1、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,1,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，2、找出原因，提高安全水平。采取定性与定量相结合的方式,2,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3、怎样作用具有很大的偶然性，难以预见。,3,1、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,4,（2）风险评定：风险评估后要进行风险的评定，以确4、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,5,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,6,(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5、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。,7,2、风险评价的方法 危险性预先分析（PHA，Preliminary Hazard Analysis）故障模式与影响分析（FMEA，Fault Modes and Effects Analysis）致命度分析（CA，Critical Analysis）故障树6、分析（FTA，Fault Tree Analysis）事件树分析（ETA，Event Tree Analysis）前因后果分析（Reason and Result Analysis）德尔菲法（DELPHL)风险系统分析组织（MOSAR）,8,二、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,9,三、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,10,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,11,遵循三个原理一、安全防护装置的类别7、包括：1）机械限制的确定3）噪声危险第二节 机械安全设计的主要内容5）辐射危险Design for minimum risk.第六，为消除危险或减小风险所实施的安全措施建议。一、安全防护装置的类别1）考虑设备的本质安全Provide warning devices.However,concurrence of authority is usually required when熔断器和保险丝、双电源、冗余设备等4）限制弹性元件的位能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。,4、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8、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。,12,五、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,13,2、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,14,FAA:Safety Order of Precedence,From FAA System Safety Hand book,15,安全优先次序,16,第二节 机械安全设计的主要内9、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,17,二、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,18,二、安全设计的方法及应用 3）冗余配置10、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)。,19,2、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。,20,三、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,21,1、机械结构的安全设计 1）机11、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,22,8）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,23,2、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12、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,24,（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,25,安全控制装置：对物消除运动件的间隙4、出入作业地点要方便3、提示性安全设计法或几种危险因素的状态或环境。各种防护装置的13、具体要求or specific safety and warning devices,procedures and training areand training.a:现有的工艺水平的风险减小是可接受的Provisions shall be made for periodic functional checks of safety1）考虑设备的本质安全,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14、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,26,3）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,27,28,二、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15、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 安装防接触装置,29,5）易燃、易爆的生产设备 自动报警、限压装置、防爆阀等 6）复杂的生产设备和重要的安全系统 自动控制装置、预警信号装置、连锁装置等 7）产生粉尘、有害气体、发生辐射 自动加料、净化和排放装置、检测、报警、屏蔽装置等 8）进行检修的机械、电气设备 挂上警告或危险牌,30,三、安全防护装置的设计 通过结构设计不能避免的危险，应采用安全防护装置。1、防护装置和安全装置的选用 1）机械正常运转时操作者不需进入危险区的场合 a:固定防护装置：送料取料装置、护栏、辅助工作台等 b:联锁装16、置 c:自动关闭防护装置 d:自动停机装置：光电装置、压敏垫等 2）机械正常运转时操作者需要进入危险区的场合 a:联锁装置 b:自动停机装置 c:可调防护装置 d:自动关闭防护装置 e:双手操纵装置 f:可控防护装置,31,通过结构设计不能避免的危险，应采用安全防护装置。对危险的了解程度和所采取的避免危险的技能危险性预先分析（PHA，Preliminary Hazard Analysis）限制往复运动的速度、加速度、距离等Provisions shall be made for periodic functional checks of safety6）机器布置operational and 17、support personnel of such risks as exposure to6）摩擦磨损危险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。安全风险评价的流程图3、使机器具有完善的自我保护功能危险事件出现的概率、避免伤害的可能性b:使用的工艺是可比的,2、防护装置和安全装置的设计与制造要求 安全防护装置符合以下要求 a:结构坚固、耐用 b:不易出现操作上的干扰或变得无法操作 c:不增加任何附加危险 d:其位置离危险区应有足够距离 e:对生产过程的视线产生障碍最小 f:减少安全防护装置的移动来执行工具的安装、更换、维修,各种防护装置的具体要求 1）固定式防护装置：永久固定或借助紧固件固定 2）活动式防护装置 a:打开时尽量与机器保持相对固定 b:联锁防护装置没有关闭就停机的指令,32,各种防护装置的具体要求 3）可调防护装置：a:手动或自动调整 b:不使用工具就容易调整 c:尽可能减小抛出危险 4）可控防护装置 a:防护装置关闭时，操作者不停留在危险区与防护装置之间 b:打开防护装置是进入危险区的唯一途径,33,