[精品]试议机械设计与安全设计

试议机械设计与安全设计 试议机械设计与安全设计 ［摘要］随着工业化生产的发展，各行各业的机械设备越来越多, 自动化的机械设备正逐步成为各生产的主力军，机械事故的不断发生, 也越来越引起了人们的关注机械的安全性，因此，机械的安全性必须 从本质安全入手，在机械设计时，同时考虑安全设计。［关键 词］机械设计；安全设计；危险识别机械是现代化生产中各行各 业不可缺少的生产设备，从机械的发展历史看，机械是用来代替人的 劳动，目前已从简单的工具发展到完全自动化的机械。在生产的人机 环境系统中，机械与人相比，它有许多人所不可能具备的优点，主要 是提高劳动生产率、能量大、功率大、精度高、灵敏度好、耐用性 强、可靠性高、运转速度快、适应性强等。由于人与机械的广 泛接触，就有可能对人产生损伤或者危害人的健康，机械作业是一种 事故多发性作业，近年来，机械设备的事故比较多，发生机械事故的 原因可归纳为人的不安全行为、设备的不安全状态和环境的不安全因 素等三个方面，据统计，造成机械伤害事故中的直接原因，由于设备 的不安全状态，因防护缺陷（没有防护、防护不当、保险装置、信号 装置缺乏等）而造成的各类事故占机械伤害事故的71.56o我国机 械伤害事故中，多数事故也与防护不当有密切有关，因此，重视机械 的安全性是十分重要的。为了从根本上防止机械伤害的隐患， 应尽量采用各种有效地先进的技术手段，从根本上消除危险的存在； 使机器具有自动防止误操作的功能；使机器具备完善的自我保护能力; 优先采用安全保护措施，就必须从设计入手。在机械的设计时，就要 考虑机械的本质安全，设计有安全可靠的各种防护措施、安全保障装 置等。全面分析、研究机械运行、使用、维修中可能存在的不安全因 素、可能发生事故的可能性及事故的危害程度，把保证机械的运行、 使用、维修安全贯穿于整个设计中。机械安全设计作为现代设 计方法的重要组成部分，随着先进制造技术的推动和市场对机械产品 需求的多样化，通过10多年来对传统安全工程的摒弃、扩展和延伸， 逐步形成了以系统工程理论为指导，以基础科学、工程技术以及管理 科学构成的多层次的安全科学。机械安全设计的主要包括以下内容 1、危险识别危险识别在机械安全设计中占有十分重要的地位， 它的目的是描述危险的性质和识别它们各自危险所产生的后果。在对 机械进行安全设计、制定有关安全标准和风险评价时，必须要对机器 可能产生的危险进行识别。它是安全评价和安全设计的主要依据，危 险识别的准确与否，直接影响到安全性能的好坏。机器可能产生的危 险主要分为2大类（1）机械危险主要包括挤压危险、剪切 危险、切割危险、缠绕危险、吸人或卷入危险、冲击或碰撞危险、刺 伤或扎伤危险、摩擦和磨损危险、高压流体喷射危险等。（2） 非机械危险 主要包括电气危险、热危险、噪声危险、振动危险、辐 射危险、材料或物质产生的危险、未遵循人类工效学原则而产生的危 险及综合性危险等。2、安全评价风险评价是在危险分析 的基础上，根据现有工艺水平对机器在每种危险状态下可能产生伤害 的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设计者 根据现有技术水平，以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施， 使机器达到最高安全水平。（1）风险评价要素 风险评价通常 包括以下3个方面的要素①评估可能伤害的严重度。可通过伤害 的范围、伤害的限度、伤害的严重度等因素进行评估；②人们暴露于 危险区的频率。通过对进入危险区的性质、频次、持续时间和人数等 因素来进行评估；③预测危险出现的概率。主要对以下因素进行预测 机器及其它元器件的可靠性及有关统计数据，类似机器事故历史资料。 （2）风险评价的定性方法风险要素评估完成后，需对机器进行危 险评价，以确定机器是否达到安全要求。（3）综合运用各种系 统安全分析和评价方法采用系统工程方法进行风险评价已有近20 年的历史，发展了数十种系统安全分析方法，能从各种不同的角度对 系统进行风险评价。从分析的数理角度出发，这些方法可分为定性分 析和定量分析。从分析的逻辑观点出发，又可分为归纳法和演绎法。 其中，不少方法是相似的、重复的，但是按照系统寿命周期的时间进 程，这些系统安全分析方法之间又互有联系，各有利弊。在伤 亡事故分析预测方面，比较常用的系统安全分析方法有初步危险分析 （PHA）、故障类型和影响危险度分析（FMECA）、事件树分析（ETA）、 故障树分析（FTA）、管理疏忽和危险树分析（MORT）等。其中，在我 国乃至国际上应用最广泛的是故障树分析。3、机械安全设计 根据风险评估的结果进行安全设计，在选择安全设计的最优方法时, 必须遵循以下原则（1）结构安全设计 机械安全设计的第一 步是对其进行结构设计，结构安全设计应考虑的主要因素如下 ①使机器外观达到本质安全的结构设计，在不影响正常功能实现、使 用的情况下，凡人体易接近的机械外形结构应平整、光滑、不应有易 引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等。②使机器有关 运动参数达到安全的设计；直线运动部件之间或直线运动部件与静 止部件（包括墙、柱）之间的距离，必须符合有关安全距离的规定, 应保证不该通过的身体部位不能通过。限制操作力、运动件的质量和 速度、往复运动件的运动距离和加速度、机器的噪声和振动、机器的 表面温度等。③合理规定和计算零部件的强度和应力；④ 合理选用材料；⑤选用本质安全技术和动力源；使机器与所有 动力源或其他供给断开。断开必须做到既可见（动力源连续性明显中 断），又能通过允许检查断开装置上操纵器的位置而确认，并且还必 须明确表示出机器的那些部分已被断开。如果需要（例如对于大型 机器或在设施中），将所有切断装置锁定在“断开”位置。机械的动 力源不管什么原因中断或波动后，要重新建立时不得导致危险状态。 尤其是A、机器不得意外起动；B. 一旦停机命令发出，机器 必须停止运转；C、机器的运动部分或由机械夹持的工件不得落下或 抛出；D、不得防碍自动或手动停止机器的运动部分；E、防护装置必 须保持完全有效;F、采取措施保证在断开点的下游不再有位能（如 电解、可以释放的液压或机械能）；动能（如通过惯性可以继续运 动的部件）。在一旦停机命令发出，机器必须停止运转的措施效 果通过工作安全系统进行验证。这些措施会使机器达到“0能量状 态”；断开和能量泄放可提供很高的安全水平。⑥应用强制机 械作用原则；⑦应用人机工程原则；⑧应用人类工效学原则；⑨提高 机器及零件的可靠性；10使机器的调整、维修点位于危险区之外。 （2）安全防护措施的选用与设计，对通过合理的结构设计仍不能避 免或充分减小的危险或风险，应合理选用和设计安全装置和（或）防 护装置进行防护。（3）提供充分的安全使用信息对通过合理 结构设计和采用安全防护措施都无法消除或充分减小的那些遗留风 险，应通过提供安全使用信息的方式通知和警告用户和使用者，使他 们在使用机器时采取相应的补救安全措施。