机械安全设计和安全装置

　　1 引言

　　机械装置所产生的危险，是通过两种物理途径表现出来的。第一种称为机械危害，它包括了其部件在工作状态下及失效时发生的因钳夹、挤压、冲压、摩擦和部件及材料的弹射所造成的伤害，这些危险比较容易识别;第二种称为非机械危害，它包括了电气故障、化学品暴露、高温、高压、噪声、振动和辐射等所造成的伤害。"软件因素"，如计算机控制、操作机器的人的干预也会造成危险。本章只讨论机械危害。

　　值得一提的是，把机器正常工作状态下就存在的危险(如缺少对操作者提供必要的保护的安全装置)，与由于机器部件或安全装置失效而造成的危险区别开来是非常重要的。

　　2 风险评估

　　风险的大小取决于具体的情况：机器的类型、用途、使用方法、出入现场的难易程度和主管人员的素质等都是相关的因素。风险的大小也与处在这种条件下的人员的知识、技能与工作态度有关。同时，还与人们对危险的了解程度和所采取的避免危险的技能有关。判断什么是危险和什么时候会发生危险的能力，并使管理人员和机器的操作者具备这种能力，这是十分重要的。

　　3 预防机械事故的方法

　　3.1 实现机械安全的方法

　　采用以下方法，可以达到机械安全：

　　(1) 消除产生危险的原因?quot;本质安全"见下文);

　　(2) 减少或消除接触机器的危险部件的需求;

　　(3) 使人们难以接近机器的危险部位(或提供安全装置，使得接近这些部位不会导致伤害);

　　(4) 提供保护装置或者防护服。

　　上述措施是依次序给出的，这些措施也可以结合起来使用。

　　3.2 保护操作者和有关人员安全的措施

　　操作者及机器邻近处人员的安全，可以通过采用下列措施来达到：

　　(1) 通过培训来提高人们辨别危险的能力;

　　(2) 通过对机器的重新设计，使危险更加醒目(或者使用警示标志);

　　(3) 通过培训，提高避免伤害的能力;

　　(4) 增强采取必要的行动来避免伤害的自觉性。

　　4 安全设计

　　4.1 本质安全

　　本质安全是通过机器的设计者，在设计阶段采取措施来消防机械危险的一种机械安全方法。这其中包括：在设计中消除危险的部件，使人们不能接触到危险的部件，减少在危险区域内处理工作的需求，提供自动反馈设备并使运动的部件处于密封状态之中等。

　　4.2 控制装置的选择

　　在设计控制、选用控制开关及操作装置时，应遵守下面的要求：

　　(1) 位置应该正确;

　　(2) 类型要合适;

　　(3) 消除无意启动的风险;

　　(4) 方向合理(操作装置的运动方向与机器的运动相协调);

　　(5) 可以根据运动的方向来加以识别;

　　(6) 具有明显的识别特性(大小、颜色、感觉等)。

　　4.3 失效安全
　　设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。
　　这一类装置的例子中包括操作限制开关、限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置、设置把手和预防下落的装置、失效安全的限电开关等。
　　4.4 维护及隔离方法
　　设计者应考虑到对机器进行维护和清理时的操作安全问题。在进行常规的调试、上油等工作时，机器的安全装置及其部件不应该被分离或拆除。为此，需要有隔离窗、连锁安全装置。应该对重要的设备设置维护窗口，而对危险的部件进行隔离。对于不易接近的部件，应该设计为自动润滑装置。为防止机器的无意启动，应设计有自动的断开装置。
　　在特殊情况下，需设置"工作许可制"。
　　4.5 定位安全
　　把机器的部件安置到不可能触及的地点，称为通过定位达到安全。然而，设计者必须考虑到在正常情况下，不会触及到的危险部件;在某些情况下，会变成可以接触到的可能。例如，在登着梯子对工厂的机器上漆的情况。
　　4.6 机器布置
　　在车间中，合理的机器布局形式可以使事故明显减少。安全的布避要考虑如下的因素：
　　(1) 空间：便于操作、管理、维护、调试和清洁;
　　(2) 照明：包括工作场所的通用照明(自然光及人工照明，但要防止眩目)和为操作机器而特需的照明;
　　(3) 管、线布置：不要妨碍在机器附近的安全出入，避免磕绊，有足够的上部空间;
　　(4) 维护时的出入安全。
　　5 机械安全装置及机械伤害
　　5.1 机械防护装置
　　在工作中，有许多严重的事故是在使用机器时发生的。当未能做到前面说过的本质安全时，机器的安全装置则成了最后的防护选择。一种特定的安全装置是否有效，取决于其设计，也取决于它与操作过程的关系和机器的用途。
　　5.2 机械伤害
　　机器对人造成的直接伤害分为5类，一些机器可能造成多种伤害。这些伤害是：
　　(1) 夹伤：人的身体及四肢在机器的闭合或往返运动中被夹住。在有些情况下，肢体被卷进闭合运动的部件中时，也会发生夹伤。例如，在使用抓夹工具不当时，会夹伤手指。
　　(2) 撞伤：在受到机器的运动部件的撞击时，会造成伤害。
　　(3) 接触伤害：当人体接触到机器的锋利的或锉状的表面时，会发生伤害。另外，接触高温或带电部件，也会造成伤害。
　　(4) 卷动伤害：头发、耳环、衣物等卷入机器的运动部件造成伤害。
　　(5) 射伤：在机器运转时，因机器部件或工件被抛出而造成的伤害。例如，碎条、细渣、熔滴或机器部件的碎片抛出造成的伤害。

