机械技术
机械安全技术
第一节 机械安全基础知识
一、机械基本概念
机械是由若干个零件、部件连接构成的,至少有一个零、部件是可运动的,并配备或预定配备动力系统,是具有特定应用目的的组合.
| 单台机械 | 木材加工机械、金属切割机床、起重机 |
|---|---|
| 大型成套设备 | 自动生成线、加工中心、组合机床 |
| 可更换的设备 | 可改变机械功能、可拆卸的、非备件或工具设备 |
机械安全是指在机械生命周期的所有阶段,按规定的预定使用条件执行其功能的安全.
[风险减小]
符合法律法规要求并考虑现有技术水平的风险减小
[生命周期]
从运输、安装、调整、使用、维修、拆卸直至报废.
[安全保证]
物的安全状态、人的安全行为、人-机的和谐关系.
二、机械分类
- 动力机械(原动机)
[例如]电动机、内燃机、蒸汽机以及在无电源的地方使用联合动力装置. - 金属切割机械
[例如]车床、钻床、镗床、磨床、齿轮或螺纹加工机床、铣床、刨床、拉床、电加工机床、锻床. - 金属成型机械(非金属切削类)
[例如] 锻压机械、铸造机械. - 交通运输机械
[例如]汽车、火车、船舶、飞机. - 起重运输机械
[例如]起重机、运输机、升降机、卷扬机. - 工程机械
[例如]挖掘机、铲运机、工程起重机、压实机、打桩机、钢筋切割机、混凝土搅拌机、路面机、凿岩机、线路工程机械、其他专用工程机械. - 农业机械
[例如]拖拉机、林业或牧业以及渔业机械. - 通用机械
[例如]泵、风机、压缩机、阀门、真空设备、分离机械、变速机、干燥设备、气体净化设备. - 轻工机械
[例如]纺织机械、食品加工机械、印刷机械、制药机械、造纸机械. - 专用机械
[例如]冶金、采煤、化工及石油机械.
三、机械使用过程中的危险有害因素
(一) 机械性危险
机械性危险包括与机器、机械零部件或表面、工具、工件、载荷、飞射的固体或流体物料有关的可能会导致挤压、剪切、碰撞、切割或切断、缠绕、碾压、吸入或卷入、冲击、刺伤或刺穿、摩擦或磨损、抛出或跌落、高压流体喷射等危险.
[产生机械性危险的条件因素]
(1) 形状或表面特性
例如:刀刃、锐变、尖角、粗糙或光滑的表面.
(2) 相对位置
例如:产生挤压、剪切、缠绕区域的相对位置.
(3) 动能
例如:零部件因运动松动、脱落、碎裂、甩出.
(4) 势能
例如:高空作业人员跌落危险、弹性元件的势能释放、在压力下的液体或气体的势能、高压流体压力超过系统元件额定安全工作压力等 .
(5) 质量和稳定性
例如:机械抗倾翻或移动机器防风抗滑稳定性.
(6) 机械强度不够导致的断裂或破裂
(7) 料堆坍塌、土岩滑动造成掩埋所致的窒息危险
[注1] 机械性窒息是机械暴力引起呼吸障碍,导致氧气吸入减少或停止,二氧化碳在体内滞留.
[注2]中毒、触电及病理窒息不属于机械窒息.
(二) 非机械性危险
非机械性危险包括 电气危险(电击,电伤)、温度危险(灼烫、冷冻)、噪声危险、振动危险、辐射危险(电离辐射、非电离辐射)、材料和物质产生的危险、未履行安全人机工程学原则产生的危险.
四、机械危险部位及安全防护措施
(一) 转动的危险部位及其防护
(1) 转动轴(无凸起部分)
在光轴的暴露部分 安装一个松散的、与轴具有12mm静距离的 i护套 来对其进行防护,护套和轴可以相互滑动 .
(2) 转动轴(有凸起部分)
在旋转轴上的凸起物不仅能挂住衣物,造成缠绕,而且当人体和凸起物相接触时,还能对人体造成伤害.具有凸起物的旋转轴应利用 固定式防护罩进行全面封闭 .
