注册安全工程师考试《安全生产技术基础》第一章 机械安全基础知识.pdf

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措施五、实现机械安全的途径与对策措施机械设备安全应考虑其寿命的各个阶段,包括机械产品的安全和机械使用的安全两个阶段。机械产品的安全是通过设计、制造等环节实现;机械使用的安全主要体现在执行预定功能的正常使用,包括安装、调整、查找故障和维修、拆卸及报废处理等环节。机械设备安全应考虑机器的正常作业状态、非正常状态和一切可能的其他状态。特别指出,决定机械产品安全性的关键是设计阶段采用安全措施,还要通过使用阶段采用安全措施来最大限度减小风险。实现机械设备安全遵循以下两个基本途径:选用适当的设计结构,尽可能避免危险或减小风险;通过减少对操作者涉人危险区的需要,限制人们面临危险,避免给操作者带来不必要的体力消耗、精神紧张和疲劳。消除或减小相关的风险,应按下列等级顺序选择安全技术措施,即“三步法”。第一步:本质安全设计措施,也称直接安全技术措施,指通过适当选择机器的设计特性和暴露人员与机器的交互作用,消除或减小相关的风险。此步是风险减小过程中的第一步,也是最重要的步骤。第二步:安全防护或补充保护措施,也称间接安全技术措施。如果仅通过本质安全设计措施不足以减小风险时,可采用用于实现减小风险目标的安全防护或补充保护措施。第三步:使用信息,也称提示性安全技术措施。如果以上两步技术措施不能实现或不能完全实现时,应使用信息明确警告剩余风险,说明安全使用设备的方法和相关的培训要求等。(一)采用本质安全技术本质安全技术是指通过改变机器设计或工作特性,来消除危险或减小与危险相关的风险的保护措施。。机械的结构、零部件或软件的设计应该与机械执行的预定功能相匹配。(1)机器零部件形状。在不影响预定使用功能的前提下,可接近的机械部件避免有可能造成伤害的锐边、尖角、粗糙面、凸出部位;对可能造成“陷入”的机器开口或管口端进行折边、倒角或覆盖。(2)运动机械部件相对位置设计。满足安全距离的原则,防止在可涉及的危险部位造***员受到挤压或剪切伤害。通过加大运动部件之间的最小间距,使得人体的相应部位可以安全进入;或通过减小其间距,使人体的任何部位不能进入,从而避免挤压和剪切危险。(3)足够的稳定性。在机器生命周期的各个阶段内都应考虑机器的稳定性,考虑因素有:机器底座的几何形状、包括载荷在内的重量分布;由于机器部件、机器本身或机器所夹持部件运动引起的振动或重心摆动和产生倾覆力矩的动态力;设备行走或安装地点(如地面条件、斜坡)的支承面特征。、构件,通过优化结构设计来达到防止由于应力过大破坏或失效、过度变形或失稳倾覆、垮塌引起故障或引发事故。(1)专业符合性要求。机械设计与制造应满足专业标准或规范符合性要求,包括选择机械的材料性能数据、设计规程、计算方法和试验规则等。(2)足够的抗破坏能力。各组成受力零件应保证足够安全系数,使机械应力不超过许用值,在额定最大载荷或工作循环次数下,应满足强度、刚度、抗疲劳性和构件稳定性要求。(3)连接紧固可靠。螺栓连接、焊接、铆接或粘接等连接方式,保证结合部的连接强度、配合精度和密封要求,防止运转状态下连接松动、破坏、紧固失效。(4)防止超载应力。通过在传动链预先采用“薄弱环节”预防超载,例如,采用易熔塞、限压阀、断路器等限制超载应力,保障主要受力件避免破坏。:..5)良好的平衡和稳定性。通过材料的均匀性和回转精度,防止在高速旋转时引起振动或回转件的不平衡运动;在正常作业条件下,机械的整体应具有抗倾覆或防风抗滑的稳定性。。(1)爆炸环境中的动力源。应采用全气动或全液压控制操纵机构,或采用“本质安全”电气装置,避免一般电气装置容易出现火花而导致爆炸的危险。(2)采用安全的电源。电气部分应符合有关电气安全标准的要求,防止电击、短路、过载和静电的危险。(3)防止与能量形式有关的潜在危险。