机械安全技术2-2机械安全设计的主要内容

LOGO第二节机械安全设计的主要内容Page1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、腐蚀等机器零件（或l件）产生机械危险的条件（1）形状和表面性能：切割要素、锐边、利角部分，粗糙或过于光滑。（2）相对位置：相向运动、运动与静止物的相对距离小。（3）质量和稳定性：在重力的影响下可能运动的零部件的位能。LOGO第二节机械安全设计的主要内容Page2一、机械的安全设计（4）质量和速度（加速度）：可控或不可控运动中的零部件的动能。（5）机械强度不够：零件、构件的断裂或垮塌。（6）弹性元件（弹簧）的位能，在压力或真空下的液体或气体的位能。LOGO第二节机械安全设计的主要内容Page3一、机械的安全设计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LOGO二、安全设计的方法及应用Page4为了保证机械设备的安全运行和操作工人的安全和健康，所采取的安全设计方法一般可分为直接、间接和提示性性3类。(1)、直接安全设计法是在设计机器时，考虑消除机器本身的不安全因素。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。②有限损坏原理功能被破坏或干扰时，破坏次要部件。③冗余配置原理重复的备用系统。LOGO二、安全设计的方法及应用Page5(2)、间接安全设计法是在机械设备上采用和安装各种安全有效的防护装置，克服在使用过程中产生的不安全因素。(3)、提示性安全设计法是制定机器安装、使用、维修的安全规定及设置标志，以提示或指导操作程序，从而保证安全作业。LOGO三、机械安全设计的主要内容1、机器结构的安全设计（1）机械零件、部件形状和相对位置的设计在不影响正常使用的前提下，凡人体易接近的机械外形结构应平整、光滑，不应有易引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等；直线运动部件之间或直线运动部件与静止部件（包括墙、柱）之间的距离，必须符合有关安全距离的规定，机械设计应保证不该通过的身体部位不能通过。Page6LOGO1、机器结构的安全设计（2）限制运动件的质量和速度（3）限制往返运动的机械零部件的运动距离和加速度（4）限制弹性元件的性能（5）限制操纵器的操纵力（6）限制机器的噪声与震动（7）限制机器的表面温度限制有关物理量Page7LOGO1、机器结构的安全设计（8）合理规定和计算零件的强度和应力（9）合理选用材料用以制造机械的材料、燃料和加工材料在使用期间不得危及人员的安全或健康。①材料的力学特性，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作用要求；②材料应能适应预定的环境条件，如有抗腐蚀、耐老化、耐磨损的能力；③材料应具有均匀性，防止由于工艺设计不合理，使材料的金相组织不均匀而产生残余应力；④应避免采用有毒的材料或物质，应能避免机械本身或由于使用某种材料而产生的气体、液体、粉尘、蒸气或其他物质造成的火灾和爆炸危险。Page8LOGO（10）采用本质安全技术、工艺和动力源（11）应用强制机械作用原则Page9LOGO（12）遵循人类工效学原则通过合理分配人机功能、适应人体特性、人机界面设计、作业空间的布置等方面履行人类工效学原则，提高机器的操作性能和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力尽量降到最低，从而减小操作差错。Page10LOGO②遵循人类工效学主要原则设计时应考虑以下几个方面：（1）合理分配人机功能。在机械的整体设计阶段，要分析、比较人和机的各自特性，合理分配人机功能。在可能的条件下，尽量通过实现机械化、自动化，减少操作者干预或介入危险的机会。随着微电子技术的发展，人机功能分配出现向机器转移，人从直接劳动者向监控或监视转变的趋势，向安全化生产迈进。（2）适应人体特性。在确定机器的有关尺寸和运动时，应考虑人体测量参数、人的感知反应特性以及人在工作中的心理特征，避免干扰、紧张、生理或心理上的危险。LOGO（3）友好的人机界面设计。人机界面，即在机器上人、机进行信息交流和相互作用的界面。人、机相互作用的所有要素，如操纵器、信号装置和显示装置，都应使操作者和机器之间的相互作用尽可能清楚、明确，信息沟通快捷、顺畅。（4）作业空间的布置。这是指显示装置和操纵装置的位置，以及确定合适的作业面。它对操作者的心理和行为可产生直接影响。作业空间布置应遵从重要性原则、使用顺序原则、使用频率原则、使用功能原则。其中，重要性原则是第一位的，首先应考虑对安全关系重大的、对实现系统目标有重要影响的操纵器和显示器，即使使用频率不高，也要将其布置在操作者操作和视野的最佳位置，这样可以防止或减少因误判断、误操作而引起的意外伤害事故。LOGO忽略人类工效学可能产生的危险1）由于生理影响产生的危险。不利于健康的操作姿势、用力过度或重复用力等体力消耗产生的疲劳所导致的危险。2）由于心理-生理影响产生的危险。在对机器进行操作、监视或维护时，由于精神负担过重、缺乏思想准备以及过度紧张等原因，造成心理负担过重而导致的危险。3）由于人的各种差错产生的危险。受到环境不利因素的干扰或由于人-机配合、协调不当，使人产生各种错觉而引起误操作所造成的危险。LOGO（13）提高机器及其零、部件的可靠性可靠性是指机器或其零部件在规定的使用条件下和规定期限内执行规定的功能而不出现故障的能力。