(3) 对旋式轧棍
即使相邻轧辊间距很大,但操作人员手、臂以及身体都有可能被卷入,一般采用 钳型防护罩 防护.
(4) 牵引辊
可装设一个 钳型条 ,通过 减少间隙 来提供保护.
(5) 辊式输送机
辊轴交替驱动应该在 驱动轴的下游 安装防护罩.
(6) 轴流风扇(机)
安装在通风管道内部的轴流风扇将不存在危险.
开放式叶片需要使用防护网来进行防护.
(7) 径流通风机
安装在通风管道内部的风机不存在危险.
通向风扇的进风口应该被一定长度的导管保护,并且其入口应覆盖防护网.
(8) 啮合齿轮
暴露的齿轮 应使用 固定式防护罩 进行全面保护.
- 齿轮传动机构 必须装置封闭性的防护装置 .
- 防护装置材料 可用钢板或铸造箱体 .
- 防护罩外壳 不应有尖角和锐利部分 .
- 防护罩 内壁应涂红色,最好装电气联锁
(9) 旋转的有辐轮
当有辐轮附属一个转动轴时,用手动有辐轮来驱动机械部件是危险的.
可利用一个 金属盘片填充 有辐轮提供保护,也可在手轮上安装 弹簧离合器,使轴能够自由转动.
(10) 砂轮机
除了其磨削区域附近,均应加以密闭提供保护.
防护罩上应标出砂轮旋转的方向和最高限速度等技术参数.
(11) 旋转的刀具
(二) 直线运动的危险部位
(1) 切割刀刃
(2) 砂带机
砂带应该向远离操作者的方向运动 ,并且具有止逆装置,在 靠近操作人员的端部进行防护 .
(3) 机械工作台和滑枕
当其运动平板达到极限位置时,平板的端面距离和固定结构的间距不能小于500mm.
(4) 配重块
对全行程加以封闭,直到地面或机械的固定配件处.
(5) 带锯机
可调的防护装置应装置在带锯机上,仅用于材料切割的部分可以裸露,其他区域应封闭.
(6) 冲压机和铆接机
在需要操作人员手持工件靠近冲击头的位置,应提供能够感知手指存在的特殊失误防护装置.
(7) 剪刀式升降机
在操作过程中主要危险在于临近的工作平台和底座边缘间形成的剪切,维护时主要危险在于剪刀结构的意外闭合.
(三) 转动和直线运动的危险部位
(1) 齿条和齿轮
利用固定式防护罩将齿条和齿轮全部封闭起来.
(2) 输送链和链轮
防止接近链轮的锯齿和输送链进入到链轮部位.
(3) 皮带传送
皮带传动危险出现在 皮带接头及皮带进入到皮带轮到部位 .
- 皮带传动精度较齿轮机构和链轮机构差.
- 皮带打滑可以起到过载保护作用.
- 因驱动会产生摩擦生热,易产生静电电荷.
[皮带传动装置的防护措施]
皮带传动装置防护罩可以采用 金属骨架的防护网.
- 在距离地面2m以下时,必须加设防护装置.
- 在距离地面2m以上时,应加设防护的情况:
皮带轮中心距离3m以上,宽度15cm以上,转速9m/min以上 .
五、实现机械安全的途径与对策措施
机械设备安全包括机械产品安全和机械使用安全.
[产品安全] 通过 设计、制造 等环节来实现.
[使用安全] 体现在执行预定功能的正常使用.
[实现机械设备安全的基本途径]
- 机械产品安全:选用适当的设计结构.
- 机械使用安全:减少对操作者涉入危险区的需要.
决定机械产品安全性的关键是 设计阶段采用本质安全措施 ,还要通过使用阶段采用安全措施来最大程度减小风险.
[消除或减少风险的“三步法”]
第一步: 本质安全设计措施
第二步: 安全防护或补充保护措施
第三步: 使用信息
(一) 采用本质安全技术
本质安全技术是指通过 改变机器设计或工作特性 ,来消除危险或减小与危险相关的风险的保护措施.