采用气动、液压、热能等装置的机械,应避免因压力损失、压力降低或真空度降低而导致危险;所有元件(尤其是管子和软管)及其连接密封和防护,不因泄漏或元件失效而导致流体喷射;气体接收器、储气罐或承压容器及元件,在动力源断开时应能自动卸压、提供隔离措施或局部卸压及压力指示措施,以防剩余压力造成危险。(4)改革工艺控制有害因素。消除或降低噪声、振动源(例如,用焊接代替铆接、用液压成形代替锤击成形工艺),控制有害物质的排放(例如,用颗粒代替粉末、铣代替磨工艺,以降低粉尘)等。:(1)控制系统的设计。应与所有机器电子设备的电磁兼容性相关标准一致,防止由于不合理的设计或控制系统逻辑的恶化、控制系统的零件由于缺陷而失效、动力源的突变或失效等原因,导致意外启动或制动、速度或运动失控;其零部件应能承受在预定使用条件下的各种应力和干扰。(2)软、硬件的安全。硬件(包括传感器、执行器、逻辑运算器等)和软件(包括内部操作或系统软件和应用软件)的选择、设计和安装,应符合安全功能的性能规范的要求;不宜由用户重新编程的应用软件,可在不可重新编程的存储器中使用嵌入式软件;需要用户重新编程时,宜限制访问涉及安全功能的软件(如锁或授权人员的密码),不可因软件的设计瑕疵,引起数据丢失或死机。(3)提供多种操作模式及模式转换功能。不仅考虑执行预定功能的正常操作需要的控制模式,还要考虑非正常作业(设定、示教、过程转换、故障查找、清洗或维护的控制模式)的需要。(4)手动控制器的设计和配置应符合安全人机学原则。控制装置和操作位置的定位应使操作者对工作区或危险区直接观察范围最大,以便发现险情及时停机;手动控制器应配置在安全可达的位置,并设置在危险区以外(紧急停止装置、移动控制装置等除外);手动启动装置附近均应配置相应的停止控制装置,还应配备主系统失效时用于减速或停机的紧急停机装置。(5)考虑复杂机器的特定要求。例如,动力中断后的自保护系统或重新启动的原则、“定向失效模式”“关键”件的加倍(或冗余)设置,可重编程控制系统中安全功能的保护、防止危险的误动作措施,以及采用自动监控、报警系统等措施。(包括组成机器自身的材料、燃料加工原材料、中间或最终产品、添加物、润滑剂、清洗剂,与工作介质或环境介质反应的生成物及废弃物等),应满足以下要求:(1)材料的力学性能承载能力。如抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、屈服极限等,应能满足执行预定功能的载荷(诸如冲击、振动、交变载荷等)作用的要求。(2)对环境的适应性。在预定的环境条件下工作时,应考虑温度、湿度、日晒、风化、腐蚀等环境影响,材料物质应有抗腐蚀、耐老化、抗磨损的能力,不致因物理性、化学性、生物性的影响而失效。(3)避免材料的毒性。在人员合理暴露的场所,应优先采用无毒和低毒的材料或物质,防止机器自身或在使用过程中产生的气、液、粉尘、蒸汽或其他物质造成的风险;材料和物质的毒害物成分、浓度应低于安全卫生标准的规定,对不可避免的毒害物(如粉尘、有毒物、辐射、放射性、腐蚀等)应在设计时考虑采取密闭、排放(或吸收)、隔离、净化等措施,不得危及面临人员的安全或健康或对环境造成污染。(4)防止火灾和爆炸风险。对可燃、爆的液、气体材料,应设计使其在填充、使用、回收或排放时减小风险或无危险;在液压装置和润滑系统中,使用阻燃液体(特别是高温环境中的机械)。:..6一是机械设备要尽量少出故障,即设备的可靠性;二是出了故障要容易修复,即设备的维修性。可靠性指标包括机器的无故障性、耐久性、维修性、可用性和经济性等几个方面,人们常用可靠度、故障率、平均寿命(或平均无故障工作时间)、维修度等指标表示。可靠性好则可降低发生事故的频率,从而减少人员暴露于危险。(1)使用可靠性已知的安全相关组件。指在预定使用、环境条件下,在固定的使用期限或操作次数内,能够经受住所有有关的干扰和应力,而且产生失效概率小的组件。