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1、第二章第二章 机械安全设计机械安全设计n n基本技术原则：基本技术原则：基本技术原则：基本技术原则：风险评价风险评价风险评价风险评价优先采用本质安全措施优先采用本质安全措施优先采用本质安全措施优先采用本质安全措施符合人类工效学的准则符合人类工效学的准则符合人类工效学的准则符合人类工效学的准则符合安全卫生要求符合安全卫生要求符合安全卫生要求符合安全卫生要求考虑安全措施和安全设计的程序考虑安全措施和安全设计的程序考虑安全措施和安全设计的程序考虑安全措施和安全设计的程序n n主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：机械安全设计考虑的四大方面机械安全设计考虑的四大方面机械安全设计考虑的四大方面机械安全
2、设计考虑的四大方面机械安全设计的主要内容机械安全设计的主要内容机械安全设计的主要内容机械安全设计的主要内容结构安全设计、控结构安全设计、控制系统有关安全部制系统有关安全部件的设计、防护装件的设计、防护装置、附加信息置、附加信息n n机械安全防护装置的设计机械安全防护装置的设计机械安全防护装置的设计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分类安全防护装置分类安全防护装置分类安全防护装置设置安全防护装置设置安全防护装置设置安全防护装置设置安全防护装置设计要求安全防护装置设计要求安全防护装置设计要求安全防护装置设计要求1第一节第一节 基本技术原则基本技术原则一一、对所设计的机械进行风险评
3、价、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对危险的了解程度和所采取的避免危险的技能 风险评价：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，找出原因，提高安全水平。步骤，其目的是通过分析，找出原因，提高安全水平。采取定性与定量相结合的方式。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:机械
4、风险评价是指以机械或机械系统为研究对象，用系统方式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。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：得出：（1 1）发生损伤
5、或危害健康的概率。这种概率与人员暴露于危险）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。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 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）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怎样作用具有很大的偶然性，难以预见。影响和怎样作用具有很大的偶然性，难以预见。31、风险评价的步骤及内容、风险评价的步骤及内容 （1）风险分析：研究机械
6、和人在规定的使用条件下，面临或处于一种）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。或几种危险因素的状态或环境。包括：包括：1）机械限制的确定）机械限制的确定 机械的寿命、使用范围、使用者的训练水平机械的寿命、使用范围、使用者的训练水平 2）危险识别）危险识别 机械类危险：各种伤害如挤压，缠绕等。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。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）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考虑在机械危险状态下，造成人员伤害的几率和伤害程度
7、伤害的严重度伤害的严重度伤害出现的概率伤害出现的概率防护对象的性质、损伤的严重度、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、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，以确定机械是否需要）风险评定：风险评估后要进行风险的评定，以确定机械是否需要 减少风险或是否达到了安全的要求。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安全风险评价的流程图 5 风险评定可以采用的方法：风险评定可以采用的方法：1）对所见到
8、的可能导致损伤和危害健康的各种危险状态逐一核）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。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）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。类似机械进行对比。其对比的条件：其对比的条件：a:现有的工艺水平的风险减小是可接受的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使用的工艺是可比的 c:危险和风险要素是可比的危险和风险要素是可比的 d:技术目标是可比的技术目标是可比的 e:使用条件是可比的使用
9、条件是可比的 6(3)编制风险评价报告编制风险评价报告 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：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、标准等文献；第一，评价依据，如法规、标准等文献；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；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、原因和第三，识别预期使用中的危险、危险
