第二章 机械安全设计

1第二章机械安全设计基本技术原则：风险评价优先采用本质安全措施符合人类工效学的准则符合安全卫生要求考虑安全措施和安全设计的程序主要内容：机械安全设计考虑的四大方面机械安全设计的主要内容结构安全设计、控制系统有关安全部件的设计、防护装置、附加信息机械安全防护装置的设计：安全防护装置分类安全防护装置设置安全防护装置设计要求2第一节基本技术原则一、对所设计的机械进行风险评价风险的大小：机器的类型、用途、使用方法、出入现场的难易程度使用人员的素质、技能与工作态度对危险的了解程度和所采取的避免危险的技能风险评价：以系统方式对与机械有关的危险进行考察的一系列的逻辑步骤，其目的是通过分析，找出原因，提高安全水平。采取定性与定量相结合的方式。3机械风险评价:机械风险评价是指以机械或机械系统为研究对象，用系统方式分析机器使用阶段可能产生的各种危险、一切可能的危险状态，以及在危险状态下可能发生损伤或危害健康的危险事件，并对危险事件的概率和程度进行全面评价的一系列逻辑步骤和选代过程。风险要素:与机械的特定状态或技术过程有关的风险由以下两个要素组合得出：（1）发生损伤或危害健康的概率。这种概率与人员暴露于危险中的频次和面临危险的持续时间有关，与危险事件出现的概率有关。（2）损伤或危害健康的可预见的最严重程度。这种严重程度有一定的随机性，与多种因素的综合影响和作用有关，这些因素如何影响和怎样作用具有很大的偶然性，难以预见。41、风险评价的步骤及内容（1）风险分析：研究机械和人在规定的使用条件下，面临或处于一种或几种危险因素的状态或环境。包括：1）机械限制的确定机械的寿命、使用范围、使用者的训练水平2）危险识别机械类危险：各种伤害如挤压，缠绕等。非机械类危险：电气危险、热危险、噪声危险、振动等。3）风险评估考虑在机械危险状态下，造成人员伤害的几率和伤害程度伤害的严重度伤害出现的概率防护对象的性质、损伤的严重度、对人伤害的范围、对机器伤害的范围暴露危险区的频次和持续时间、危险事件出现的概率、避免伤害的可能性5（2）风险评定：风险评估后要进行风险的评定，以确定机械是否需要减少风险或是否达到了安全的要求。安全风险评价的流程图6风险评定可以采用的方法：1）对所见到的可能导致损伤和危害健康的各种危险状态逐一核对采取的安全措施，评定是否达到了风险减小的目标。2）在具有可比性的条件下，与已经过风险评价并被认为安全的类似机械进行对比。其对比的条件：a:现有的工艺水平的风险减小是可接受的b:使用的工艺是可比的c:危险和风险要素是可比的d:技术目标是可比的e:使用条件是可比的7(3)编制风险评价报告风险评价的结果应形成文件（文字材料、图表与数据），报告内容除了合同书、参加单位人员的资质文件外，还应包括以下内容：第一，评价依据，如法规、标准等文献；第二，评价机械的预期使用、技术标准规范和限制范围、操作程序和对人员的要求等；第三，识别预期使用中的危险、危险状态和危险事件的种类、原因和存在部位；第四，搜集的有关信息，例如事故，职业病历史，测试、统计数据，对类似机械进行风险评价获得的经验和教训等；第五，通过安全措施要达到的目标；第六，为消除危险或减小风险所实施的安全措施建议。82、风险评价的方法危险性预先分析（PHA，PreliminaryHazardAnalysis）故障模式与影响分析（FMEA，FaultModesandEffectsAnalysis）致命度分析（CA，CriticalAnalysis）故障树分析（FTA，FaultTreeAnalysis）事件树分析（ETA，EventTreeAnalysis）前因－后果分析（ReasonandResultAnalysis）德尔菲法（DELPHL)风险系统分析组织（MOSAR）9二、优先采用本质安全措施1、尽量采用各种有效的先进的技术手段，从根本上消除危险的存在2、使机器具有自动防止误操作的能力3、使机器具有完善的自我保护功能10三、符合人类功效学的准则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11工作座椅一般人类工效学要求3、尽量提供合适的工作座椅124、出入作业地点要方便四、符合安全卫生要求要求机器不得排放超过规定的各种有害物质，若不能消除有害物质的排放，必须配备处理有害物质的装置。13五、按考虑机械安全措施的原则和设计程序进行安全设计1、机械安全措施1）消除产生危险的原因2）减少接触机器危险部件的需求3）提供安全装置使人难以接近机器的危险部位4）提供保护装置或防护服142、安全设计的程序1）考虑设备的本质安全2）对控制装置的选择3）考虑机器的失效安全4）考虑维护及隔离方法5）定位安全6）机器布置15FAA:SafetyOrderofPrecedenceDescriptionPriorityDefinitionDesignforminimumrisk.1Designtoeliminaterisks.Iftheidentifiedriskcannotbeeliminated,reduceittoanacceptablelevelthroughdesignselection.Incorporatesafetydevices.2Ifidentifiedriskscannotbeeliminatedthroughdesignselection,reducetheriskviatheuseoffixed,automatic,orothersafetydesignfeaturesordevices.Provisionsshallbemadeforperiodicfunctionalchecksofsafetydevices.Providewarningdevices.3Whenneitherdesignnorsafetydevicescaneffectivelyeliminateidentifiedrisksoradequatelyreducerisk,devicesshallbeusedtodetecttheconditionandtoproduceanadequatewarningsignal.Warningsignalsandtheirapplicationshallbedesignedtominimizethelikelihoodofinappropriatehumanreactionandresponse.Warningsignsandplacardsshallbeprovidedtoalertoperationalandsupportpersonnelofsuchrisksasexposuretohighvoltageandheavyobjects.Developproceduresandtraining.4Whereitisimpracticaltoeliminaterisksthroughdesignselectionorspecificsafetyandwarningdevices,proceduresandtrainingareused.However,concurrenceofauthorityisusuallyrequiredwhenproceduresandtrainingareappliedtoreducerisksofcatastrophic,hazardous,major,orcriticalseverity.FromFAASystemSafetyHandbook16种类优先等级详细说明最小风险设计1设计中消除风险。如果已确认的风险不能被消除，则通过设计选择将其减少到可接受水平。加入安全装置2如果通过设计选择不能消除已知风险，则使用固定的、自动的或其他安全设计特征或装置降低风险。应当明文规定对安全设备做定期性能检查。装备警告装置3当设计和安全装置都不能有效地消除已知风险或充分降低风险时，则应采用能探测到风险状况并发出警告信号的设备。警告信号及其应用应设计成能最大限度地减少不正确的人为反应和响应的可能性。应设立警告表示及警告牌警告运行人员和地面保障人员勿接触高电压和重物之类的风险。开发程序及培训4当通过设计选择或特殊的安全和警告装置来消除风险都不可行时，则应使用程序及培训。然而，使用程序及培训来减少灾难性的、危险的、严重的或紧急严重程度的风险，需要得到管理当局的同意。安全优先次序17第二节机械安全设计的主要内容一、机械的安全设计1、零件安全在规定载荷和规定时间内，零件不发生断裂、过度变形、磨损、腐蚀等2、整机安全保证整个技术系统在规定条件下实现总的功能3、工作安全对操作人员的防护，保证人身安全和身心健康4、环境安全对整个系统的周围环境和人不造成危害和污染，同时也保证机器对环境的适应性18二、安全设计的方法及应用1、直接安全设计法遵循三个原理1）安全存在原理零件和零件之间在规定载荷和时间内安全。受力、试验负荷、腐蚀、温度、老化。2）有限损坏原理功能被破坏或干扰时，破坏次要部件。安全销、安全阀、易损件等。安全销座安全销19二、安全设计的方法及应用3）冗余配置原理重复的备用系统。飞机的多驱动和副油箱、压力容器的两个安全阀、矿山排水的水泵系统采用三套配置（运转、维修、备用)。202、间接安全设计法通过防护系统和保护装置来实现技术系统的安全可靠。如：液压回路中的安全阀3、提示性安全设计法在危害出现前，通过指示灯、警铃等提醒人们注意，及时停止机器的工作，排除故障。如：行驶机械在燃油箱的燃油所剩不多时，指示灯亮。21三、机械安全设计的主要内容1、机械结构的安全设计2、消除和减少机械危险的设计3、机械控制系统安全部件的设计4、机械安全装置的设计5、机械的安全使用信息6、机械的附加预防措施的设计221、机械结构的安全设计1）机械零、部件形状和相对位置的设计2）限制运动件的质量和速度3）限制往复运动件的运动距离和加速度4）限制弹性元件的位能5）限制操纵器的操纵力6）限制机器的噪声和振动7）限制机器的表面温度238）合理规定和计算零件的强度和应力9）合理选用材料10）采用本质安全的技术、工艺和动力源11）采用强制机械作用原则12）遵循人类功效学原则13）提高机器及其零部件的可靠性14）提高装卸和送取料工作的机械化、自动化程度15）尽量使维修、润滑和调整点位于危险区之外242、消除和减少机械危险的主要途径与措施（一）机械性危险1）挤压危险减少运动件的最大距离2）剪切危险消除运动件的间隙3）切割危险消除运动件的尖角、锐边、减少粗糙度等4）缠绕危险降低运动速度，凸出物被覆盖等5）冲击危险限制往复运动的速度、加速度、距离等6）摩擦磨损危险尽量使用光滑的表面等25（二）非机械性危险1）电的危险减少电击、短路、过载、静电2）热危险降低相对速度、冷却、防止高温流体喷射3）噪声危险提高配合精度、减少振动4）振动危险加强平衡、减振5）辐射危险尽量少用、严格密封等6）材料或物质产生的危险少用易燃、有害等物质、密封、隔离26第三节机械安全防护装置的设计一、安全防护装置的类别安全保护装置：对人安全控制装置：对物按照功能分类：1）连续检测和自动控制装置有毒、有害、易燃等，如排风机、自动切断电源、停止加料等2）联锁装置防止机器零部件在特定条件下（一般只要防护装置不关闭）运转的装置。它可以是机械的、电动的、液压的或气动的。快开门压力容器安全联锁保护装置273）故障保险装置熔断器和保险丝、双电源、冗余设备等4）双手操作式安全控制装置。使操作者操作设备时不可能进入危险区5）固定安全装置防止接触机器危险部件的固定的安全装置6）控制安全装置控制机器的运转，装置完全闭合时，机器才能开动7）自动停机装置。超越安全度，触发线、光电装置8）隔离安全装置如固定的护栏9）可调安全装置2829二、安全防护装置的设置1）旋转机械的传动外露部分如砂轮、电锯、皮带轮等防护网、防护栏杆、防护罩等2）冲压设备的施压部分加挡手板、安全开关、光电控制等3）起重运输设备信号装置、行程限制、自动连锁装置等4）加工过热或过冷的部件