李朝陽

三精制藥股份有限公司 哈爾濱 150018

試議機械設(shè)計與安全設(shè)計

李朝陽

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隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，各行各業(yè)的機械設(shè)備越來越多，自動化的機械設(shè)備正逐步成為各生產(chǎn)的主力軍，機械事故的不斷發(fā)生，也越來越引起了人們的關(guān)注機械的安全性，因此，機械的安全性必須從本質(zhì)安全入手，在機械設(shè)計時，同時考慮安全設(shè)計。

機械設(shè)計；安全設(shè)計；危險識別

機械是現(xiàn)代化生產(chǎn)中各行各業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，從機械的發(fā)展歷史看，機械是用來代替人的勞動，目前已從簡單的工具發(fā)展到完全自動化的機械。在生產(chǎn)的人機環(huán)境系統(tǒng)中，機械與人相比，它有許多人所不可能具備的優(yōu)點，主要是：提高勞動生產(chǎn)率、能量大、功率大、精度高、靈敏度好、耐用性強、可靠性高、運轉(zhuǎn)速度快、適應(yīng)性強等。

由于人與機械的廣泛接觸，就有可能對人產(chǎn)生損傷或者危害人的健康，機械作業(yè)是一種事故多發(fā)性作業(yè)，近年來，機械設(shè)備的事故比較多，發(fā)生機械事故的原因可歸納為人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素等三個方面，據(jù)統(tǒng)計，造成機械傷害事故中的直接原因，由于設(shè)備的不安全狀態(tài)，因防護缺陷（沒有防護、防護不當、保險裝置、信號裝置缺乏等）而造成的各類事故占機械傷害事故的71.56%。我國機械傷害事故中，多數(shù)事故也與防護不當有密切有關(guān)，因此，重視機械的安全性是十分重要的。

為了從根本上防止機械傷害的隱患，應(yīng)盡量采用各種有效地先進的技術(shù)手段，從根本上消除危險的存在；使機器具有自動防止誤操作的功能；使機器具備完善的自我保護能力；優(yōu)先采用安全保護措施，就必須從設(shè)計入手。在機械的設(shè)計時，就要考慮機械的本質(zhì)安全，設(shè)計有安全可靠的各種防護措施、安全保障裝置等。全面分析、研究機械運行、使用、維修中可能存在的不安全因素、可能發(fā)生事故的可能性及事故的危害程度，把保證機械的運行、使用、維修安全貫穿于整個設(shè)計中。

機械安全設(shè)計作為現(xiàn)代設(shè)計方法的重要組成部分，隨著先進制造技術(shù)的推動和市場對機械產(chǎn)品需求的多樣化，通過10多年來對傳統(tǒng)安全工程的摒棄、擴展和延伸，逐步形成了以系統(tǒng)工程理論為指導(dǎo)，以基礎(chǔ)科學(xué)、工程技術(shù)以及管理科學(xué)構(gòu)成的多層次的安全科學(xué)。機械安全設(shè)計的主要包括以下內(nèi)容：

1、危險識別

危險識別在機械安全設(shè)計中占有十分重要的地位，它的目的是描述危險的性質(zhì)和識別它們各自危險所產(chǎn)生的后果。在對機械進行安全設(shè)計、制定有關(guān)安全標準和風(fēng)險評價時，必須要對機器可能產(chǎn)生的危險進行識別。它是安全評價和安全設(shè)計的主要依據(jù)，危險識別的準確與否，直接影響到安全性能的好壞。機器可能產(chǎn)生的危險主要分為2大類：

(1)機械危險 主要包括擠壓危險、剪切危險、切割危險、纏繞危險、吸人或卷入危險、沖擊或碰撞危險、刺傷或扎傷危險、摩擦和磨損危險、高壓流體噴射危險等。

(2)非機械危險 主要包括電氣危險、熱危險、噪聲危險、振動危險、輻射危險、材料或物質(zhì)產(chǎn)生的危險、未遵循人類工效學(xué)原則而產(chǎn)生的危險及綜合性危險等。

2、安全評價

風(fēng)險評價是在危險分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有工藝水平對機器在每種危險狀態(tài)下可能產(chǎn)生傷害的概率和嚴重度進行全面評估和判定。安全評價的目的是幫助設(shè)計者根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平，以及由此引起的各種約束確定最優(yōu)的安全措施，使機器達到最高安全水平。

(1)風(fēng)險評價要素 風(fēng)險評價通常包括以下3個方面的要素： ①評估可能傷害的嚴重度?？赏ㄟ^傷害的范圍、傷害的限度、傷害的嚴重度等因素進行評估；②人們暴露于危險區(qū)的頻率。通過對進入危險區(qū)的性質(zhì)、頻次、持續(xù)時間和人數(shù)等因素來進行評估；③預(yù)測危險出現(xiàn)的概率。主要對以下因素進行預(yù)測：機器及其它元器件的可靠性及有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，類似機器事故歷史資料。