10、状态和危险事件的种类、原因和存在部位；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，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；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。第六，为消除危险或减小风险所实施的安全措施建议。72、风险评价的方法、风险评价的方法 危险性预先分析（危险性预先分析（PHA，Preliminary Hazard Analysis）故障模式与影响分析（故障模式与影响分析（FMEA，Fa
11、ult Modes and Effects Analysis）致命度分析（致命度分析（CA，Critical Analysis）故障树分析（故障树分析（FTA，Fault Tree Analysis）事件树分析（事件树分析（ETA，Event Tree Analysis）前因后果分析（前因后果分析（Reason and Result Analysis）德尔菲法（德尔菲法（DELPHL)风险系统分析组织（风险系统分析组织（MOSAR）8二二、优先采用本质安全措施、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、尽量采用各种有效的先进的技术手段，从根本上消除危险
12、的存在 2、使机器具有自动防止误操作的能力、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、使机器具有完善的自我保护功能9三三、符合人类功效学的准则、符合人类功效学的准则 1、正确地布置各种控制操作装置、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、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工作座椅一般人类工效学要求 3 3、尽量提供合适的工作座椅、尽量提供合适的工作座椅11 4、出入作业地点要方便、出入作业地点要方便四四、符合安全卫生要求、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物质，若不能要求机器不得排放超过规定的各种有害
13、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。消除有害物质的排放，必须配备处理有害物质的装置。12五五、按考虑机械安全措施的原则和设计程序进行安全设计、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、机械安全措施 1）消除产生危险的原因）消除产生危险的原因 2）减少接触机器危险部件的需求）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）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）提供保护装置或防护服 132、安全设计的程序、安全设计的程序 1）考虑设备的本质安全）考虑设备的本质安全 2）对控制装置的选择）对控制装置的
14、选择 3）考虑机器的失效安全）考虑机器的失效安全 4）考虑维护及隔离方法）考虑维护及隔离方法 5）定位安全）定位安全 6）机器布置）机器布置14FAA:Safety Order of PrecedenceDescriptionPriorityDefinitionDesign for minimum risk.1Design to eliminate risks.If the identified risk cannot be eliminated,reduce it to an acceptable level through design selection.Incorporate safe
15、ty devices.2If identified risks cannot be eliminated through design selection,reduce the risk via the use of fixed,automatic,or other safety design features or devices.Provisions shall be made for periodic functional checks of safety devices.Provide warning devices.3When neither design nor safety de
16、vices can effectively eliminate identified risks or adequately reduce risk,devices shall be used to detect the condition and to produce an adequate warning signal.Warning signals and their application shall be designed to minimize the likelihood of inappropriate human reaction and response.Warning s
17、igns and placards shall be provided to alert operational and support personnel of such risks as exposure to high voltage and heavy objects.Developprocedures and training.4Where it is impractical to eliminate risks through design selection or specific safety and warning devices,procedures and trainin
18、g areused.However,concurrence of authority is usually required when procedures and training are applied to reduce risks of catastrophic,hazardous,major,or critical severity.From FAA System Safety Hand book15种类种类优先等级优先等级详细说明详细说明最小风最小风险设计险设计1设计中消除风险。如果已确认的风险不能被消除，则通过设计设计中消除风险。如果已确认的风险不能被消除，则通过设计选择将其减少
