机械安全技术（要点）

　　二、人的生理特性
　　l，视觉①暗适应与明适应能力。2.眩光。3)视错觉。视错觉是普遍存在的现象，其主要类型有形状错觉、色彩错觉及物体运动错觉等。其中常见的形状错觉有长短错觉、方向错觉、对比错觉、大小错觉、远近错觉及透视错觉等。色彩错觉有对比错觉、大小错觉、温度错觉、距离错觉及疲劳错觉等。
　　(2)视觉损伤与视觉疲劳①视觉损伤。在生产过程中，除切屑颗粒、火花、飞沫、热气流、烟雾、化学物质等有形物质会造成对眼的伤害之外，强光或有害光也会造成对眼的伤害。
　　眼睛能承受的可见光的最大亮度值约为106cd/m2。如越过此值，人眼视网膜就会受到损伤。300mm以下的短波紫外线可引起紫外线眼炎。紫外线照射4～5h后眼睛便会充血，l0～12h后会使眼睛剧痛而不能睁眼，这一般是暂时性症状，大多可以治愈。常受红外线照射可引起白内障。直视高亮度光源<如激光、太阳光等，会引起黄斑烧伤，有可能造成无法恢复的视力减退。低照度或低质量的光环境，会引起各种眼的折光缺陷或提早形成老花。眩光或照度剧烈而频繁变化的光可引起视觉机能的降低。②视觉疲劳。
　　3)视觉的运动规律①眼睛的水平运动比垂直运动快，即先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。所以，一般机器的外形常设计成横向长方形。②视线运动的顺序习惯于从左到右，从上到下，顺时针进行。③对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速，且不易疲劳。④当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。⑤在视线突然转移的过程中，约有3%的视觉能看清目标，其余97%的视觉都是不真实的，所以在工作时，不应有突然转移视线的要求，否则会降低视觉的准确性。如需要人的视线突然转动时，也应要求慢一些才能引起视觉注意。为此，应给出一定标志，如利用箭头或颜色预先引起人的注意，以便把视线转移放慢。或者采用有节奏的结构。⑥对于运动的目标，只有当角速度大于l'/s～2'/s时，且双眼的焦点同时集中在同一个目标上，才能鉴别出其运动状态。⑦人眼看一个目标要得到视觉印象，最短的注视时间为0.07～0.3s，这里与照明的亮度有关。人眼视觉的暂停时间平均需要0.17s。
　　2.听觉:听觉的功能有分辨声音的高低和强弱，还可以判断环境中声源的方向和远近。
　　(1)听觉绝对阈限。一般识别声音所需要的最短持续时间为20～50 ms。听觉的绝对阈限包括频率阈限、声压阈限和声强阈限。声强是指在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的平均声能，单位为W/m2。频率为20Hz、声压为2×10-5Pa、声强为10-12w/m2的为听阈。低于这些值的声音不能产生听觉。
　　(2)听觉的辨别阈限。人耳具有区分不同频率和不同强度声音的能力。
　　(3)辨别声音的方向和距离。一般在自由空间，距离每增加一倍，声压级将减少6dB(A)。
　　2)听觉的掩蔽。
　　1)反应时间。一般反应时间约为0.1～0.5s。复杂的选择性反应时间达l～3s，复杂判断和认识的反应时间达3～5s，
　　2)减少反应时间的途径 (1)合理地选择感知类型。发现听觉和知觉反应时间最短，约0.1～0.2s，其次是触觉和视觉。(2)适应人的生理心理要求，按人机工程学原则设计机器。(3)操作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度。

　　(二)人体的特性参数
　　1、人体特性参数
　　1)静态参数
　　2)动态参数
　　3)生理学参数:包括人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率及人体表面积和体积等。
　　4)生物力学参数,如握力、拉力、推力、推举力、转动惯量等。
　　2. 人体劳动强度参数。
