機(jī)械安全設(shè)計(jì)

第二章機(jī)械安全設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)：

功能要求——技術(shù)、經(jīng)濟(jì)安全要求——以人為出發(fā)點(diǎn)機(jī)械安全設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)：使機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到本質(zhì)安全設(shè)計(jì)階段：避免、警告使用階段：誤用、事故

1基本技術(shù)原則：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)優(yōu)先采用本質(zhì)安全措施符合人類工效學(xué)的準(zhǔn)則符合安全衛(wèi)生要求考慮安全措施和安全設(shè)計(jì)的程序主要內(nèi)容：機(jī)械安全設(shè)計(jì)考慮的四大方面機(jī)械安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件的設(shè)計(jì)、防護(hù)裝置、附加信息機(jī)械安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)：安全防護(hù)裝置分類安全防護(hù)裝置設(shè)置安全防護(hù)裝置設(shè)計(jì)要求2常用概念故障：設(shè)備在工作過程中，因某種原因“喪失規(guī)定功能”或危害安全的現(xiàn)象。隱患：在某個(gè)條件下,事物以及事件中所存在的不穩(wěn)定并且影響到個(gè)人或者他人安全利益的因素。危險(xiǎn)：材料、物品、系統(tǒng)、工藝過程、設(shè)施或場(chǎng)所對(duì)人、財(cái)產(chǎn)或環(huán)境具有產(chǎn)生危害的潛能。風(fēng)險(xiǎn)：某一特定危險(xiǎn)情況發(fā)生的可能性和后果的組合。安全：免除不了、可接受的損害風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

安全不是完全沒有損害，故障不一定會(huì)有危險(xiǎn)。3第一節(jié)機(jī)械安全設(shè)計(jì)的基本技術(shù)原則一、對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)1.1、風(fēng)險(xiǎn)指在某一特定環(huán)境下，在某一特定時(shí)間段內(nèi)，某種損失發(fā)生的可能性。換句話說(shuō)，是在某一個(gè)特定時(shí)間段里，人們所期望達(dá)到的目標(biāo)與實(shí)際出現(xiàn)的結(jié)果之間產(chǎn)生的距離。

風(fēng)險(xiǎn)是由風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)事故和風(fēng)險(xiǎn)損失等要素組成。廣義：不確定性、狹義：損失不確定性4

1.2、風(fēng)險(xiǎn)的大小：具體的情況

機(jī)器的類型、用途、使用方法、出入現(xiàn)場(chǎng)的難易程度使用人員的素質(zhì)、技能與工作態(tài)度對(duì)危險(xiǎn)的了解程度和所采取的避免危險(xiǎn)的技能

51.3、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以系統(tǒng)方式對(duì)與機(jī)械有關(guān)的危險(xiǎn)進(jìn)行考察的一系列邏輯步驟。危險(xiǎn)分析：機(jī)械的設(shè)計(jì)、使用時(shí)間、事故的傷害危險(xiǎn)評(píng)定

找到在現(xiàn)有水平下最合適的安全措施

定性方法：直觀定量方法：補(bǔ)充

6機(jī)械設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)所需要的信息機(jī)器的各種限制因素；機(jī)器的各壽命階段的技術(shù)要求；機(jī)器的設(shè)計(jì)圖樣和說(shuō)明機(jī)器特性的其他資料；動(dòng)力來(lái)源的有關(guān)信息；可能得到的事故歷史及案例資料；其他任何有損人體健康的信息；71.4、機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià):

機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是指以機(jī)械或機(jī)械系統(tǒng)為研究對(duì)象，用系統(tǒng)方式分析機(jī)器使用階段可能產(chǎn)生的各種危險(xiǎn)、一切可能的危險(xiǎn)狀態(tài)，以及在危險(xiǎn)狀態(tài)下可能發(fā)生損傷或危害健康的危險(xiǎn)事件，并對(duì)危險(xiǎn)事件的概率和程度進(jìn)行全面評(píng)價(jià)的一系列邏輯步驟和選代過程。

與機(jī)械的特定狀態(tài)或技術(shù)過程有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)由以下兩個(gè)要素組合得出：

（1）發(fā)生損傷或危害健康的概率。這種概率與人員暴露于危險(xiǎn)中的頻次和面臨危險(xiǎn)的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，與危險(xiǎn)事件出現(xiàn)的概率有關(guān)。

（2）損傷或危害健康的可預(yù)見的最嚴(yán)重程度。這種嚴(yán)重程度有一定的隨機(jī)性，與多種因素的綜合影響和作用有關(guān)，這些因素如何影響和怎樣作用具有很大的偶然性，難以預(yù)見。

