实现机械安全的途径与对策措施

决定机械产品安全性的关键是设计阶段采用安全措施，还要通过使用阶段采用安全措施来最大限度减小风险。
实现机械设备安全遵循以下两个基本途径：
①选用适当的设计结构，尽可能避免危险或减小风险；
②通过减少对操作者涉入危险区的需要，限制人们面临危险，避免给操作者带来不必要的体力消耗、精神紧张和疲劳。
消除或减小相关的风险，应按下列等级顺序选择安全技术措施，即“三步法”。


（一）采用本质安全技术（多选题）
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。
1.合理的结构型式
2.限制机械应力以保证足够的抗破坏能力
3.使用本质安全的工艺过程和动力源
4.控制系统的安全设计5.材料和物质的安全性
6.机械的可靠性设计
7.遵循安全人机工程学的原则
速记：人机应力结构系统，材料本质可靠
1.合理的结构型式
避免由于设计缺陷而导致发生任何可预见的与机械设备的结构设计不合理的有关危险事件。
（1）机器零部件形状。避免有可能造成伤害的锐边、尖角、粗糙面、凸出部位。
（2）运动机械部件相对位置设计。满足安全距离的原则，防止在可涉及的危险部位造成人员受到挤压或剪切伤害。
（3）足够的稳定性。在机器生命周期的各个阶段内都应考虑机器的稳定性，考虑因素有：
①机器底座的几何形状、包括载荷在内的重量分布；
②由于机器部件、机器本身或机器所夹持部件运动引起的振动或重心摆动和产生倾覆力矩的动态力；
③设备行走或安装地点（如地面条件、斜坡）的支承面特征。
2.限制机械应力以保证足够的抗破坏能力
（1）专业符合性要求
（2）足够的抗破坏能力：各组成受力零件应保证足够安全系数。
（3）连接紧固可靠。螺栓连接、焊接、铆接或粘接等连接方式，保证结合部的连接强度、配合精度和密封要求，防止运转状态下连接松动、破坏、紧固失效。
（4）防止超载应力。
例如，采用易熔塞、限压阀、断路器等限制超载应力，保障主要受力件避免破坏。
（5）良好的平衡和稳定性。
在正常作业条件下，机械的整体应具有抗倾覆或防风抗滑的稳定性。