- 合理的结构型式
(1) 机器零部件形状
在不影响预定的使用功能的前提下,可接近的机械部件避免有锐边、尖角、粗糙面、凸出部位等.
(2) 运动机械部件相对位置的设计
满足安全距离原则,防止人员受到挤压或剪切伤害.
(3) 足够的稳定性
例如: 机器底座的几何形状、包括载荷在内的重量分布、振动或重心摆动和产生倾覆力矩的动态力、设备行走或安装地点的支持面特征. - 限制机械应力以保证足够的抗破坏能力
(1) 专业符合要求
(2) 足够的抗破坏能力
例如: 保证足够 安全系数 ,额定最大载荷或工作循环次数下,应满足 强度、刚度、抗疲劳性和构件稳定性 的要求.
(3) 连接紧固可靠
防止运转状态下连接松动、破坏、紧固失效.
(4) 防止超载应力
通过在传动链预先采用 “薄弱环节” 预防超载.
例如: 采用 易熔塞、限压阀、断路器限制超载应力 .
(5) 良好的平衡和稳定性
例如1: 材料的均匀性和回转精度、防止不平衡运动.
例如2: 正常作业条件下,机械的抗倾覆和防风防滑 . - 使用本质安全的工艺过程和动力源
(1) 爆炸环境中的动力源
例如: 才用全气动或全液压控制操作机构,或采用 “本质安全”电气装置 .
(2) 采用安全的电源
电气部分应符合有关电气安全标准的要求,防止电击、短路、过载和静电的危险.
(3) 防止与能量形式有关的潜在危险
例如1: 气动、液压、热能等装置的机械,应避免因压力损失、压力降低或真空度降低导致危险.
例如2: 不因泄漏或元件失效而导致流体喷射 .
例如3: 压力容器等应 防止剩余压力的危险 .
(4) 改革工艺控制有害因素
例如1: 防噪: 焊接代替铆接、液压代替锤击.
例如2: 防尘: 颗粒代替粉末、铣工艺代替磨工艺. - 控制系统的安全设计
(1) 控制系统的设计
(2) 软、硬件的安全
[硬件] 传感器、执行器、逻辑运算器等.
[软件] 内部操作或系统软件和应用软件.
不宜由用户重新编程的应用软件,可在不可重新编程的存储器中使用嵌入式软件.需要用户重新编程时,宜限制访问涉及安全功能的软件 .
(3) 提供多种操作模式及模式转换功能
(4) 手动控制器设计和配置应符合安全人机学原则
(5) 考虑复杂机器的特定要求
例如1: 动力中断后 自动保护系统或重新启动原则 .
例如2: 定向失效模式、关键件的加倍或冗余设置. - 材料和物质的安全性
(1) 材料的力学性能承载能力
例如: 抗拉和抗剪强度、冲击韧性、屈服极限 .
(2) 对环境的适应性
例如: 材料物质的 抗腐蚀、耐老化、抗磨损 能力.
(3) 避免材料的毒性
(4) 防止火灾的爆炸风险
例如: 液压装置和润滑系统中,使用阻燃液体. - 机械的可靠性设计
[设备的可靠性] 机械设备要尽量少出故障.
[设备的维修性] 机械出了故障要容易修复.
人们常用 可靠度、故障率、平均寿命(或平均无故障工作时间)、维修度 等指标表示.
(1) 使用可靠性已知的安全相关组件.
需要考虑的环境条件包括冲击、振动、冷、热、潮湿、粉尘、腐蚀或磨蚀材料、静电、电磁场等.
(2) 关键组件或子系统加倍(冗余)和多样化设计
例如1: 当一个组件失效时,另一个组件或其他多个组件能够继续执行各自的功能,保证安全功能继续有效 .
例如2: 采用多样化设计 避免共因失效或共模失效 .
(3) 操作的机械或自动化设计
实现机械或自动化减少人员在操作点暴露于危险 .
