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機械安全設(shè)計和安全裝置 2．1引言 機械裝置所產(chǎn)生的危險，是通過兩種物理途徑表現(xiàn)出來的。第一種稱為機械危害，它包括了其部件在工作狀態(tài)下及失效時發(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，這些危險比較容易識別；第二種稱為非機械危害，它包括了電氣故障、化學品暴露、高溫、高壓、噪聲、振動和輻射等所造成的傷害。"軟件因素"，如計算機控制、操作機器的人的干預(yù)也會造成危險。本章只討論機械危害。 值得一提的是，把機器正常工作狀態(tài)下就存在的危險（如缺少對操作者提供必要的保護的安全裝置），與由于機器部件或安全裝置失效而造成的危險區(qū)別開來是非常重要的。 2．2風險評估 風險的大小取決于具體的情況：機器的類型、用途、使用方法、出入現(xiàn)場的難易程度和主管人員的素質(zhì)等都是相關(guān)的因素。風險的大小也與處在這種條件下的人員的知識、技能與工作態(tài)度有關(guān)。同時，還與人們對危險的了解程度和所采取的避免危險的技能有關(guān)。判斷什么是危險和什么時候會發(fā)生危險的能力，并使管理人員和機器的操作者具備這種能力，這是十分重要的。 2．3預(yù)防機械事故的方法 2．3．1實現(xiàn)機械安全的方法 采用以下方法，可以達到機械安全： （1）消除產(chǎn)生危險的原因?quot;本質(zhì)安全"見下文）； （2）減少或消除接觸機器的危險部件的需求； （3）使人們難以接近機器的危險部位（或提供安全裝置，使得接近這些部位不會導致傷害）； （4）提供保護裝置或者防護服。 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保護操作者和有關(guān)人員安全的措施 操作者及機器鄰近處人員的安全，可以通過采用下列措施來達到： （1）通過培訓來提高人們辨別危險的能力； （2）通過對機器的重新設(shè)計，使危險更加醒目（或者使用警示標志）； （3）通過培訓，提高避免傷害的能力； （4）增強采取必要的行動來避免傷害的自覺性。 2．4安全設(shè)計 2．4．1本質(zhì)安全 本質(zhì)安全是通過機器的設(shè)計者，在設(shè)計階段采取措施來消防機械危險的一種機械安全方法。這其中包括：在設(shè)計中消除危險的部件，使人們不能接觸到危險的部件，減少在危險區(qū)域內(nèi)處理工作的需求，提供自動反饋設(shè)備并使運動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)計控制、選用控制開關(guān)及操作裝置時，應(yīng)遵守下面的要求： （1）位置應(yīng)該正確； （2）類型要合適； （3）消除無意啟動的風險； （4）方向合理（操作裝置的運動方向與機器的運動相協(xié)調(diào)）； （5）可以根據(jù)運動的方向來加以識別； （6）具有明顯的識別特性（大小、顏色、感覺等）。 2．4．3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。 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。 2．4．4維護及隔離方法 設(shè)計者應(yīng)考慮到對機器進行維護和清理時的操作安全問題。在進行常規(guī)的調(diào)試、上油等工作時，機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)該對重要的設(shè)備設(shè)置維護窗口，而對危險的部件進行隔離。對于不易接近的部件，應(yīng)該設(shè)計為自動潤滑裝置。為防止機器的無意啟動，應(yīng)設(shè)計有自動的斷開裝置。 在特殊情況下，需設(shè)置"工作許可制"。 2．4．5定位安全 把機器的部件安置到不可能觸及的地點，稱為通過定位達到安全。然而，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；在某些情況下，會變成可以接觸到的可能。例如，在登著梯子對工廠的機器上漆的情況。 2．4．6機器布置 在車間中，合理的機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、調(diào)試和清潔； （2）照明：包括工作場所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和為操作機器而特需的照明； （3）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； （4）維護時的出入安全。 2．5機械安全裝置及機械傷害 2．5．1機械防護裝置 在工作中，有許多嚴重的事故是在使用機器時發(fā)生的。當未能做到前面說過的本質(zhì)安全時，機器的安全裝置則成了最后的防護選擇。一種特定的安全裝置是否有效，取決于其設(shè)計，也取決于它與操作過程的關(guān)系和機器的用途。 