19、到可接受水平。选择将其减少到可接受水平。加入安加入安全装置全装置2如果通过设计选择不能消除已知风险，则使用固定的、自动的如果通过设计选择不能消除已知风险，则使用固定的、自动的或其他安全设计特征或装置降低风险。应当明文规定对安全设或其他安全设计特征或装置降低风险。应当明文规定对安全设备做定期性能检查。备做定期性能检查。装备警装备警告装置告装置3当设计和安全装置都不能有效地消除已知风险或充分降低风险当设计和安全装置都不能有效地消除已知风险或充分降低风险时，则应采用能探测到风险状况并发出警告信号的设备。警告时，则应采用能探测到风险状况并发出警告信号的设备。警告信号及其应用应设计成能最大限度地减少不正
20、确的人为反应和信号及其应用应设计成能最大限度地减少不正确的人为反应和响应的可能性。应设立警告表示及警告牌警告运行人员和地面响应的可能性。应设立警告表示及警告牌警告运行人员和地面保障人员勿接触高电压和重物之类的风险。保障人员勿接触高电压和重物之类的风险。开发程开发程序及培序及培训训4当通过设计选择或特殊的安全和警告装置来消除风险都不可行当通过设计选择或特殊的安全和警告装置来消除风险都不可行时，则应使用程序及培训。然而，使用程序及培训来减少灾难时，则应使用程序及培训。然而，使用程序及培训来减少灾难性的、危险的、严重的或紧急严重程度的风险，需要得到管理性的、危险的、严重的或紧急严重程度的风险，需要得
21、到管理当局的同意。当局的同意。安全优先次序安全优先次序16第二节第二节 机械安全设计的主要内容机械安全设计的主要内容一一、机械的安全设计、机械的安全设计 1、零件安全、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、整机安全 保证整个技术系统在规定条件下实现总的功能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、工作安全 对操作人员的防护，保证人身安全和身心健康对操作人员的防护，保证人身安全和身心健康 4、环境安全、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
22、境的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 适应性适应性17二二、安全设计的方法及应用、安全设计的方法及应用 1、直接安全设计法、直接安全设计法 遵循三个原理遵循三个原理 1）安全存在原理）安全存在原理 零件和零件之间在规定载荷和时间内安全。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。受力、试验负荷、腐蚀、温度、老化。2）有限损坏原理）有限损坏原理 功能被破坏或干扰时，破坏次要部件。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、安全阀、易损件等。安全销座安全销座 安全销安全销 18二二、安全设计的方法及应用、安全设计的
23、方法及应用 3）冗余配置原理）冗余配置原理 重复的备用系统。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、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、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。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如：液压回路中的安全阀 3、提示性安全设计法、提示性安全设计法 在危害出现前，通在危害出现前，通过指示灯、警铃等提醒过指示灯、警铃等提醒人们注意，及时停止机人们注意，及时停止机
24、器的工作，排除故障。器的工作，排除故障。如：行驶机械在燃如：行驶机械在燃油箱的燃油所剩不多时，油箱的燃油所剩不多时，指示灯亮。指示灯亮。20三三、机械安全设计的主要内容、机械安全设计的主要内容 1、机械结构的安全设计、机械结构的安全设计 2、消除和减少机械危险的设计、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、机械控制系统安全部件的设计 4、机械安全装置的设计、机械安全装置的设计 5、机械的安全使用信息、机械的安全使用信息 6、机械的附加预防措施的设计、机械的附加预防措施的设计21 1、机械结构的安全设计、机械结构的安全设计 1）机械零、部件形状和相对位置的设计）机械零、部件形状
25、和相对位置的设计 2）限制运动件的质量和速度）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）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）限制弹性元件的位能 5）限制操纵器的操纵力）限制操纵器的操纵力 6）限制机器的噪声和振动）限制机器的噪声和振动 7）限制机器的表面温度）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）合理规定和计算零件的强度和应力 9）合理选用材料）合理选用材料 10）采用本质安全的技术、工艺和动力源）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）采用强制机械作用原则 12）遵循人类功效学原则）遵循人类功效学原则 1
26、3）提高机器及其零部件的可靠性）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）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）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、消除和减少机械危险的主要途径与措施 （一）机械性危险（一）机械性危险 1）挤压危险）挤压危险 减少运动件的最大距离减少运动件的最大距离 2）剪切危险）剪切危险 消除运动件的间隙消除运动件的间隙 3）切割危险）切割危险 消除运动件的尖角、锐边、减少粗糙度等消除运动件的尖角、锐边、减少粗糙度等 4）缠绕危险）缠绕危险 降低