需要考虑的环境条件包括冲击、振动、冷、热、潮湿、粉尘、腐蚀或磨蚀材料、静电、电磁场。由此产生的干扰包括失效、控制系统组件的功能暂时或永久失效。(2)关键组件或子系统加倍(或冗余)和多样化设计。当一个组件失效时,另一个组件或其他多个组件能继续执行各自的功能,保证安全功能继续有效。采用多样化的设计或技术,避免共因失效(由单一事件引发的不同产品的失效,这些失效不互为因果)或共模失效(可能由不同原因引起,以相同故障模式为特征的产品失效)。(3)操作的机械化或自动化设计。可通过机器人、搬运装置、传送机构、鼓风设备实现自动化,可通过进料滑道、推杆和手动分度工作台等实现机械化。减少人员在操作点暴露于危险,而限制由这些操作产生的风险。(4)机械设备的维修性设计。设计应考虑机械的维修性,当产品一旦出故障,易发现、易拆卸、易检修、易安装,维修性是产品固有可靠性的指标之一。维修性设计应考虑以下要求:将维护、润滑和维修设定点放在危险区之外;检修人员接近故障部位进行检查、修理、更换零件等维修作业的可达性,即安装场所可达性(有足够的检修活动空间)、设备外部的可达性(考虑封闭设备用于人员进行检修的开口部分的结构及其固定方式)、设备内部的可达性(设备内部各零、组部件之间的合理布局和安装空间);零、组部件的标准化与互换性,同时,必须考虑维修人员的安全。,对操作者和机器进行功能分配时,应遵循安全人机工程学原则,考虑预定使用机器“人一机”相互作用的所有要素,以减轻操作者心理、生理压力和紧张程度。(1)操作台和作业位置应考虑人体测量尺寸、力量和姿势、运动幅度、重复动作频率、易用性等,尤其是手持和移动式机器的设计,应考虑到人力的可及范围、控制机构的操纵,以及人的手、臂、腿等解剖学结构。(2)避免操作者在机器使用过程中的紧张姿势和动作,避免将操作者的工作节奏与自动的连续循环连在一起。(3)当机器和(或)其防护装置的结构特征使得环境照明不足时,应在机器上或其内部提供调整设置区及日常维护区的局部照明。应避免会引起风险的眩光、阴影和频闪效应。若光源的位置在使用中需进行调整,则其位鼍不应对调整者构成任何危险。(4)手动控制操纵装置的选用、配置和标记应满足以下要求:必须清晰可见、可识别,目作用明确,必要处适当加标志;其布局、行程和操作阻力与所要执行的操作相匹配,能安全地即时操作;按钮的位置、手柄和手轮运动与它们的作用应是恒定的;操作时不会引起附加风险。(5)指示器、刻度盘和视觉显示装置的设计与配置应符合以下要求:信息装置应在人员易于感知的参数和特征范围之内,含义确切、易于理解,显示耐久、清晰;使操作者和机器间的相互作用尽可能清楚、明确,且在操作位置便于察看、识别和理解。(二)安全防护措施安全防护措施是指从人的安全需要出发,采用特定技术手段,防止仅通过本质安全设计措施不足以减小或充分限制各种危险的安全措施,包括防护装置、保护装置及其他补充安全保护措施。安全防护的重点是机械的传动部分及机械的其他运动部分、操作区、高处作业区、移动机械的移动区域,以及某些机器由于特殊危险形式需要特殊防护等。某些安全防护装置还可用于避免多种危险(防止机械伤害,同时也用于降低噪声等级和收集有毒排放物)。采用何种手段防护,应根据对具体机器进行风险评价的结果来决定。:..1通常采用壳、罩、屏、门、盖、栅栏等结构和封闭式装置,用于提供保护的物理屏障,将人与危险隔离,为机器的组成部分。1)防护装置的功能(1)隔离作用,防止人体任何部位进入机械的危险区触及各种运动零部件。(2)阻挡作用,防止飞出物打击,高压液体意外喷射或防止人体灼烫、腐蚀伤害等。(3)容纳作用,接受可能由机械抛出、掉落、射出的零件及其破坏后的碎片等。(4)其他作用,在有特殊要求的场合,还应对电、高温、火、爆炸物、振动、辐射、粉尘、烟雾、噪声等具有特别阻挡、隔绝、密封、吸收或屏蔽作用。2)采用安全防护装置可能产生的附加危险安全防护装置可能带来附加危险。