可靠性应作为安全功能完备性的基础，适用于机器的零部件及机械各组成部分。提高机械的可靠性可以降低危险故障率，减少需要查找故障和检修的次数，不因为失效使机器产生危险的误动作，从而可以减少操作者面临危险的概率。Page14LOGO提高机器及其零、部件的可靠性的原则1）简单化原则2）成组化、模块化、标准化原则3）降额设计原则4）合理选材原则5）冗余技术原则6）耐环境设计原则7）失效-安全设计原则8）防误设计原则9）维修性设计原则Page15LOGO（14）提高装、卸和送、取料工作的机械化和自动化程度在生产过程中，用机械设备来补充、扩大、减轻或代替人的劳动，该过程便称为机械化过程。自动化则更进了一步，即机械具有自动处理数据的功能。机械化和自动化技术可以使人的操作岗位远离危险或有害现场，从而减少工伤事故，防止职业病；同时，也对操作人员提出了较全面的素质要求。（15）减少操作者进入危险区的必要Page16LOGO2、消除或减小机械和非机械产生危险或风险的主要途径与措施（1）消除或减小机械性危险的主要途径与常用措施①消除或减小挤压危险②消除或减小剪切危险③消除或减小切割危险④消除或减小缠绕危险⑤消除或减小拉入危险⑥消除或减小撞击危险⑦消除或减小磨损危险Page17LOGO（2）消除或减小非机械性危险的主要途径与常用措施①消除或减小电的危险②消除或减小热的危险③消除或减小噪声危险④消除或减小震动危险⑤消除或减小辐射危险⑥消除或减小材料或物料危险Page18LOGO3、机器控制系统安全部件的设计机器控制系统安全部件是指那些对应于来自受控设备和（或）来自操作者的输入信号而产生有关安全输出信号的控制系统的一个部件或部分部件。Page19LOGO（1）危险工况的典型机器情景机械在使用过程中，典型的危险工况有：意外启动；速度变化失控；运动不能停止；运动机器零件或工件掉下飞出；安全装置的功能受阻等。控制系统的设计应考虑各种作业的操作模式或采用故障显示装置，使操作者可以安全进行干预的措施。Page20LOGO（2）由机器控制系统有关安全部件提供的安全功能①停机功能有关安全的停止功能(例如：由安全防护装置触发)致动后，一旦有必要，应使机器进入安全状态。这种停止功能应优先于由操作原因引起的停止。当一组机器按照协同方式一起工作时，应规定监督控制和(或)其他存在停止条件的机器的信号发射。注：有关安全的停止功能可导致操作问题和重启困难，如：应用在电弧焊中。为了减小这种停止功能失效的可能性，可使这种停止功能优先于正常操作的停止．从而决定实际的操作并准备快速容易的从停止位置重启(例如：产品没有任何损坏)。一种解决办法是当循环达到可能容易重启的规定位置时．防护装置的闭锁松开的地方使用带防护装置的联锁装置。Page21LOGOPage22②急停功能安全部件应将急停功能信号传给协同系统的各个部分。③手动重调功能防护装置发出停止指令后，停止状态应保持到有安全重启状态为止。通过手动重调装置，解除停止指令，再重新恢复安全功能。如果风险评价显示可行，这种停止指令的解除应由手动、独立而慎重的操作(手动复位)来确认。提供手动重调功能的有关安全部件性能等级的选择，应使得手动复位功能不削弱相关安全功能的安全要求。重调致动器应安装在危险区以外，并具有最好可见度的安全位置，以便检查是否有人处在危险区内。当危险区不完全可见时，需要专门的复位程序。LOGO④启动和重新启动功能只有危险状态不可能存在的情况下，重启功能才能自动发生。特别是对于具有启动功能的联锁防护装置。启动和重启的这些要求也应适用于能够遥控的那些机器。⑤响应时间响应时间应在风险评价显示需要确定时确定。Page23LOGO⑥有关安全参数当有关安全参数，例如：位置、速度、温度或压力等偏离了当前的限制时，则控制系统应启动相应的措施(例如：启动停止功能、警告信号、警报等)。如果可编程电子系统中有关安全数据手动输入错误能够导致危险状态，那么应在控制系统有关安全部件中提供数据检查系统，例如：极限值、格式化和(或)逻辑输入值的检查。Page24LOGO⑦局部控制功能当机器通过诸如便携式控制装置或悬吊式操纵装置进行局部控制时，应满足以下要求：——选用的局部控制应位于危险区之外；——局部控制应只有在风险评价定义的区域才有可能触发危险状态；——局部控制和主要控制之间的切换不应产生危险状态。Page25LOGO⑧动力源的波动、丧失和恢复当动力源的波动超出了设计工作范围时(包括能量供应损失)，控制系统有关安全部件应保持机器系统其他部件安全状态的信号输出。⑨抑制功能抑制不应导致任何人暴露于危险状况下。抑制期间安全环境应由其他方式提供。抑制结束时，控制系统有关安全部件的所有安全功能都应恢复。提供抑制功能的有关安全部件的性能等级的选择应使得抑制功能不会削弱有关安全功能必需的安全水平。⑩安全功能的手动暂停Page26LOGO（3）在故障情况下控制系统有关安全部件的设计Page27安全部件根据其承受故障的能力和随后在故障条件下的工况分为五类：B、1、2、3、4、LOGOPage28LOGOPage29LOGOPage30安全部件类别别主要取决于：1安全功能所能达到的2风险减小情况3故障出现的概率4在故障情况下产生的风险5避免故障的可能性（4）类别的选择LOGO（5）必须考虑到的故障①电气/电子元件的一些故障和失效②液压和气动元件的一些故障和失效③机械元件的故障和失效Page31LOGO课后小结：1.安全设计方法及应用2.机械安全设计的主要内容作业布置：预习此页为课件最后一页参考格式，可以在此基础上发挥自己的智慧