机械安全设计的原则及机械安全设计

龙源期刊网机械安全设计的原则及机械安全设计作者：王威克李元鹏来源：《中国科技博览》2013年第16期[摘要]机械安全设计的总体目标是使机械产品在其整个寿命期，即从制造、运输、安装、调试、设定、示教、编程、过程转换、运行、清理、查找故障、维修、停止使用拆卸及处理各个阶段内都是充分安全的。本文主要论述机械安全设计应遵循的基本技术原则和机械安全设计两方面内容。[关键词]中图分类号：S220文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）16-0042-01要从设计（包括制造）和使用两方面采取安全措施。为使机械达到本质安全，一般来说，能通过设计解决的安全措施，决不能留给用户去解决；当设计确实无力解决时，可通过使用信息的方式将遗留风险告知和提示用户。除了对机器的正常使用采取安全措施外，还要考虑能合理预见到的各种误用情况下的安全性。另外，所采取的各种安全措施均不能妨碍机器执行其正常使用功能。一、机械安全设计应遵循的基本技术原则（一）在危险识别的基础上进行风险评价：在进行机械安全设计时，首先要对所设计的机器进行全面的风险评价（包括危险分析和危险评定），以便有针对性地采取适当有效措施消除或减小这些危险和风险。（二）优先采用本质安全措施：尽量采用各种有效的先进技术手段，从根本上消除危险的存在；使机器具有自动防止误操作的能力，使其不按规定程序操作就不能动作，即使动作也不会造成伤害事故；使机器具有完善的自我保护功能，当其某一部分出现故障时，其余部分能自动脱离该故障部位并安全地转移到备用部分或停止运行，同时发出报警并且做到在故障未被排除之前不会蔓延和扩大。（三）符合人类的准则：人—机匹配是安全设计的重要问题之一，设计时必须充分考虑人—机特性，使机器适合于人的各种操作，以便最大限度地减轻人的体力和应力消耗及操作时的紧张和恐惧感，从而减少因人的疲劳和差错导致的危险。（四）符合安全卫生要求：机器在整个使用期内不得排放超过规定的各种有害物质，如果不能消除有害物质的排放，必须配各处理有害物质的装置或设施。二、机械安全设计龙源期刊网机械安全设计是指在机械设计阶段，从零件材料到零部件的合理形状和相对位置，从限制操纵力、运动件的质量和速度到减少噪声和振动，采用本质安全技术与动力源，应用零部件间的强制机械作用原理，履行安全人机工程学原则等多项措施，通过选用适当的设计结构，尽可能避免或减小危险；也可以通过提高设备的可靠性、机械化或自动化程度，以及采取在危险区之外的调整、维修等措施，避免或减小危险。（一）确定机器的限制规范机器限制规范的确定包括：使用限制的确定，即确定机器的使用范围和合理的使用方法、正确的操作程序以及为避免操作者随意使用或误操作导致危险的要求等；空间限制的确定，即确定机器的运动范围、所需的安装空间、“操作者—机器”和“机器—动力源”之间的关系等；时间配制的确定，即根据机器的预定使用情况和某些组成部分的耐用性，确定其可预见的“寿命极限”。（二）风险评价1.危险识别：危险识别在机械安全设计中占有十分重要的地位，它的目的是描述危险的性质和识别它们各自危险所产生的后果。在对机械进行安全设计、制定有关安全标准和风险评价时，必须要对机器可能产生的危险进行识别。它是安全评价和安全设计的主要依据，危险识别的准确与否，直接影响到安全性能的好坏。2.安全评价：风险评价是在危险分析的基础上，根据现有工艺水平对机器在每种危险状态下可能产生伤害的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设计者根据现有技术水平，以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施，使机器达到最高安全水平。（1）风险评价要素，风险评价通常包括以下3个方面的要素：评估可能伤害的严重度可通过伤害的范围、伤害的限度、伤害的严重度等因素进行评估；人们暴露于危险区的频率通过对进入危险区的性质、频次、持续时间和人数等因素来进行评估；预测危险出现的概率主要对以下因素进行预测，机器及其他元器件的可靠性及有关统计数据、类似机器事故历史资料等。（2）风险评价的定性方法：风险要素评估完成后，需对机器进行危险评价，以确定机器是否达到安全要求。（3）综合运用各种系统安全分析和评价方法：采用系统工程方法进行风险评价已有几十年的历史，发展了数十种系统安全分析方法，能从各种不同的角度对系统进行风险评价。从分析的数理角度出发，这些方法可分为定性分析和定量分析。从分析的逻辑观点出发，又可分为归纳法和演绎法。其中，不少方法是相似的、重复的，但是按照系统寿命周期的时间进程，这些系统安全分析方法之间又互有联系，各有利弊。（三）通过本质安全设计消除或减小风险龙源期刊网本质安全是通过机器的设计者，在设计阶段采取措施来消除机械危险的一种机械安全方法。这其中包括：在设计中消除危险的部件，使人们不能接触到危险的部件，减少在危险区域内处理工作的需求，提供自动反馈设备并使运动的部件处于密封状态之中等。1.采用本质安全技术：本质安全技术是指利用该技术进行机械预定功能的设计和制造，不需要采用其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机械的预定功能时满足机械自身的安全要求。2.限制机械应力：机械零件的机械应力不超过许用值，并保证足够的安全系数。3.材料和物质的安全性：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。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；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；材料应具有均匀性，防止由于工艺设计不合理，使材料的组织不均匀而产生残余应力；同时，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、或其他物质造成的火灾和爆炸危险。4.履行安全人机工程学原则：在机械设计中，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安全人机工程学原则，提高机械设备的操作性和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力降到最低，从而减小操作差错。5.设计控制系统的安全原则：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、运动机械零件或工件脱落飞出、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，使操作者可以安全地处理。6.防止气动和液压系统的危险：采用气动、液压、热能等装置的机械，必须通过设计来避免由于这些能量意外释放而带来的各种潜在危害。7.预防电气危害：用电安全是机械安全的重要组成部分，机械中电气部分应符合有关电气安全标准的要求。预防电气危害应注意防止电击、短路、过载和静电。设计中，还应考虑到提高设备的可靠性，降低故障率，以降低操作者查找故障和检修设备的概率；考虑采用机械化和自动化技术，尽量使操作人员远离有危险的场所；还应考虑到调整、维修的安全，以减少操作者进入危险区的需要。参考文献[1]李鹏飞，赵静一，禹娜娜.工程机械运行维护系统中的安全设计[J].机床与液压.2011（07）.[2]马钟瑞.试论现代机械设计的有效措施[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2012（01）.龙源期刊网[3]曾锡强.人性化设计与安全设计[J].科技资讯.2012（03）.[4]冉东平.现代机械设计方法浅析[J].科技创新与应用.2012（02）.[5]李才运.现代设计和传统机械设计的比较[J].科技资讯.2012（10）.[6]孙瑛.机械设计中的安全分析[J].工业安全与环保.2005（10）.