81.5、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的步驟及內(nèi)容

（1）風(fēng)險(xiǎn)分析：研究機(jī)械和人在規(guī)定的使用條件下，面臨或處于一種或幾種危險(xiǎn)因素的狀態(tài)或環(huán)境。包括：1）機(jī)械限制的確定機(jī)械的壽命、使用范圍、使用者的訓(xùn)練水平2）危險(xiǎn)識(shí)別機(jī)械類危險(xiǎn)：各種傷害如擠壓，纏繞等。非機(jī)械類危險(xiǎn)：電氣危險(xiǎn)、熱危險(xiǎn)、噪聲危險(xiǎn)、振動(dòng)等。3）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估考慮在機(jī)械危險(xiǎn)狀態(tài)下，造成人員傷害的幾率和傷害程度傷害的嚴(yán)重度傷害出現(xiàn)的概率防護(hù)對(duì)象的性質(zhì)、損傷的嚴(yán)重度、對(duì)人傷害的范圍、對(duì)機(jī)器傷害的范圍暴露危險(xiǎn)區(qū)的頻次和持續(xù)時(shí)間、危險(xiǎn)事件出現(xiàn)的概率、避免傷害的可能性9

（2）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定：風(fēng)險(xiǎn)分析后要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)定，以確定機(jī)械是否需要減少風(fēng)險(xiǎn)或是否達(dá)到了安全的要求。實(shí)現(xiàn)安全的迭代過程10

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定可以采用的方法：

1）對(duì)所見到的可能導(dǎo)致?lián)p傷和危害健康的各種危險(xiǎn)狀態(tài)逐一核對(duì)采取的安全措施，評(píng)定是否達(dá)到了風(fēng)險(xiǎn)減小的目標(biāo)。2）在具有可比性的條件下，與已經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)并被認(rèn)為安全的類似機(jī)械進(jìn)行對(duì)比。其對(duì)比的條件：a:現(xiàn)有的工藝水平的風(fēng)險(xiǎn)減小是可接受的；b:使用的工藝是可比的；c:危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)要素是可比的；d:技術(shù)目標(biāo)是可比的；e:使用條件是可比的；11編制風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)報(bào)告

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)形成文件（文字材料、圖表與數(shù)據(jù)），報(bào)告內(nèi)容除了合同書、參加單位人員的資質(zhì)文件外，還應(yīng)包括以下內(nèi)容：

第一，評(píng)價(jià)依據(jù)，如法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等文獻(xiàn)；

第二，評(píng)價(jià)機(jī)械的預(yù)期使用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和限制范圍、操作程序和對(duì)人員的要求等；

第三，識(shí)別預(yù)期使用中的危險(xiǎn)、危險(xiǎn)狀態(tài)和危險(xiǎn)事件的種類、原因和存在部位；

第四，搜集的有關(guān)信息，例如事故，職業(yè)病歷史，測(cè)試、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)類似機(jī)械進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)獲得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)等；

第五，通過安全措施要達(dá)到的目標(biāo)；

第六，為消除危險(xiǎn)或減小風(fēng)險(xiǎn)所實(shí)施的安全措施建議。121.6、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的方法

危險(xiǎn)性預(yù)先分析（PHA，PreliminaryHazardAnalysis

）故障模式與影響分析（FMEA，F(xiàn)aultModesandEffectsAnalysis

）致命度分析（CA

，CriticalAnalysis

）故障樹分析（FTA，F(xiàn)aultTreeAnalysis）事件樹分析（ETA，EventTreeAnalysis）前因－后果分析法（ReasonandResult

Analysis）德爾菲法（DELPHL)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分析組織法（MOSAR）

13PHA（初始危險(xiǎn)分析）（1）將目標(biāo)機(jī)器系統(tǒng)劃分為若干部件或子系統(tǒng)；（2）分析確定哪些部件或者子系統(tǒng)最有可能出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)；（3）確定每項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)后，評(píng)估可能產(chǎn)生傷害的風(fēng)險(xiǎn)，并按照嚴(yán)重程度歸類；（4）依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)類別采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?。故障模式與影響分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)產(chǎn)品各組成部分的潛在的各種故障模式及其對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，把每一個(gè)潛在故障模式按照它的嚴(yán)酷程度進(jìn)行分類，提出可以采取的預(yù)防措施，用以提高產(chǎn)品可靠性。14致命度分析致命度分析就是對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)不同的嚴(yán)重故障模式計(jì)算臨界值——致命度指數(shù)，即給出某故障模式產(chǎn)生致命度影響的概率。它是一種定量分析方法：與故障類型和影響分析結(jié)合使用時(shí)，叫做故障類型、影響及致命度分析。