(4) 机械设备的维修性设计
维修性是产品固有可靠性的指标之一
[维修性设计应考的要求]
- 将维护、润滑和维修设定点放在危险区域之外.
- 检修人员接近故障部位进行维修作业的可达性 .
- 零、组部件的标准化与互换性 .
- 必须考虑维修人员的安全 .
- 遵循安全人机工程学的原则
在机械基础设计阶段,对操作者和机器进行功能分配时,应遵循安全人机工程学原则,考虑预定使用机器“人-机”相互作用的所有要素,以减轻操作者心理、生理压力和紧张程度 .
(二) 安全防护措施
主要包括 防护装置、保护装置及其他补充保护措施 .
- 防护装置
以 物理屏障形式 将人与危险隔离,是机器的组成部分.
例如: 壳、罩、屏、门、盖、栅栏等和封闭式装置.
(1) 防护装置的功能
1 隔离 :防止人体任何部位进入危险区域触及危险.
2 阻挡 :防止飞出物、高压液体喷射等带来的伤害.
3 容纳 :接受可能抛出、掉落、射出的零件和碎片.
4 其他 :在有特殊要求的场合,还应对电、高温、火、爆炸物、振动、辐射、粉尘、烟雾、噪声等具有特别阻挡、隔绝、密封、吸收或屏蔽.
(2) 采用安全防护装置 可能产生的附加危险
(3) 安全防护装置的一般要求
在人和危险之间构成安全保护屏障 是安全防护装置的基本安全功能.
1 满足安全防护装置的功能要求
例如1: 应能保证在机器的整个可预见的使用寿命期内,能良好的执行其功能 .
例如2: 便于检查和修理,保证装置的可靠性.
2 构成元件及安装的抗破坏性
例如: 结构体应有足够的强度和刚度 .
3 不应成为新的危险源,不增加任何附加危险
4 不应出现漏保护区
例如: 不易拆卸(非专用工具不能拆除) ,不易被旁路或避开.
5 满足安全距离的要求
6 不影响机器的预定使用
例如1: 不得与任何正常可动零部件产生运动抵触.
例如2: 不因采用安全防护装置增加操作难度 .
7 遵循安全人机工程学原则
8 满足某些特殊工艺要求
(4) 防护装置的类型
1 固定式防护装置
2 活动式防护装置
3 联锁式防护装置
注: 在危险机器功能执行过程中,只要防护装置被打开,就给出停机指令.
防护装置可以设计成 封闭式、距离防护和部分可调 .
(5) 防护装置的安全技术要求
1 防护装置应设置在 进入危险区的唯一通道上 .
2 应采用永久固定方式,若不用工具不可能拆除.
3 活动防护装置或防护装置的活动体打开时,尽可能与被防护的机械借助铰链或导链保持连接 .
4 活动联锁式防护装置出现丧失安全功能的故障时,应使其“抑制”的危险机器功能不可能执行或停止执行 ,装置失效不得导致意外启动.
5 可调式防护装置的可调或活动部分调整件,不得因为机器振动而移位或脱落 .
6 在要求通过防护装置观察机器运行的场合,宜提供大小合适开口的观察孔或观察窗.
7 防护装置的开口要求
关于《机械安全-防止上下肢体及危险区的安全距离》(GB 23821)的相关说明:
- 附表数据适用14岁以上人群的规则开口安全距离.
- 开口尺寸e表示方形开口的边长、圆形开口的直径和 槽型开口的最窄处的尺寸 .
- 保护装置
通过 自身的结构功能限制或防止机器的某种危险 ,消除或减小风险的装置.
(1) 保护装置的种类
1 联锁装置
用于防止危险机器功能在特定条件下运行的装置.
2 能动装置
一种附加手动操纵装置,与启动控制一起使用,并且 只有连续操作,机器才能执行预定功能 .
3 保持-运行控制装置
一种手动控制装置,只有当手对操作器作用时,机器才能启动并保持机器功能 .
4 双手操纵装置
5 敏感保护设备
用于探测人体或人体局部,并向控制系统发出正确信号以降低被探测人员风险的设备.
