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機(jī)械安全設(shè)計(jì)和安全裝置 2．1引言 機(jī)械裝置所產(chǎn)生的危險(xiǎn)，是通過兩種物理途徑表現(xiàn)出來的。第一種稱為機(jī)械危害，它包括了其部件在工作狀態(tài)下及失效時(shí)發(fā)生的因鉗夾、擠壓、沖壓、摩擦和部件及材料的彈射所造成的傷害，這些危險(xiǎn)比較容易識(shí)別；第二種稱為非機(jī)械危害，它包括了電氣故障、化學(xué)品暴露、高溫、高壓、噪聲、振動(dòng)和輻射等所造成的傷害。"軟件因素"，如計(jì)算機(jī)控制、操作機(jī)器的人的干預(yù)也會(huì)造成危險(xiǎn)。本章只討論機(jī)械危害。 值得一提的是，把機(jī)器正常工作狀態(tài)下就存在的危險(xiǎn)（如缺少對(duì)操作者提供必要的保護(hù)的安全裝置），與由于機(jī)器部件或安全裝置失效而造成的危險(xiǎn)區(qū)別開來是非常重要的。 2．2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 風(fēng)險(xiǎn)的大小取決于具體的情況：機(jī)器的類型、用途、使用方法、出入現(xiàn)場(chǎng)的難易程度和主管人員的素質(zhì)等都是相關(guān)的因素。風(fēng)險(xiǎn)的大小也與處在這種條件下的人員的知識(shí)、技能與工作態(tài)度有關(guān)。同時(shí)，還與人們對(duì)危險(xiǎn)的了解程度和所采取的避免危險(xiǎn)的技能有關(guān)。判斷什么是危險(xiǎn)和什么時(shí)候會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的能力，并使管理人員和機(jī)器的操作者具備這種能力，這是十分重要的。 2．3預(yù)防機(jī)械事故的方法 2．3．1實(shí)現(xiàn)機(jī)械安全的方法 采用以下方法，可以達(dá)到機(jī)械安全： （1）消除產(chǎn)生危險(xiǎn)的原因?quot;本質(zhì)安全"見下文）； （2）減少或消除接觸機(jī)器的危險(xiǎn)部件的需求； （3）使人們難以接近機(jī)器的危險(xiǎn)部位（或提供安全裝置，使得接近這些部位不會(huì)導(dǎo)致傷害）； （4）提供保護(hù)裝置或者防護(hù)服。 上述措施是依次序給出的，這些措施也可以結(jié)合起來使用。 2．3．2保護(hù)操作者和有關(guān)人員安全的措施 操作者及機(jī)器鄰近處人員的安全，可以通過采用下列措施來達(dá)到： （1）通過培訓(xùn)來提高人們辨別危險(xiǎn)的能力； （2）通過對(duì)機(jī)器的重新設(shè)計(jì)，使危險(xiǎn)更加醒目（或者使用警示標(biāo)志）； （3）通過培訓(xùn)，提高避免傷害的能力； （4）增強(qiáng)采取必要的行動(dòng)來避免傷害的自覺性。 2．4安全設(shè)計(jì) 2．4．1本質(zhì)安全 本質(zhì)安全是通過機(jī)器的設(shè)計(jì)者，在設(shè)計(jì)階段采取措施來消防機(jī)械危險(xiǎn)的一種機(jī)械安全方法。這其中包括：在設(shè)計(jì)中消除危險(xiǎn)的部件，使人們不能接觸到危險(xiǎn)的部件，減少在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)處理工作的需求，提供自動(dòng)反饋設(shè)備并使運(yùn)動(dòng)的部件處于密封狀態(tài)之中等。 2．4．2控制裝置的選擇 在設(shè)計(jì)控制、選用控制開關(guān)及操作裝置時(shí)，應(yīng)遵守下面的要求： （1）位置應(yīng)該正確； （2）類型要合適； （3）消除無(wú)意啟動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)； （4）方向合理（操作裝置的運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)器的運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)）； （5）可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)的方向來加以識(shí)別； （6）具有明顯的識(shí)別特性（大小、顏色、感覺等）。 2．4．3失效安全 設(shè)計(jì)者應(yīng)該保證當(dāng)機(jī)器發(fā)生故障時(shí)不出危險(xiǎn)。 這一類裝置的例子中包括操作限制開關(guān)、限制不應(yīng)該發(fā)生的沖擊及運(yùn)動(dòng)的預(yù)設(shè)制動(dòng)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。 2．4．4維護(hù)及隔離方法 設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮到對(duì)機(jī)器進(jìn)行維護(hù)和清理時(shí)的操作安全問題。在進(jìn)行常規(guī)的調(diào)試、上油等工作時(shí)，機(jī)器的安全裝置及其部件不應(yīng)該被分離或拆除。為此，需要有隔離窗、連鎖安全裝置。