　　(1)能量代谢率。人的能量，由ATP—CP(三磷酸腺苷—磷酸肌酸)系统、乳酸能系统和有氧氧化系统提供的。
　　1)人体能量代谢的测定方法.常用的能量代谢测定方法有直接法和间接法两种。目前一般采用间接法
　　能耗量通常以千卡(kcal)表示。关于氧耗量有两种表示方法，一种以每分钟所消耗的氧气的容积表示，即每分钟耗氧多少升(L/min)：另一种以人体千克体重每分钟消耗的氧气量表示[cm3/(kg•min)]。
　　1 L/min= W×10-3 cm3/(kg•min)
　　从事劳动所需要的能量最终来源于糖、脂肪、蛋白质的氧化和分解，而且这三者在体内可以通过一定的生物化学机制相互转换.这在生物化学上被称为“三羧酸循环”。
　　2)能量代谢与能量代谢率。能量代谢分为三种，即基础代谢、安静代谢和活动代谢。④相对能量代谢率RMR。
　　3)影响能量代谢的因素
　　影响人体作业时能量代谢的因素很多，如作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度等。
　　(2)耗氧量(L/min)每分钟的需氧量称为耗氧量。人体每分钟内能供应的最大氧量称为最大耗氧量，正常成人一般不超过3 L，常锻炼者可达到4 L以上。
　　(3)心率F(rain“)在其他条件相同时，有时也用心率的变化来评价劳动强度
　　(4)人的劳动强度
　　劳动强度是以作业过程中人体的能耗量、氧耗、心率、直肠温度、排汗率或相对代谢率等作为指标分级的。由于最紧张的脑力劳动的能量消耗一般不超过基础代谢的10%.而体力劳动的能量消耗可高达基础代谢的10—25倍，因此，以能量消耗或相对代谢率作为指标制定的劳动强度分级，只适用于以体力劳动为主的作业。
　　1)国外的劳动强度分级
　　国外常用的克里斯坦森标准是以能耗量和氧耗量作为分级标准来划分不同劳动强度的,我国现使用的是1997年修订的国家标准《体力劳动强度分级》1)劳动强度指数，
　　1.疲劳的定义
　　疲劳分为肌肉疲劳(或称体力疲劳)和精神疲劳(或称脑力疲劳)两种。
　　2.产生疲劳的原因及消除途经(1)疲劳的原因。1)工作条件因素。①劳动制度和生产组织不合理。②机器设备和工具条件差，设计不良。③工作环境很差。2)作业者本身的因素。①劳动效果不佳。②劳动内容单调。③劳动环境缺少安全感。④劳动技能不熟练。⑤劳动者本人的思维方式及行为方式导致的精神状态欠佳、人际关系不好，上下级关系紧张，以及家庭生活的不顺等都可能引起心理疲劳。
　　2)消除疲劳的途径①在进行显示器和控制器设计时应充分考虑人的生理心理因素;②通过改变操作内容、播放音乐等手段克服单调乏味的作业;③改善工作环境，科学地安排环境色彩、环境装饰及作业场所布局，合理的温湿度，充足的光照等;④避免超负荷的体力或脑力劳动，合理安排作息时间，注意劳逸结合等。
　　3.疲劳的测定
　　①主观感觉调查表法。②分析脑电图。③测定闪频值(CFF)。④智能测验。⑤精神测验。⑥连续拍摄人体动作的变化。

　　4.单调作业与轮班作业
　　(1)单调作业。1)单调作业的分类。①Z型作业。常见于一些自动化大工厂(如炼油厂、发电厂)控制室人员的作业。他们的主要作业是用视觉监视各种仪器仪表，用手在简单的控制面板上操纵开关和控制盘，进行远距离控制，以及填写作业日志和各种申报表格。②Y型作业。常见于用机器和工具进行简单的重复操作。如用铆钉机打铆钉和用锤煅铁等。③X型作业。常见于各种部件组装工厂装配线上的工作，从事流水线作业产品检查和传送带生产(如家用电器装配流水线等)。
　　4)避免作业单讽的措施
　　①培养多面手。变换工种，基础作业工人兼做辅助或维修作业，或兼做基层管理工作。
　　②工作延伸。按进程扩展工作内容，如参与研究、开发、制造，激发热情和创造力。
　　③操作再设计。根据人的生理心理特点重组工序.如合并动作、工序，使作业多样化。
　　④显示作业终极目标。设立作业的阶段目标，使作业者意识到单项操作是最终产品的基本组成。中间目标的到达，会给人以鼓舞。增强信心。