6 有源光电保护装置
通过光电发射和接收元件,可探测特定区域内因不透光物体出现引起的该装置内光线的中断 .
7 机械抑制装置
能靠其自身强度,防止危险运动的机械障碍的装置.
8 限制装置
防止机器或危险机器状态超过设计限度的装置 .
9 有限运动控制装置(行程限制装置)
(2) 保护装置的技术特征
1 在规定的使用寿命期限内,不因零部件失效使安全装置丧失主要安全功能 .
2 重新启动的功能,当保护装置动作第一次停机后,只有重新启动,机器才能开始工作 .
3 光电式、感应式保护装置应具有 自测功能 .
4 保护装置与控制系统应一起操作并形成一个整体.
5 应采用 “定向失效模式” 的部件或系统、考虑 关键件的加倍冗余 ,必要时考虑采用自动监控. - 安全防护装置的选择
(1) 必须装设安全防护装置的机械部位
(2) 安全防护装置的选择原则
| 正常运转 | 操作者无需进入 | 优先选用固定式的防护装置 | |||||||
| 优先选用固定式的防护装置 | 进入次数少 | 优先选用固定式的防护罩 | |||||||
| 进入次数多 | 联锁、可调、双手操作等 | ||||||||
| 非运行状态其他作业期间 | 手动控制、止-动或电动-有限运动操作 | ||||||||
(1) 实现急停功能的组件和元件
1 急停器件为 红色蘑菇式开关 ,附近 衬托色为黄色 .
2 急停功能不应削弱安全装置的效能.
3 急停装置应设有防止意外操作的措施.
4 急停装置被启动后应 保持接合状态 ,在用手动重调之前不可能恢复电路.
(2) 被困人员逃生和救援的措施
1 急停后提供人工移动或反向移动某些元件的措施.
2 下降装置的锚定点
(3) 隔离和能量散耗的措施
1 将机器与所有动力供应隔离.
2 将所有隔离单位锁定在隔离位置 .
(4) 提供方便且安全搬运机器及重型零部件的装置
(5) 安全进入机器的措施
(三) 安全信息的使用
- 信息的使用原则
(1) 根据风险的大小和危险的性质
[设置顺序] 安全色、安全标志、警告信号,报警器 .
[注] 图形符号和安全标志应优先于文字信息 .
(2) 根据需要信息的时间
(3) 根据机器结构和操作的复杂程度
(4) 根据信息内容和对人视觉作业采用不同安全色
(5) 满足安全人机学的原则 - 安全标志和安全色
(1) 安全色
| 颜色 | 颜色的含义 | |
| 人员安全 | 机械、过程状况 | |
| 红 | 危险、禁止 | 紧急 |
| 黄 | 注意、警告 | 异常 |
| 绿 | 安全 | 正常 |
| 蓝 | 执行 | 强制性 |
| 备注 | 组合对比色: 红-白、黄-黑、蓝-白、绿-白 | |
| 标志类型 | 颜色标注 | 基本特征 | 典型图示 |
|---|---|---|---|
| 禁止标志 | 安全色: 红 对比色: 白 | 红色圆框和斜杠 黑色和白色底衬 | 🚭 |
| 警告标志 | 安全色: 黄 对比色: 黑 | 黑色三角形边框 黑色和黄色底衬 | ⚠️ |
| 指示标志 | 安全色: 蓝 对比色: 白 | 蓝色圆形底衬 白色背景图下 | ➡️ |
| 提示标志 | 安全色: 绿 对比色: 白 | 绿色底衬矩形 白色背景图形 | ✅ |
[安全标志应满足的要求]
多个安全标志在一起设置应按 警告、禁止、指令、提示 排序、先左后右,先上后下 .
安全标志至少每半年检查一次.
例如: 某化工车间的安全标志的排练
1 警告有剧毒危险
2 严禁易燃易爆品
3 必须佩带放毒罩
4 指示有医疗救援
- 信号和警告装置
(1) 信号和警告装置类别
1 听觉信号
利用信号利用 人的听觉反应快 的特点,可以不受照明和物体障碍限制,强迫人们注意.