3.使用本质安全的工艺过程和动力源
本质安全工艺过程和本质安全动力源是指这种工艺过程和动力源自身是安全的。
（1）爆炸环境中的动力源。应采用全气动或全液压控制操纵机构，或采用“本质安全”电气装置，避免一般电气装置容易出现火花而导致爆炸的危险。
（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。采用气功、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而导致危险。（势能）
举例：叉车等车辆的液压系统，一般都使用中、高压供油。高压油管的可靠性不仅关系车辆的正常工作，而且一旦发生破裂将会危害人身安全。
（3）提供多种操作模式及模式转换功能。不仅考虑执行预定功能的正常操作需要的控制模式，还要考虑非正常作业（设定、示教、过程转换、故障查找、清洗或维护的控制模式）的需要。
（4）手动控制器的设计和配置应符合安全人机学原则。控制装置和操作位置的定位应使操作者对工作区或危险区直接观察范围最大，以便发现险情及时停机；手动控制器应配置在安全可达的位置，并设置在危险区以外（紧急停止装置、移动控制装置等除外）；手动启动装置附近均应配置相应的停止控制装置，还应配备主系统失效时用于减速或停机的紧急停机装置。
（5）考虑复杂机器的特定要求。
例如，动力中断后的自保护系统或重新启动的原则、“定向失效模式”“关键”件的加倍（或冗余）设置，可重编程控制系统中安全功能的保护、防止危险的误动作措施，以及采用自动监控、报警系统等措施。
5.材料和物质的安全性
（1）材料的力学性能承载能力。
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（诸如冲击、振动、交变载荷等）作用的要求。
（2）对环境的适应性。
在预定的环境条件下工作时，应考虑温度、湿度、日晒、风化、腐蚀等环境影响，材料物质应有抗腐蚀、耐老化、抗磨损的能力，不致因物理性、化学性、生物性的影响而失效。
（3）避免材料的毒性。
在人员合理暴露的场所，应优先采用无毒和低毒的材料或物质，防止机器自身或在使用过程中产生的气、液、粉尘、蒸汽或其他物质造成的风险；材料和物质的毒害物成分、浓度应低于安全卫生标准的规定，对不可避免的毒害物（如粉尘、有毒物、辐射、放射性、腐蚀等）应在设计时考虑采取密闭、排放（或吸收）、隔离、净化等措施，不得危及面临人员的安全或健康或对环境造成污染。
（4）防止火灾和爆炸风险。
对可燃、爆的液、气体材料，应设计使其在填充、使用、回收或排放时减小风险或无危险；在液压装置和润滑系统中，使用阻燃液体（特别是高温环境中的机械）。
6.机械的可靠性设计
一是机械设备要尽量少出故障，即设备的可靠性；
二是出了故障要容易修复，即设备的维修性。
可靠性指标包括机器的无故障性、耐久性、维修性、可用性和经济性等几个方面，
可靠性好则可降低发生事故的频率，从而减少人员暴露于危险。
可靠性设计：
（1）使用可靠性已知的安全相关组件。
（2）关键组件或子系统加倍（或冗余）和多样化设计。
（3）操作的机械化或自动化设计。
（4）机械设备的维修性设计。
速记：已知冗余机械维修
（1）使用可靠性已知的安全相关组件。
指在预定使用、环境条件下，在固定的使用期限或操作次数内，能够经受住所有有关的干扰和应力，而且产生失效概率小的组件。
（2）关键组件或子系统加倍（或冗余）和多样化设计。
当一个组件失效时，另一个组件或其他多个组件能继续执行各自的功能，保证安全功能继续有效。
（3）操作的机械化或自动化设计。
可通过机器人、搬运装置、传送机构、鼓风设备实现自动化，可通过进料滑道、推杆和手动分度工作台等实现机械化。减少人员在操作点暴露于危险，而限制由这些操作产生的风险。
（4）机械设备的维修性设计。
设计应考虑机械的维修性，当产品一旦出故障，易发现、易拆卸、易检修、易安装，维修性是产品固有可靠性的指标之一。
维修性设计应考虑以下要求：
①将维护、润滑和维修设定点放在危险区之外；
②检修人员接近故障部位进行检查、修理、更换零件等维修作业的可达性，即安装场所可达性（有足够的检修活动空间）、设备外部的可达性（考虑、封闭设备用于人员进行检修的开口部分的结构及其固定方式）、设备内部的可达性（设备内部各零、组部件之间的合理布局和安装空间）；
③零、组部件的标准化与互换性，
④必须考虑维修人员的安全。
7.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，应遭循安全人机工程学原则，考虑预定使用机器“人一机”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。
（1）操作台和作业位置应考虑人体测量尺寸、力量和姿势、运动幅度、重复动作频率、易剧性等，尤其是手持和移动式机器的设计，应考虑到人力的可及范围、控制机构的操纵，以及人的手、臂、腿等解剖学结构。
（2）避免操作者在机器使用过程中的紧张姿势和动作，避免将操作者的工作节奏与自动的连续循环连在一起。
（3）当机器和（或）其防护装置的结构特征使得环境照明不足时，应在机器上或其内部提供调整设置区及日常维护区的局部照明。
（4）手动控制操纵装置的选用、配置和标记应满足以下要求：
①必须清晰可见、可识别，且作用明确，必要处适当加标志；
②其布局、行程和操作阻力与所要执行的操作相匹配，能安全地即时操作；
③按钮的位置、手柄和手轮运动与它们的作用应是恒定的；
④操作时不会引起附加风险。
（5）指示器、刻度盘和视觉显示装置的设计与配置应符合以下要求：
信息装置应在人只易于感知的参数和特征范围之内，含义确切、易于理解，显示耐久、清晰；
使操作者和机器间的相互作用尽可能清楚、明确，且在操作位置便于察看、识别和理解。
（二）安全防护措施
安全防护措施是指从人的安全需要出发，采用特定技术手段，防止仅通过本质安全设计措施不足以减小或充分限制各种危险的安全措施，包括防护装置、保护装置及其他补充安全保护措施。