27、运动速度，凸出物被覆盖等降低运动速度，凸出物被覆盖等 5）冲击危险）冲击危险 限制往复运动的速度、加速度、距离等限制往复运动的速度、加速度、距离等 6）摩擦磨损危险）摩擦磨损危险 尽量使用光滑的表面等尽量使用光滑的表面等24 （二）非机械性危险（二）非机械性危险 1）电的危险）电的危险 减少电击、短路、过载、静电减少电击、短路、过载、静电 2）热危险）热危险 降低相对速度、冷却、防止高温流体喷射降低相对速度、冷却、防止高温流体喷射 3）噪声危险）噪声危险 提高配合精度、减少振动提高配合精度、减少振动 4）振动危险）振动危险 加强平衡、减振加强平衡、减振 5）辐射危险）辐射危险 尽量少用、严格密
28、封等尽量少用、严格密封等 6）材料或物质产生的危险）材料或物质产生的危险 少用易燃、有害等物质、密封、隔离少用易燃、有害等物质、密封、隔离25第三节第三节 机械安全防护装置的设计机械安全防护装置的设计一一、安全防护装置的类别、安全防护装置的类别 安全保护装置安全保护装置：对人对人 安全控制装置安全控制装置：对物对物 按照功能分类：按照功能分类：1）连续检测和自动控制装置）连续检测和自动控制装置 有毒、有害、易燃等有毒、有害、易燃等，如排风机、自动切断电源、停止加料等，如排风机、自动切断电源、停止加料等 2）联锁装置）联锁装置 防止机器零部件在防止机器零部件在特定条件下（一般只要特定条件下（一般
29、只要防护装置不关闭）运转防护装置不关闭）运转的装置。它可以是机械的装置。它可以是机械的、电动的、液压的或的、电动的、液压的或气动的。气动的。快开门压力容器安全快开门压力容器安全联锁保护装置联锁保护装置 26 3）故障保险装置）故障保险装置 熔断器和保险丝、双电源、冗余设备等熔断器和保险丝、双电源、冗余设备等 4）双手操作式安全控制装置。）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使操作者操作设备时不可能进入危险区 5）固定安全装置）固定安全装置 防止接触机器危险部件的固定的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）控制安全装置 控制机器的运转，装置完全闭合
30、时，机器才能开动控制机器的运转，装置完全闭合时，机器才能开动 7）自动停机装置。）自动停机装置。超越安全度，触发线、光电装置超越安全度，触发线、光电装置 8）隔离安全装置）隔离安全装置 如固定的护栏如固定的护栏 9）可调安全装置）可调安全装置 2728二二、安全防护装置的设置、安全防护装置的设置 1）旋转机械的传动外露部分）旋转机械的传动外露部分 如砂轮、电锯、皮带轮等如砂轮、电锯、皮带轮等 防护网、防护栏杆、防护罩等防护网、防护栏杆、防护罩等 2）冲压设备的施压部分）冲压设备的施压部分 加挡手板、安全开关、光电控制等加挡手板、安全开关、光电控制等 3）起重运输设备）起重运输设备 信号装置、行
31、程限制、自动连锁装置等信号装置、行程限制、自动连锁装置等 4）加工过热或过冷的部件）加工过热或过冷的部件 安装防接触装置安装防接触装置 29 5）易燃、易爆的生产设备）易燃、易爆的生产设备 自动报警、限压装置、防爆阀等自动报警、限压装置、防爆阀等 6）复杂的生产设备和重要的安全系统）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）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）进行检修的机械
32、、电气设备 挂上警告或危险牌挂上警告或危险牌 30三三、安全防护装置的设计、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。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、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）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、辅助工作台等固定防护装置：送料取料装置、护栏、辅助工作台等 b:联锁装置联锁装置 c:自动关闭防护装置自动关闭防护装置 d:自动停机装置：光电装置、压敏垫等自动停机装置：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
33、区的场合）机械正常运转时操作者需要进入危险区的场合 a:联锁装置联锁装置 b:自动停机装置自动停机装置 c:可调防护装置可调防护装置 d:自动关闭防护装置自动关闭防护装置 e:双手操纵装置双手操纵装置 f:可控防护装置可控防护装置31 2、防护装置和安全装置的设计与制造要求、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安全防护装置符合以下要求 a:结构坚固、耐用结构坚固、耐用 b:不易出现操作上的干扰或变得无法操作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不增加任何附加危险 d:其位置离危险区应有足够距离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
34、小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）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）活动式防护装置 a:打开时尽量与机器保持相对固定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各种防护装置的具体要求 3）可调防护装置：）可调防护装置：a:手动或自动调整手动或自动调整 b:不使用工具就容易调整不使用工具就容易调整 c:尽可能减小抛出危险尽可能减小抛出危险 4）可控防护装置）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打开防护装置是进入危险区的唯一途径 33演讲完毕，谢谢观看！