2 视觉信息
险情视觉信号的特征为应确保在信号接收区内的任何地方,在所有可能的照明条件下清晰可见,可采用亮度于背景的稳定光和闪烁光 .
(2) 安全要求
1 含义明确性
2 可察觉性
[听觉信号] 接收区内的任何位置都 不低于65dB(A) .
[视觉信号] 警告视觉信号的亮度应至少是背景亮度的5倍,紧急视觉信号的亮度应至少是背景亮度的10倍 .
3 可分辨性
警告视觉信号应为黄色或橙色,紧急视觉信号应为红色 .
4 有效性
5 位置设置
6 优先级要求
紧急撤离信号>紧急信号>警告信号>其他信号
六、机械制造生产场所安全技术
(一) 总平面布置
(二) 通道
(1) 合理组织人流和物流
(2) 主要生产区、仓库区、动力区道路应 环形布置.
注: 道路上部管架和栈桥,在干道上的 净高不小于5m .
(3) 每个加工车间都应有一条纵向主要通道.
- 车间横向主要通道宽度不应小于2000mm.
- 机床之间的次要通道宽度不应小于1000mm.
| 运输方式 | 通道宽度/m | ||||
| 冷加工 | 铸造 | 锻造 | 热处理 | 焊接 | |
| 人工运输 | 1 | 1.5 | 2-3 | 1.5-2.5 | 2-3 |
| 电瓶车单向行驶 | 1.8 | 2 | |||
| 电瓶车对开 | 3 | 3-5 | 3-4 | 3-5 | |
| 叉车或汽车行驶 | 3.5 | 3.5 | |||
| 手工造型人行道 | - | 0.8-1.5 | - | - | - |
| 机器造型人行道 | - | 1.5-2 | - | - | - |
| 铁路进入厂房入口宽度为5.5 | |||||
- 确保出入口的数量不少于2个
- 厂房大门 净宽度比最大运输件宽度大600mm,比净高度大300mm .
(三) 设备布置及安全防护措施
- 机床设备安全距离
| 机床布置的最小安全距离 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 间距项目 | 小型机床 | 中型机床 | 大型机床 | 特大机床 |
| 机床操作面 | 1.1 | 1,.3 | 1.5 | 1.8 |
| 机床距墙柱 | 0.8 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 操作面距墙柱 | 1.3 | 1.5 | 1.8 | 2.0 |
注1: 安全距离 从机床活动机件到达极限位置算起 .
注2: 机床与墙柱间距首先要考虑对其基础的影响.
2. 作业现场生产设备的安全卫生规程要求
(1) 重型机床 高于500mm的操作平台 周围应设高度 不低于1050mm的防护栏杆 .
(2) 采用钢直梯,钢直梯3m以上部分应设有安全护笼.
3. 具有潜在危险的设备应根据有关标准进行防护
4. 所有车间应配置必要的消防器材
(四) 采光照明
- 天然采光
- 照明方式
(1) 对于部分作业面照度要求较高,只采用一般照明不合理,宜采用由一般照明与局部照明组合形式. - 照明种类
(1) 工作场所均应设置正常照明.
(2) 应急照明包括 疏散照明、安全照明、备用照明 . - 光照度
(1) 备用照明照度值不低于该场所一般照明的10%.
(2) 安全照明照度值不低于该场所一般照明的10%.
(3) 水平疏散通道不应低于1lx(lx照明单位勒克斯),垂直疏散区域不应低于5lx . - 避免眩光、频闪和阴影
(五) 物资堆放
(1) 材料限量储存,白班存放为每班加工量的1.5倍, 夜班存放为加工量的2.5倍 .
(2) 当直接存放在地面上时,堆垛高度不应超过1.4名,且高于底边长之比不应大于3 .
(六) 作业场所地面要求
(1) 地面经常保持清洁,做到工完、料尽、场地清.
(2) 容易发生危险事故的场地,应设置醒目的安全标志.