應(yīng)該對(duì)重要的設(shè)備設(shè)置維護(hù)窗口，而對(duì)危險(xiǎn)的部件進(jìn)行隔離。對(duì)于不易接近的部件，應(yīng)該設(shè)計(jì)為自動(dòng)潤(rùn)滑裝置。為防止機(jī)器的無(wú)意啟動(dòng)，應(yīng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)的斷開裝置。 在特殊情況下，需設(shè)置"工作許可制"。 2．4．5定位安全 把機(jī)器的部件安置到不可能觸及的地點(diǎn)，稱為通過定位達(dá)到安全。然而，設(shè)計(jì)者必須考慮到在正常情況下，不會(huì)觸及到的危險(xiǎn)部件；在某些情況下，會(huì)變成可以接觸到的可能。例如，在登著梯子對(duì)工廠的機(jī)器上漆的情況。 2．4．6機(jī)器布置 在車間中，合理的機(jī)器布局形式可以使事故明顯減少。安全的布避要考慮如下的因素： （1）空間：便于操作、管理、維護(hù)、調(diào)試和清潔； （2）照明：包括工作場(chǎng)所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和為操作機(jī)器而特需的照明； （3）管、線布置：不要妨礙在機(jī)器附近的安全出入，避免磕絆，有足夠的上部空間； （4）維護(hù)時(shí)的出入安全。 2．5機(jī)械安全裝置及機(jī)械傷害 2．5．1機(jī)械防護(hù)裝置 在工作中，有許多嚴(yán)重的事故是在使用機(jī)器時(shí)發(fā)生的。當(dāng)未能做到前面說過的本質(zhì)安全時(shí)，機(jī)器的安全裝置則成了最后的防護(hù)選擇。一種特定的安全裝置是否有效，取決于其設(shè)計(jì)，也取決于它與操作過程的關(guān)系和機(jī)器的用途。 2．5．2機(jī)械傷害 機(jī)器對(duì)人造成的直接傷害分為5類，一些機(jī)器可能造成多種傷害。這些傷害是： （1）夾傷：人的身體及四肢在機(jī)器的閉合或往返運(yùn)動(dòng)中被夾住。在有些情況下，肢體被卷進(jìn)閉合運(yùn)動(dòng)的部件中時(shí)，也會(huì)發(fā)生夾傷。例如，在使用抓夾工具不當(dāng)時(shí)，會(huì)夾傷手指。 （2）撞傷：在受到機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部件的撞擊時(shí)，會(huì)造成傷害。 （3）接觸傷害：當(dāng)人體接觸到機(jī)器的鋒利的或銼狀的表面時(shí)，會(huì)發(fā)生傷害。另外，接觸高溫或帶電部件，也會(huì)造成傷害。 （4）卷動(dòng)傷害：頭發(fā)、耳環(huán)、衣物等卷入機(jī)器的運(yùn)動(dòng)部件造成傷害。 （5）射傷：在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因機(jī)器部件或工件被拋出而造成的傷害。例如，碎條、細(xì)渣、熔滴或機(jī)器部件的碎片拋出造成的傷害。 2．6使用機(jī)器安全裝置來消除危險(xiǎn)的方法 在無(wú)法使用設(shè)計(jì)來做到本質(zhì)安全時(shí)，為了消除危險(xiǎn)，要使用安全裝置。設(shè)置安全裝置，要考慮四方面的因素：（1）強(qiáng)度、剛度和耐久性； （2）對(duì)機(jī)器可靠性的影響，例如固體的安全裝置有可能使機(jī)器過熱； （3）可視性（從操作及安全的角度來看，有可能需要機(jī)器的危險(xiǎn)部位有良好的可見性）； （4）對(duì)其他危險(xiǎn)的控制，例如選擇特殊的材料來控制噪聲的總量。 2．7人機(jī)工程與機(jī)械安全裝置的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)安全裝置時(shí)，要把人的因素考慮在內(nèi)。疲勞是導(dǎo)致事故的一個(gè)重要因素，設(shè)計(jì)者要考慮下面的幾個(gè)因素，使人的疲勞降低到最小的程度。 （1）正確地布置各種控制操作裝置； （2）正確地選擇工作平臺(tái)的位置及高度； （3）提供座椅； （4）出入作業(yè)地點(diǎn)要方便。 2．8機(jī)器安全裝置的類型 機(jī)器安全裝置可按控制方式或作用原理進(jìn)行分類，常用的類型介紹如下。 2．8．1固定安全裝置 在可能的情況下，應(yīng)該通過設(shè)計(jì)，設(shè)置防止接觸機(jī)器危險(xiǎn)部件的固定的安全裝置。裝置應(yīng)能自動(dòng)地滿足機(jī)器運(yùn)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(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)有足夠的距離。這些應(yīng)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來確定。安全裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成只有用諸如桿錐、板手等專用工具才能拆卸。 2．8．2連鎖安全裝置 連鎖安全裝置的基本原理是，只有當(dāng)安全裝置關(guān)合時(shí)，機(jī)器才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而只有當(dāng)機(jī)器的危險(xiǎn)部件停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，安全裝置才能開啟。