(2)風(fēng)險評價的定性方法：風(fēng)險要素評估完成后，需對機器進行危險評價，以確定機器是否達到安全要求。

(3)綜合運用各種系統(tǒng)安全分析和評價方法：采用系統(tǒng)工程方法進行風(fēng)險評價已有近20年的歷史，發(fā)展了數(shù)十種系統(tǒng)安全分析方法，能從各種不同的角度對系統(tǒng)進行風(fēng)險評價。從分析的數(shù)理角度出發(fā)，這些方法可分為定性分析和定量分析。從分析的邏輯觀點出發(fā)，又可分為歸納法和演繹法。其中，不少方法是相似的、重復(fù)的，但是按照系統(tǒng)壽命周期的時間進程，這些系統(tǒng)安全分析方法之間又互有聯(lián)系，各有利弊。

在傷亡事故分析預(yù)測方面，比較常用的系統(tǒng)安全分析方法有初步危險分析(PHA)、故障類型和影響危險度分析(FMECA)、事件樹分析(ETA)、故障樹分析(FTA)、管理疏忽和危險樹分析(MORT)等。其中，在我國乃至國際上應(yīng)用最廣泛的是故障樹分析。

3、機械安全設(shè)計

根據(jù)風(fēng)險評估的結(jié)果進行安全設(shè)計，在選擇安全設(shè)計的最優(yōu)方法時，必須遵循以下原則：

（1）結(jié)構(gòu)安全設(shè)計 機械安全設(shè)計的第一步是對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)安全設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素如下：

①使機器外觀達到本質(zhì)安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在不影響正常功能實現(xiàn)、使用的情況下，凡人體易接近的機械外形結(jié)構(gòu)應(yīng)平整、光滑、不應(yīng)有易引起損傷的銳角、尖角、突出物、粗糙表面等。

②使機器有關(guān)運動參數(shù)達到安全的設(shè)計； 直線運動部件之間或直線運動部件與靜止部件（包括墻、柱）之間的距離，必須符合有關(guān)安全距離的規(guī)定，應(yīng)保證不該通過的身體部位不能通過。限制操作力、運動件的質(zhì)量和速度、往復(fù)運動件的運動距離和加速度、機器的噪聲和振動、機器的表面溫度等。

③合理規(guī)定和計算零部件的強度和應(yīng)力；

④合理選用材料；

⑤選用本質(zhì)安全技術(shù)和動力源；使機器與所有動力源或其他供給斷開。斷開必須做到既可見（動力源連續(xù)性明顯中斷），又能通過允許檢查斷開裝置上操縱器的位置而確認，并且還必須明確表示出機器的那些部分已被斷開。如果需要（例如：對于大型機器或在設(shè)施中），將所有切斷裝置鎖定在“斷開”位置。機械的動力源不管什么原因中斷或波動后，要重新建立時不得導(dǎo)致危險狀態(tài)。

尤其是：

A、機器不得意外起動；B、一旦停機命令發(fā)出，機器必須停止運轉(zhuǎn)；C、機器的運動部分或由機械夾持的工件不得落下或拋出；D、不得防礙自動或手動停止機器的運動部分；E、防護裝置必須保持完全有效；F、采取措施保證在斷開點的下游不再有：位能（如：電解、可以釋放的液壓或機械能）；動能（如：通過慣性可以繼續(xù)運動的部件）。

在一旦停機命令發(fā)出，機器必須停止運轉(zhuǎn)的措施效果通過工作安全系統(tǒng)進行驗證。這些措施會使機器達到“0能量狀態(tài)”；斷開和能量泄放可提供很高的安全水平。

⑥應(yīng)用強制機械作用原則；⑦應(yīng)用人機工程原則；⑧應(yīng)用人類工效學(xué)原則；⑨提高機器及零件的可靠性；10使機器的調(diào)整、維修點位于危險區(qū)之外。

(2)安全防護措施的選用與設(shè)計，對通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍不能避免或充分減小的危險或風(fēng)險，應(yīng)合理選用和設(shè)計安全裝置和(或)防護裝置進行防護。

(3)提供充分的安全使用信息 對通過合理結(jié)構(gòu)設(shè)計和采用安全防護措施都無法消除或充分減小的那些遺留風(fēng)險，應(yīng)通過提供安全使用信息的方式通知和警告用戶和使用者，使他們在使用機器時采取相應(yīng)的補救安全措施。