　　⑤动态信息报告。在工作地放置标识板，每隔相同时间向工人报告作业信息，让作业人员了解工作成果。
　　⑥推行消遣工作法。作业者在保证任务完成前提下，可自由支配时间如弹性工作制等。这样会使时间浪费减少，充分利用节约的时间去休息、学习、研究，提高工作与生活质量。
　　⑦改善工作环境。可利用照明、颜色、音乐等条件，调节工作环境尽可能适宜于人。
　　(2)轮班作业:;现在我国许多企业在劳动强度大、劳动条件差的生产岗位，都实行“四班三运转制”;
　　二、人的心理因素
　　据事故统计资料表明，由人的心理因素而发生的事故约占70%～75%，或者更多。
　　(一)能力 影响能力的因素很多，主要有感觉、知觉、观察力、注意力、记忆力、思维想象力和操作能力等。
　　1.感觉、知觉和观察力
　　感觉是大脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映。
　　知觉则是大脑对感觉的客观事物的整体反映，即对感觉到的客观事物所做出的反应。
　　观察是有目的、有计划，比较持久地认识某种对象的知觉过程，是一个知觉、思维、言语等综合作用的智力活动过程，它在感知中占有很重要的地位。
　　人们全面、深入、正确地观察事物的能力，叫做观察力。
　　观察力是智力结构的重要组成因素之一。在工业生产和科研等活动中，要求安全监察员具有敏锐的观察力，善于及时发现生产中的不安全因素和潜在的事故隐患，以便采取相应措施减少或避免事故发生。
　　2.注意 注意是指心理活动对一定事物或活动的指向或集中。
　　3.记忆 是大脑经历过的事物的反应，是过去感知过的事物在大脑中留下的痕迹。记忆是从认识开始的，并将感知的知识保持下来。根据保持的程度，分为永久性记忆和暂时性记忆。记忆的特征有：持久性、敏捷性、精确性、准确性等。
　　4.思维 思维就是以已有的知识经验为中心，对客观现实的概括和间接的反应。
　　5.操作能力 操作是人通过运动器官执行大脑的指令对机器进行操纵控制的过程，操作能力水平的高低对安全监察人员及工人搞好本职工作极为重要，它将直接影响人身和设备的安全。
　　以上所述的各种能力的总和就构成人的智力，它包括人的认识能力和活动能力。其中观察能力是智力结构的眼睛，记忆能力是智力结构的储存器，思维能力是智力结构的中枢，想象能力是智力结构的翅膀，操作能力是智力结构转化为物质力量的转换器。
　　(二)性格 归纳为冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型等5种
　　性格是人们在对待客观事物的态度和社会行为方式中区别于他人所表现出来的那些比较稳定的心理特征的总和。道德品质和意志特点是构成性格的基础。
　　安全心理学的任务，就是要深入挖掘和发展劳动者的一丝不苟、踏实细致、认真负责的工作作风，提倡劳动者养成原则性、纪律性、自觉性、谦虚、克己、自制等良好性格;克服和制止粗枝大叶、得过且过、懈怠、消极、狂妄、利己、自满、任性、优柔寡断等这些易于肇事的不良性格。
　　(三)气质
　　(四)需要与动机
　　(五)情绪与情感 生产实践中常会出现以下2种不安全情绪：(1)急躁情绪。 (2)烦躁情绪。
　　(六)意志 【例题】劳动强度指数I的经验计算公式为：( I =T•M•S•W•10
　　第九节 机械的特性
　　机械安全是指机器在按使用说明书规定的预定使用条件下，执行其功能和在对其进行运输、安装、调试、运行、维修、拆卸和处理时对操作者不发生损伤或危害其健康的能力。它包括两个方面的内容：
　　(1)在机械产品预定使用期间执行预定功能和在可预见的误用时，不会给人身带来伤害;
　　(2)机械产品在整个寿命周期内，发生可预见的非正常情况下任何风险事故时机器是安全的。
　　(二)机械安全的特性：1. 系统性2.防护性3.友善性4.整体性

　　二、机械设备故障诊断技术
　　(一)机械设备状态监测及故障诊断模型
　　故障诊断是研究机械设备运行状态变化的信息，进而识别、预测和监视机械运行状态的技术方法。