　　6 使用机器安全装置来消除危险的方法
　　在无法使用设计来做到本质安全时，为了消除危险，要使用安全装置。设置安全装置，要考虑四方面的因素：
　　(1) 强度、刚度和耐久性;
　　(2) 对机器可靠性的影响，例如固体的安全装置有可能使机器过热;
　　(3) 可视性(从操作及安全的角度来看，有可能需要机器的危险部位有良好的可见性);
　　(4) 对其他危险的控制，例如选择特殊的材料来控制噪声的总量。
　　7 人机工程与机械安全装置的设计
　　设计安全装置时，要把人的因素考虑在内。疲劳是导致事故的一个重要因素，设计者要考虑下面的几个因素，使人的疲劳降低到最小的程度。
　　(1) 正确地布置各种控制操作装置;
　　(2) 正确地选择工作平台的位置及高度;
　　(3) 提供座椅;
　　(4) 出入作业地点要方便。
　　8 机器安全装置的类型
　　机器安全装置可按控制方式或作用原理进行分类，常用的类型介绍如下。
　　8.1 固定安全装置
　　在可能的情况下，应该通过设计，设置防止接触机器危险部件的固定的安全装置。装置应能自动地满足机器运行的环境及过程条件。装置的有效性取决于其固定的方法和开口的尺寸，以及在其开启后距危险点应有足够的距离。这些应由国家标准或规范来确定。安全装置应设计成只有用诸如杆锥、板手等专用工具才能拆卸。
　　8.2 连锁安全装置
　　连锁安全装置的基本原理是，只有当安全装置关合时，机器才能运转，而只有当机器的危险部件停止运动时，安全装置才能开启。连锁安全装置可采取机械的、电气的、液压的、气动的或组合的形式。在设计连锁装置时，必须使其在发生任何故障时，都不使人暴露在危险之中。
　　8.3 控制安全装置
　　如果机器的运动可以很迅速地停止，就可以使用控制装置。控制装置的原理是，只有当控制装置完全闭合时，机器才能开动。当操作者接通控制装置后，机器的运行程序才开始工作。如果控制装置断开，机器的运动就会迅速停止，或者反转。通常，在一个控制系统中，控制装置在机器运转时，不会锁定在闭合的状态。
　　8.4 自动安全装置
　　自动安全装置的机制是，把任何暴露在危险中的人体部分从危险区域中移开。它仅能使用在有足够的时间来完成这样的动作而不会导致伤害的环境下，因此，仅限于在低速运动的机器上采用。
　　8.5 隔离安全装置
　　隔离安全装置是一种阻止身体的任何部分靠近危险区域的设施，例如固定的转栏等。
　　8.6 可调安全装置
　　在无法实现对危险区域进行隔离的情况下(在使用机器时，有可能不可避免地会遇到这种情况)，可以使用可调安全装置(具有可以调节部分的固定安全装置)。这些安全装置可能起到的保护作用在很大程度上有赖于操作者的使用和对安全装置正确的调节以及合理的维护。
　　8.7 自动调节安全装置
　　自动调节装置由工件的运动而自动开启，当操作完毕后又回到关闭的状态。
　　8.8 跳闸安全装置
　　跳闸安全装置的作用是，在操作到危险点之前，自动使机器停止或反向运动。该类装置依赖于敏感的跳闸机构，同时也有赖于机器能够迅速停止(使用刹车装置可能做到这一点)。
　　8.9 双手控制安全装置
　　这种装置迫使操纵者要用两只手来操纵控制器。但是，它仅能对操作者而不能对其他有可能靠近危险区域的人提供保护。因此，还要设置能为所有的人提供保护的安全装置，当使用这类装置时，其两个控制之间应有适当的距离，而机器也应当在两个控制开关都开启后才能运转，而且控制系统需要在机器的每次停止运转后，重新启动。

　　9 安全防护装置的选择
　　固定安全装置所提供的保护标准最高。在机器正常运转时，不需要进入危险区域的情况下，只要有可能都应该使用这种安全装置。下面依次给出选择安全防护装置的原则，尽可能选用以下装置：
　　(1) 在系统正常运转，不需要进入危险区域时：
　　① 固定安全装置;
　　② 隔离装置;
　　③ 跳闸装置。
　　(2) 在系统正常运转，需要进入危险区域时：
　　① 连锁装置;
　　② 自动安全装置;
　　③ 跳闸装置;
　　④ 可调安全装置;
　　⑤ 自动调节安全装置;
　　⑥ 双手控制安全装置。
　　10 复习要点
　　(1) 安全性设计方法
　　机器会导致危险--夹伤、接触伤害以及非机械伤害(如噪声)。
　　使用如下方法设计，可以保障安全：
　　① 本质安全;
　　② 选择控制器;
　　③ 失效-安全;
　　④ 维护及隔离方法;
　　⑤ 定位安全;
　　⑥ 机器布置。
　　(2) 与机器相关的5种危害
　　① 夹伤;
　　② 撞伤;
　　③ 触伤;
　　④ 缠绕;
　　⑤ 溅射。
　　(3) 9种安全装置
　　① 固定安全装置;
　　② 连锁安全装置;
　　③ 控制安全装置;
　　④ 自动安全装置;
　　⑤ 隔离安全装置;
　　⑥ 可调安全装置;
　　⑦ 自动调节安全装置;
　　⑧ 跳闸安全装置;
　　⑨ 双手控制安全装置。