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?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)電氣安全標準的要求。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，以減少操作者進入危險區(qū)的需要。

　　2）失效安全

　　設(shè)計者應(yīng)該保證當機器發(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、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：只有當安全裝置關(guān)合時，機器才能運轉(zhuǎn)；而只有當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?？刂蒲b置的原理：只有當控制裝置完全閉合時，機器才能開動。當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。

　　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。因此，還要設(shè)置能為所有的人提供保護的安全裝置。當使用這類裝置時，其兩個控制之間應(yīng)有適當?shù)木嚯x，而機器也應(yīng)當在兩個控制開關(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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