2．5．2機械傷害 機器對人造成的直接傷害分為5類，一些機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器的閉合或往返運動中被夾住。在有些情況下，肢體被卷進閉合運動的部件中時，也會發(fā)生夾傷。例如，在使用抓夾工具不當時，會夾傷手指。 （2）撞傷：在受到機器的運動部件的撞擊時，會造成傷害。 （3）接觸傷害：當人體接觸到機器的鋒利的或銼狀的表面時，會發(fā)生傷害。另外，接觸高溫或帶電部件，也會造成傷害。 （4）卷動傷害：頭發(fā)、耳環(huán)、衣物等卷入機器的運動部件造成傷害。 （5）射傷：在機器運轉(zhuǎn)時，因機器部件或工件被拋出而造成的傷害。例如，碎條、細渣、熔滴或機器部件的碎片拋出造成的傷害。 2．6使用機器安全裝置來消除危險的方法 在無法使用設(shè)計來做到本質(zhì)安全時，為了消除危險，要使用安全裝置。設(shè)置安全裝置，要考慮四方面的因素：（1）強度、剛度和耐久性； （2）對機器可靠性的影響，例如固體的安全裝置有可能使機器過熱； （3）可視性（從操作及安全的角度來看，有可能需要機器的危險部位有良好的可見性）； （4）對其他危險的控制，例如選擇特殊的材料來控制噪聲的總量。 2．7人機工程與機械安全裝置的設(shè)計 設(shè)計安全裝置時，要把人的因素考慮在內(nèi)。疲勞是導致事故的一個重要因素，設(shè)計者要考慮下面的幾個因素，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的位置及高度； （3）提供座椅； （4）出入作業(yè)地點要方便。 2．8機器安全裝置的類型 機器安全裝置可按控制方式或作用原理進行分類，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，設(shè)置防止接觸機器危險部件的固定的安全裝置。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)有足夠的距離。這些應(yīng)由國家標準或規(guī)范來確定。安全裝置應(yīng)設(shè)計成只有用諸如桿錐、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，都不使人暴露在危險之中。 2．8．3控制安全裝置 如果機器的運動可以很迅速地停止，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)。 2．8．4自動安全裝置 自動安全裝置的機制是，把任何暴露在危險中的人體部分從危險區(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致傷害的環(huán)境下，因此，僅限于在低速運動的機器上采用。 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 在無法實現(xiàn)對危險區(qū)域進行隔離的情況下（在使用機器時，有可能不可避免地會遇到這種情況），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。 2．8．7自動調(diào)節(jié)安全裝置 自動調(diào)節(jié)裝置由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)。 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）。 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。 2．9安全防護裝置的選擇 固定安全裝置所提供的保護標準最高。在機器正常運轉(zhuǎn)時，不需要進入危險區(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裝置的原則，盡可能選用以下裝置： （1）在系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，不需要進入危險區(qū)域時： ①固定安全裝置； ②隔離裝置； ③跳閘裝置。 （2）在系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，需要進入危險區(qū)域時： ①連鎖裝置； ②自動安全裝置； ③跳閘裝置； ④可調(diào)安全裝置； ⑤自動調(diào)節(jié)安全裝置； ⑥雙手控制安全裝置。 2．10復習要點 （1）安全性設(shè)計方法 機器會導致危險--夾傷、接觸傷害以及非機械傷害（如噪聲）。 使用如下方法設(shè)計，可以保障安全： ①本質(zhì)安全； ②選擇控制器； ③失效－安全； ④維護及隔離方法； ⑤定位安全； ⑥機器布置。 （2）與機器相關(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自動安全裝置； ⑤隔離安全裝置； ⑥可調(diào)安全裝置； ⑦自動調(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 共 9 頁