在设计时,应注意以下因素带来的附加危险并采取措施予以避免:(1)安全防护装置出现故障、失效而丧失其保护功能,能使人员暴露于危险而增加伤害的风险。(2)安全防护装置在减轻操作者精神压力的同时,也使操作者形成心理依赖,放松对危险的警惕性,或由于影响操作等原因使人员废弃这些装置。(3)由动力驱动的安全防护装置,其运动零部件或易于下落的重型防护装置可能产生机械伤害的危险。(4)安全防护装置的自身结构存在安全隐患,如尖角、锐边、突出部分等危险。(5)由于安全防护装置与机器运动部分安全距离不符合要求而导致的危险。3)安全防护装置的一般要求在人和危险之间构成安全保护屏障是安全防护装置的基本安全功能,为此,安全防护装置必须满足与其保护功能相适应的要求:(1)满足安全防护装置的功能要求。应保证在机器的整个可预见的使用寿命期内,能良好地执行其功能;便于检查和修理,能够更换失效材料和性能下降的零部件,保证装置的可靠性;其功能除了防止机械性危险外,还应能防止由机械使用过程中产生的其他各种非机械性危险。(2)构成元件及安装的抗破坏性。结构体应有足够的强度和刚度,坚固耐用,不易损坏,能有效抵御飞出物的打击危险或外力作用下发生不应有的变形;应与机器的工作环境相适应,结构件无松脱、裂损、腐蚀等危险隐患。(3)不应成为新的危险源。不增加任何附加危险。可能与使用者接触的各部分不应产生对人员的伤害或阻滞(如避免尖棱利角、加工毛刺、粗糙的边缘等);防止有害物质(流体、切屑、粉尘、烟气、辐射等)的泄漏和遗散。(4)不应出现漏保护区。不易拆卸(或非专用工具不能拆除);不易被旁路或避开。(5)满足安全距离的要求。使人体各部位(特别是手或脚)无法逾越接触危险,同时防止挤压或剪切。(6)不影响机器的预定使用。不得与机械任何正常可动零部件产生运动抵触;对机器使用期间各种模式的操作产生的干扰最小,不因采用安全防护装置增加操作难度或强度;对观察生产过程的视野障碍最小。(7)遵循安全人机工程学原则。防护装置的结构尺寸及安装的安全距离应满足人体测量参数的要求,其可移除部分的尺寸和质量应易于装卸;不易用手移动和搬运的应考虑适于由升降设备运送的辅助装置;活动式防护装置或其中可移除部分应便于操作。(8)满足某些特殊工艺要求。在某些应用场合,诸如食品、药品、电子及相关工业中,防护装置的设计应使其能排出加工过程中的污物;特别在食品和药品加工机械中使用时,使用的材料和涂层应对所装存物质或材料不产生有毒、污染等卫生方面的危险,安全而且便于清洗。4)防护装置的类型防护装置可以单独使用,也可与带或不带防护锁定的联锁装置结合使用。按使用方式可分为以下几种:(1)固定式防护装置。保持在所需位置(关闭)不动的防护装置。不用工具不能将其打开或拆除。(2)活动式防护装置。通过机械方法(如铁链、滑道等)与机器的构架或邻近的固定元件相连接,:..(3)联锁防护装置。防护装嚣的开闭状态直接与防护的危险状态相联锁,只要防护装置不关闭,被其“抑制”的危险机器功能就不能执行,只有当防护装置关闭时,被其“抑制”的危险机器功能才有可能执行;在危险机器功能执行过程中,只要防护装置被打开,就给出停机指令。防护装置可以设计为封闭式,将危险区全部封闭,人员从任何地方都无法进入危险区;也可采用距离防护,不完全封闭危险区,凭借安全距离和安全间隙来防止或减少人员进入危险区的机会;还可设计为整个装置可调或装置的某组成部分可调。机械传动机构常见的防护装置有用金属铸造或金属板焊接的防护箱罩,一般用于齿轮传动或传输距离不大的传动装置的防护;金属骨架和金属网制成的防护网常用于皮带传动装置的防护;栅栏式防护适用于防护范围比较大的场合,或作为移动机械移动范围内临时作业的现场防护,或高处临边作业的防护等。5)防护装置的安全技术要求除了满足安全防护装置的一般要求外,还应符合以下要求:(1)防护装置应设置在进入危险区的唯一通道上,防护结构体不应出现漏保护区,并满足安全距离的要求,使人不可能越过或绕过防护装置接触危