　　(二)故障诊断的基本流程及实施步骤
　　诊断实施过程是故障诊断的中心工作，它可以细分为4个基本步骤：
　　(1)信号检测。 (2)特征提取(或称信号处理)。(3)状态识别。(4)诊断决策。
　　(三)故障诊断技术
　　1.振动信号的检测与分析 振动信号一般用位移、速度或加速度传感器来测量。
　　传感器应尽量安装在诊断对象的振动敏感点或离核心部位最近的关键点。对于低频振动，一般要从3个互相垂直的方向上进行检测。对于高频振动，通常只从一个方向上进行检测即可。
　　2.油液分析技术
　　油液分析中，目前应用较多的有光谱油液分析和铁谱油液分析两种。
　　3.温度检测及红外线监测技术::红外线测温的原理是利用红外线探测器将红外线辐射产生的热效应和光电效应转换成人们能识别的信号。常用的探测仪器有红外测温仪、红外成像仪和红外摄影机等。
　　4.超声探伤技术:超声波是比声波振动频率更高的波，检测中常用的是1～5MHz的超声波。它常用来检查内部结构的裂纹、搭接、夹杂物、焊接不良的焊缝、锻造裂纹、腐蚀坑以及加工不适当的塑料压层等。还可以检查管道中流体的流量、流速以及泄露等。
　　5.表面缺陷探伤技术::磁粉探伤、渗透探伤和涡流探伤等几种。
　　三 机械的可靠性设计与维修性设计
　　1.可靠性定义:所谓可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
　　2.可靠性度量指标1.可靠度 可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用R(t)表示，称为可靠度函数。与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。它是系统或产品在规定条件和规定时间内未完成规定功能的概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。可靠度数值应根据具体产品的要求来确定，一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。
　　2.故障率(或失效率)故障率是指工作到 t 时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。故障率也是时间的函数，记为γ(t)，称为故障率函数。
　　3.平均寿命(或平均无故障工作时间)对非维修产品称平均寿命，其观测值为产品发生失效前的平均工作时间，或所有试验产品都观察到寿命终了时，它们寿命的算术平均值;对于维修产品来说，称平均无故障工作时间或平均故障间隔时间，其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时间与发生故障次数之比。
　　4.维修度维修度是指维修产品发生故障后，在规定条件(备件贮备、维修工具、维修方法及维修技术水平等)和规定时间内能修复的概率，它是维修时间τ的函数，用M(τ)表示，称为维修度函数。
　　5.有效度狭义可靠度R(t)与维修度M(f)的综合称为有效度，也称广义可靠度。其定义是，对维修产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。

　　二、维修性设计
　　(一)维修及维修性 为保持或恢复产品规定功能采取的技术措施叫做维修。
　　维修性是指对故障产品修复的难易程度，即在规定条件和规定时间内，完成某种产品维修任务的难易程度。
　　维修性设计是指产品设计时，设计师应从维修的观点出发，保证当产品一旦出故障，能容易地发现故障，易拆、易检修、易安装，即可维修度要高。维修度是产品的固有性质，它属于产品固有可靠性的指标之一。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用，影响产品的利用率。。
　　1.可达性2.零组部件的标准化与互换性 3.维修人员的安全
　　(三)可靠性设计与维修性设计的关系
