān)裝置包括操作限制開關(guān)、限制不應(yīng)該發(fā)生的沖擊及運動的預(yù)設(shè)制動裝置、設(shè)置把手和預(yù)防下落的裝置、失效安全的限電開關(guān)等。

　　3）定位安全

　　把機器的部件安置到不可能觸及的地點，通過定位達(dá)到安全。但設(shè)計者必須考慮到在正常情況下不會觸及到的危險部件，而在某些情況下可能會接觸到，例如登著梯子對機器進(jìn)行維修等情況。

　　4）機器布置

　　車間合理的機器安全布局，可以使事故明顯減少。安全布局時要考慮如下因素：

　?。?）空間：便于操作、管理、維護(hù)、調(diào)試和清潔。

　?。?）照明：包括工作場所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止炫目）和為操作機器而特需的照明。

　?。?）管、線布置：不要妨礙在機器附近的安全出入，避免磕絆，有足夠的上部空間。

　?。?）維護(hù)時的出入安全。

　　5．機器安全裝置

　　1）固定安全裝置

　　在可能的情況下，應(yīng)該通過設(shè)計設(shè)置防止接觸機器危險部件的固定安全裝置。裝置應(yīng)能自動地滿足機器運行的環(huán)境及過程條件。裝置的有效性取決于其固定的方法和開口的尺寸，以及在其開啟后距危險點應(yīng)有的距離。安全裝置應(yīng)設(shè)計成只有用諸如改錐、扳手等專用工具才能拆卸的裝置。

　　2）連鎖安全裝置

　　連鎖安全裝置的基本原理：只有當(dāng)安全裝置關(guān)合時，機器才能運轉(zhuǎn)；而只有當(dāng)機器的危險部件停止運動時，安全裝置才能開啟。連鎖安全裝置可采取機械的、電氣的、液壓的、氣動的或組合的形式。在設(shè)計連鎖裝置時，必須使其在發(fā)生任何故障時，都不使人員暴露在危險之中。

　　3）控制安全裝置

　　要求機器能迅速地停止運動，可以使用控制裝置。控制裝置的原理：只有當(dāng)控制裝置完全閉合時，機器才能開動。當(dāng)操作者接通控制裝置后，機器的運行程序才開始工作；如果控制裝置斷開，機器的運動就會迅速停止或者反轉(zhuǎn)。通常，在一個控制系統(tǒng)中，控制裝置在機器運轉(zhuǎn)時不會鎖定在閉合的狀態(tài)。

　　4）自動安全裝置

　　自動安全裝置的機制是把暴露在危險中的人體從危險區(qū)域中移開。它僅能使用在有足夠的時間來完成這樣的動作而不會導(dǎo)致傷害的環(huán)境下，因此，僅限于在低速運動的機器上采用。

　　5）隔離安全裝置

　　隔離安全裝置是一種阻止身體的任何部分靠近危險區(qū)域的設(shè)施，例如固定的柵欄等。

　　6）可調(diào)安全裝置

　　在無法實現(xiàn)對危險區(qū)域進(jìn)行隔離的情況下，可以使用部分可調(diào)的固定安全裝置。這些安全裝置可能起到的保護(hù)作用在很大程度上有賴于操作者的使用和對安全裝置正確的調(diào)節(jié)以及合理的維護(hù)。

　　7）自動調(diào)節(jié)安全裝置

　　自動調(diào)節(jié)裝置由于工件的運動而自動開啟，當(dāng)操作完畢后又回到關(guān)閉的狀態(tài)。

　　8）跳閘安全裝置

　　跳閘安全裝置的作用是，在操作到危險點之前，自動使機器停止或反向運動。該類裝置依賴于敏感的跳閘機構(gòu)，同時也有賴于機器能夠迅速停止（使用剎車裝置可能做到這一點）。

　　9）雙手控制安全裝置

　　這種裝置迫使操縱者要用兩只手來操縱控制器。但是，它僅能對操作者而不能對其他有可能靠近危險區(qū)域的人提供保護(hù)。因此，還要設(shè)置能為所有的人提供保護(hù)的安全裝置。當(dāng)使用這類裝置時，其兩個控制之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，而機器也應(yīng)當(dāng)在兩個控制開關(guān)都開啟后才能運轉(zhuǎn)，而且控制系統(tǒng)需要在機器的每次停止運轉(zhuǎn)后重新啟動。

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