連鎖安全裝置可采取機(jī)械的、電氣的、液壓的、氣動(dòng)的或組合的形式。在設(shè)計(jì)連鎖裝置時(shí)，必須使其在發(fā)生任何故障時(shí)，都不使人暴露在危險(xiǎn)之中。 2．8．3控制安全裝置 如果機(jī)器的運(yùn)動(dòng)可以很迅速地停止，就可以使用控制裝置?？刂蒲b置的原理是，只有當(dāng)控制裝置完全閉合時(shí)，機(jī)器才能開動(dòng)。當(dāng)操作者接通控制裝置后，機(jī)器的運(yùn)行程序才開始工作。如果控制裝置斷開，機(jī)器的運(yùn)動(dòng)就會(huì)迅速停止，或者反轉(zhuǎn)。通常，在一個(gè)控制系統(tǒng)中，控制裝置在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不會(huì)鎖定在閉合的狀態(tài)。 2．8．4自動(dòng)安全裝置 自動(dòng)安全裝置的機(jī)制是，把任何暴露在危險(xiǎn)中的人體部分從危險(xiǎn)區(qū)域中移開。它僅能使用在有足夠的時(shí)間來完成這樣的動(dòng)作而不會(huì)導(dǎo)致傷害的環(huán)境下，因此，僅限于在低速運(yùn)動(dòng)的機(jī)器上采用。 2．8．5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(xiǎn)區(qū)域的設(shè)施，例如固定的轉(zhuǎn)欄等。 2．8．6可調(diào)安全裝置 在無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行隔離的情況下（在使用機(jī)器時(shí)，有可能不可避免地會(huì)遇到這種情況），可以使用可調(diào)安全裝置（具有可以調(diào)節(jié)部分的固定安全裝置）。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(duì)安全裝置正確的調(diào)節(jié)以及合理的維護(hù)。 2．8．7自動(dòng)調(diào)節(jié)安全裝置 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置由工件的運(yùn)動(dòng)而自動(dòng)開啟，當(dāng)操作完畢后又回到關(guān)閉的狀態(tài)。 2．8．8跳閘安全裝置 跳閘安全裝置的作用是，在操作到危險(xiǎn)點(diǎn)之前，自動(dòng)使機(jī)器停止或反向運(yùn)動(dòng)。該類裝置依賴于敏感的跳閘機(jī)構(gòu)，同時(shí)也有賴于機(jī)器能夠迅速停止（使用剎車裝置可能做到這一點(diǎn)）。 2．8．9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(duì)操作者而不能對(duì)其他有可能靠近危險(xiǎn)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(shí)，其兩個(gè)控制之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，而機(jī)器也應(yīng)當(dāng)在兩個(gè)控制開關(guān)都開啟后才能運(yùn)轉(zhuǎn)，而且控制系統(tǒng)需要在機(jī)器的每次停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，重新啟動(dòng)。 2．9安全防護(hù)裝置的選擇 固定安全裝置所提供的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)最高。在機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的情況下，只要有可能都應(yīng)該使用這種安全裝置。下面依次給出選擇安全防護(hù)裝置的原則，盡可能選用以下裝置： （1）在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)： ①固定安全裝置； ②隔離裝置； ③跳閘裝置。 （2）在系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)： ①連鎖裝置； ②自動(dòng)安全裝置； ③跳閘裝置； ④可調(diào)安全裝置； ⑤自動(dòng)調(diào)節(jié)安全裝置； ⑥雙手控制安全裝置。 2．10復(fù)習(xí)要點(diǎn) （1）安全性設(shè)計(jì)方法 機(jī)器會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)--夾傷、接觸傷害以及非機(jī)械傷害（如噪聲）。 使用如下方法設(shè)計(jì)，可以保障安全： ①本質(zhì)安全； ②選擇控制器； ③失效－安全； ④維護(hù)及隔離方法； ⑤定位安全； ⑥機(jī)器布置。 （2）與機(jī)器相關(guān)的5種危害 ①夾傷； ②撞傷； ③觸傷； ④纏繞； ⑤濺射。 （3）9種安全裝置 ①固定安全裝置； ②連鎖安全裝置； ③控制安全裝置； ④自動(dòng)安全裝置； ⑤隔離安全裝置； ⑥可調(diào)安全裝置； ⑦自動(dòng)調(diào)節(jié)安全裝置； ⑧跳閘安全裝置； ⑨雙手控制安全裝置。 第 9 頁(yè) 共 9 頁(yè)