　　可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。前者着重从保证产品的工作性能出发，力求不出故障或少出故障，是解决本质安全问题，在方案设计和结构设计阶段就设法消除危险与有害因素;后者则是从维修的角度考虑，一旦产品发生故障，其本身就能自动及时发现故障，并且显示故障或发出警报信号，并能自动排除故障或中止故障的扩展。
　　第十节人机作业环境
　　一、光环境 光通量是最基本的光度量，它可定义为单位时间内通过的光量，是用国际照明组织规定的标准人眼视觉特性(光谱光效率函数)来评价的辐射通量，单位为流明(1m)。利用光电管可测量光通量。2.发光强度
　　发光强度简称光强，是指光源发出并包含在给定方向上单位立体角内的光通量，常用来描述点光源的发光特性。
　　3.亮度 指发光面在指定方向的发光强度与发光面在垂直于所取方向的平面上的投影面积之比，亮度的单位为坎德拉每平方米(cd/m2)，亮度可用亮度计直接测量。4.照度 照度是被照面单位面积上所接受的光通量。单位为勒克司(lx)。E=Q/S 测定照度使用光电池照度计。
　　(二)照明对作业的影响1照明与疲劳2.照明与事故
　　(一)颜色的特性 颜色的特性颜色具有色调、明度、彩度三个基本特性。
　　1. 色调。色调是指颜色所具有的搜此相互区别的特性，
　　2.明度。明度指颜色的明暗程度，藉此区别颜色的明暗与深浅，是物体颜色在量方面的特征。这种感觉由于光线强度不同而引起视觉对反射光的反应程度也不同。白色明度大，纯白色反射100%的光;黑色明度小，纯黑色反射0%的光。3.彩度。彩度也叫饱和度、纯洁鹰，是指颜色的鲜明程度。黑、白、灰是由许多不同波长的光混合而成，彩度最小。
　　(二)色彩对人的影响
　　1.色彩对生理的影响色彩的生理作用主要表现在对视觉疲劳的影响。
　　2.色彩对心理的影响 (1)色彩的冷暖感。 (2)色彩的轻重感。(3)色彩的尺度感。(4)色彩的距离感。 (5)色彩的软硬感。(6)色彩的情绪感。

　　三、微气候环境
　　(一)构成微气候的要素及相互联系1.空气温度空气温度是评价热环境的主要指标，它分为舒适温度和允许温度，舒适温度应在(21±3)℃范围内。2空气湿度一般情况下，相对湿度在30%一70%时感到舒适。3气流速度一般气流速度为0.15 m/s时，人即可感到空气新鲜。4热辐射
　　(二)人体对微气候环境的感受与评价
　　1人体的热交换与平衡，人体皮肤温度在36.5℃左右，人感到舒适。人体单位时间向外散发的热量H，取决于人体的四种散热方式，即辐射热交换、对流热交换、蒸发热交换和传导热交换。
　　(2)舒适的湿度。舒适的湿度一般为40%一60%。湿度在70%以上为高气湿，在
　　(3)舒适的风速。在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为0.3 m/s;而在拥挤的房间里为0.4 m/s。室内温度和湿度很高时，空气流速最好是l一2m/s。
　　目前，评价微气候环境有四种方法或指标。
　　(1)有效温度(感觉温度)。有效温度高时人的判断力减退，
　　(2)不适指数。它综合了气温和湿度两个因索。
　　(3)三球温度指数(WBGT)。它是指用干球、温球和黑球三种温度综合评价允许接触高温的阈值指标。
　　(4)卡他度。卡他温度计是一种测定气温、湿度和风速三者综合作用的仪器。卡他度一般用来评价劳动条件舒适程度。卡他度分为千卡他度和湿卡他度两种。千卡他度包括对流和辐射的散热效应。湿卡他度则包括对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。一般H值越大，散热条件越好。
　　(三)微气候环境对人体的影响
　　1.高温作业环境对人体的影响,一般将热源散热量大于84kJ/(m2•h)的环境叫高温作业环境。
　　(1)高温环境使人心率和呼吸加快。
　　(2)湿热环境对中枢神经系统具有抑制作用。