1）防护装置的功能
（1）隔离作用，防止人体任何部位进入机械的危险区触及各种运动零部件。
（2）阻挡作用，防止飞出物打击，高压液体意外喷射或防止人体灼烫、腐蚀伤害等。
（3）容纳作用，接受可能由机械抛出、掉落、射出的零件及其破坏后的碎片等。
（4）其他作用，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、吸收或屏蔽作用。
速记：容祖利器
2）采用安全防护装置可能产生的附加危险
安全防护装置可能带来附加危险。在设计时，应注意以下因素带来的附加危险并采取措施予以避免：
（1）安全防护装置出现故障、失效而丧失其保护功能，能使人员暴露于危险而增加伤害的风险。
（2）安全防护装置在减轻操作者精神压力的同时，也使操作者形成心理依赖，放松对危险的警惕性，或由于影响操作等原因使人员废弃这些装置。
（3）由动力驱动的安全防护装置，其运动零部件或易于下落的重型防护装置可能产生机械伤害的危险。
（4）安全防护装置的自身结构存在安全隐患，如尖角、锐边、突出部分等危险。
（5）由于安全防护装置与机器运动部分安全距离不符合要求而导致的危险。
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，为此，安全防护装置必须满足与其保护功能相适应的要求：
（1）满足安全防护装置的功能要求。应保证在机器的整个可预见的使用寿命期内，能良好地执行其功能；便于检查和修理，能够更换失效材料和性能下降的零部件，保证装置的可靠性；其功能除了防止机械性危险外，还应能防止由机械使用过程中产生的其他各种非机械性危险。
（2）构成元件及安装的抗破坏性。结构体应有足够的强度和刚度，坚固耐用，不易损坏，能有效抵御飞出物的打击危险或外力作用下发生不应有的变形；应与机器的工作环境相适应，结构件无松脱、裂损、腐蚀等危险隐患。
（3）不应成为新的危险源。不增加任何附加危险。可能与使用者接触的各部分不应产生对人员的伤害或阻滞（如避免尖棱利角、加工毛刺、粗糙的边缘等）；防止有害物质（流体、切屑、粉尘、烟气、辐射等）的泄漏和遗散。
（4）不应出现漏保护区。不易拆卸（或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。使人体各部位（特别是手或脚）无法逾越接触危险，同时防止挤压或剪切。
（6）不影响机器的预定使用。不得与机械任何正常可动零部件产生运动抵触；对机器使用期间各种模式的操作产生的干扰最小，不因采用安全防护装置增加操作难度或强度；对观察生产过程的视野障碍最小。
（7）遵循安全人机工程学原则。防护装置的结构尺寸及安装的安全距离应满足人体测量参数的要求，其可移除部分的尺寸和质量应易于装卸；不易用于移动和搬运的应考虑适于由升降设备运送的辅助装置；活动式防护装置或其中可移除部分应便于操作。
（8）满足某些特殊工艺要求。在某些应用场合，诸如食品、药品、电子及相关工业中，防护装置的设计应使其能排出加工过程中的污物；特别在食品和药品加工机械巾使用时，使用的材料和涂层应对所装存物质或材料不产生有毒、污染等卫生方面的危险，安全而且便于清洗。
4）防护装置的类型



5）防护装置的安全技术要求
除了满足安全防护装置的一般要求外，还应符合以下要求：
（1）防护装置应设置在进入危险区的唯一通道上，防护结构体不应出现漏保护区，并满足安全距离的要求，使人不可能越过或绕过防护装置接触危险。
（2）固定防护装置应采用永久固定（如焊接等）或借助紧固件（如螺钉、螺栓等）方式固定，若不用工具（或专用工具）不可能拆除或打开。
（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，防止挪开的防护装置或活动体丢失或难以复原。
（4）当活动联锁式防护装置出现丧失安全功能的故障时，应使被其“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，在特定操作期间保持固定、自锁状态，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。
2.保护装置
防护装置以外的安全防护装置，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。常见的有联锁装置、双手操作式装置、能动装置、限制装置等。
（三）安全信息的使用
使用信息的类别有：标志、符号（象形图）、安全色、文字警告等；信号和警告装置；随机文件，例如，操作手册、说明书等。
1.信息的使用原则
1）根据风险的大小和危险的性质
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的作用采用不同的安全色
5）满足安全人机学的原则
1）根据风险的大小和危险的性质
可依次采用安全色、安全标志、警告信号，直到警报器。标志、符号和文字信息应容易理解和明确无误，文字信息应采用使用机器的同家语言。
在使用上，图形符号和安全标志应优先于文字信息。
速记：色标新奇
2）根据需要信息的时间
提示操作要求的信息应采用简洁形式，长期固定在所需的机器部位附近；
显示状态的信息应尽量与工序顺序一致，与机器运行同步出现；
警告超载的信息应在负载接近额定值时，提前发出警告信息；
危险紧急状态的信息应即时发出，持续的时间应与危险存在的时间一致，持续到操作者干预为止或信号的消失应随危险状态解除而定。
3）根据机器结构和操作的复杂程度
对于简单机器，一般只需提供有关标志和使用操作说明书；对于结构复杂的机器，特别是有一定危险性的大型设备，除了各种安全标志和使用说明书（或操作手册）外，还应配备有关负载安全的图表、运行状态信号，必要时提供报警装置等。
4）根据信息内容和对人视觉的作用采用不同的安全色
为使人们对周围存在的不安全因素环境、设备引起注意和警惕，需要涂以醒目的安全色。需强调的是，安全色的使用不能取代防范事故的其他安全措施。
5）满足安全人机学的原则
采用安全信息的方式和使用方法应与操作人员或暴露人员的能力相符合。只要可能，应使用视觉信号；在可能有人的感觉缺陷的场所，如盲区、色盲区、耳聋区或由于使用个人保护装备而导致出现盲区的地方，应配备可以感知有关安全信息的其他信号（例如，触摸、振动等信号）。
2.安全标志和安全色