　　(3)高温环境下，人的水分和盐分大量丧失。另外，事故发生率与温度有关。
　　2.低温环境对人体的影响
　　操作灵巧度的临界皮肤温度在12～16℃之间，长时间暴露于10℃以下，手的操作效率会显著降低。

　　第十一节 人 机 系 统
　　(一)人在人机系统中的主要功能
　　人在人机系统中主要有3种功能：(1)传感功能。 (2)信息处理功能。(3)操纵功能。
　　(二)人机特性的比较 信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等
　　人优于机器的能力主要有：信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性等;机器优于人的能力主要有反应、操作速度快，精确性高，输出功率大，耐久力强，重复性好，短期记忆，能同时完成多种操作、演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。
　　(三)人机功能分配原则
　　根据人机特性的比较，为了充分发挥各自的优点，人机功能合理分配的原则应该是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作，适合于机器来做;而研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。
　　【例题】人优于机器的能力主要有：(　　)A. 通用性强 C、图像识别能力强E、随机应变能力强
　　三、人机系统可靠性计算
　　1.人的基本可靠度 系统不因人体差错发生功能降低和故障时人的成功概率，称为人的基本可靠度
　　(1)连续作业。在作业时间内连续进行监视和操纵的作业，
　　(2)间歇性作业。在作业时间内不连续地观察和作业
　　(二)人机系统的可靠度计算
　　人机系统可靠度采用并联方法来提高。常用的并联方法有并行工作冗余法和后备冗余法。它与并行工作冗余法不同之处在于后备冗余法有备用单元，当系统出现故障时，才启用备用单元。
　　1.两人监控人机系统的可靠度
　　当系统由两人监控时，控制如图4—8所示。一旦发生异常情况应立即切断电源。该系统有以下两种控制情形。
　　(1)异常状况时，相当于两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了
　　(2)正常状况时，相当于两人串联，可靠度比一人控制的系统减小了，即产生误操作的概率增大了
　　2.多人表决的冗余人机系统可靠度,上述两人监控作业是单纯的并联系统，所以正常操作和误操作两种概率都增加了，而由多数人表决的人机系统就可以避免这种情况。
　　五、人机系统可靠性设计基本原则
　　1.系统的整体可靠性原则 机器的可靠性高于人的可靠性。
　　2.高可靠性组成单元要素原则 系统要采用经过检验的、高可靠性单元要素来进行设计。
　　3.具有安全系数的设计原则 4.高可靠性方式原则
　　为提高可靠性，宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠度结构组合方式。
　　(1)系统“自动保险”装置。(2)系统“故障安全”结构。
　　从系统控制的功能方面来看，故障安全结构有以下几种：
　　①消极被动式。组成单元发生故障时，机器变为停止状态。
　　②积极主动式。组成单元发生故障时，机器一面报警，一面还能短时运转。
　　③运行操作式。即使组成单元发生故障，机器也能运行到下次的定期检查。通常在产业系统中，大多为消极被动式结构。
　　5.标准化原则
　　6.高维修度原则 应采用零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。
　　7.事先进行试验和进行评价的原则
　　8.预测和预防的原则
　　9.人机工程学原则
　　10.技术经济性原则
　　11.审查原则
　　12.整理准备资料和交流信息原则
　　13.信息反馈原则
　　14.设立相应的组织机构

结束