故障樹分析故障樹分析(FTA)技術(shù)是美國(guó)貝爾電報(bào)公司的電話實(shí)驗(yàn)室于1962年開發(fā)的，它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。一般來(lái)講，安全系統(tǒng)工程的發(fā)展也是以故障樹分析為主要標(biāo)志的。

15事件樹事件樹分析是從一個(gè)初始事件開始，按順序分析事件向前發(fā)展中各個(gè)環(huán)節(jié)成功與失敗的過程和結(jié)果。是一種時(shí)序邏輯的事故分析方法，它以一初始事件為起點(diǎn)，按照事故的發(fā)展順序，分成階段，一步一步地進(jìn)行分析，每一事件可能的后續(xù)事件只能取完全對(duì)立的兩種狀態(tài)（成功或失敗，正常或故障，安全或危險(xiǎn)等）之一的原則，逐步向結(jié)果方面發(fā)展，直到達(dá)到系統(tǒng)故障或事故為止。所分析的情況用樹枝狀圖表示，故叫事件樹。

16德爾菲法采用背對(duì)背的通信方式征詢專家小組成員的預(yù)測(cè)意見，經(jīng)過幾輪征詢，使專家小組的預(yù)測(cè)意見趨于集中，最后做出符合市場(chǎng)未來(lái)發(fā)揮在那趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)論。德爾菲法又名專家意見法，是依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即團(tuán)隊(duì)成員之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調(diào)查人員發(fā)生關(guān)系，以反覆的填寫問卷，以集結(jié)問卷填寫人的共識(shí)及搜集各方意見，可用來(lái)構(gòu)造團(tuán)隊(duì)溝通流程，應(yīng)對(duì)復(fù)雜任務(wù)難題的管理技術(shù)。17風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)注意：（1）掌握足夠信息，并進(jìn)行仔細(xì)研究、分析；（2）系統(tǒng)的高危險(xiǎn)性并不意味著事故的必然性；18二、優(yōu)先采用本質(zhì)安全措施

1、盡量采用各種有效的、先進(jìn)的技術(shù)手段，從根本上消除危險(xiǎn)的存在；2、使機(jī)器具有自動(dòng)防止誤操作的能力；3、使機(jī)器具有完善的自我保護(hù)功能；19三、符合人類功效學(xué)的準(zhǔn)則

1、正確地布置各種控制操作裝置

2、正確地選擇工作平臺(tái)的位置及高度20

4、出入工作地點(diǎn)要方便3、盡量提供合適的工作座椅21

四、符合安全衛(wèi)生要求

要求機(jī)器不得排放超過規(guī)定的各種有害物質(zhì)，若不能消除有害物質(zhì)的排放，必須配備處理有害物質(zhì)的裝置。22五、按考慮機(jī)械安全措施的原則和設(shè)計(jì)程序進(jìn)行安全設(shè)計(jì)

1、機(jī)械安全措施

1）消除產(chǎn)生危險(xiǎn)的原因2）減少接觸機(jī)器危險(xiǎn)部件的需求3）提供安全裝置使人難以接近機(jī)器的危險(xiǎn)部位4）提供保護(hù)裝置或防護(hù)服

232、安全設(shè)計(jì)的程序1）考慮設(shè)備的本質(zhì)安全2）對(duì)控制裝置的選擇3）考慮機(jī)器的實(shí)效安全4）考慮維護(hù)及隔離方法5）定位安全6）機(jī)器布置24FAA:SafetyOrderofPrecedenceDescriptionPriorityDefinitionDesignforminimumrisk.1Designtoeliminaterisks.Iftheidentifiedriskcannotbeeliminated,reduceittoanacceptablelevelthroughdesignselection.Incorporatesafetydevices.2Ifidentifiedriskscannotbeeliminatedthroughdesignselection,reducetheriskviatheuseoffixed,automatic,orothersafetydesignfeaturesordevices.Provisionsshallbemadeforperiodicfunctionalchecksofsafetydevices.Providewarningdevices.3Whenneitherdesignnorsafetydevicescaneffectivelyeliminateidentifiedrisksoradequatelyreducerisk,devicesshallbeusedtodetecttheconditionandtoproduceanadequatewarningsignal.Warningsignalsandtheirapplicationshallbedesignedtominimizethelikelihoodofinappropriatehumanreactionandresponse.Warningsignsandplacardsshallbeprovidedtoalertoperationalandsupportpersonnelofsuchrisksasexposuretohighvoltageandheavyobjects.Developproceduresandtraining.4Whereitisimpracticaltoeliminaterisksthroughdesignselectionorspecificsafetyandwarningdevices,proceduresandtrainingareused.However,concurrenceofauthorityisusuallyrequiredwhenproceduresandtrainingareappliedtoreducerisksofcatastrophic,hazardous,major,orcriticalseverity.FromFAASystemSafetyHandbook25種類優(yōu)先等級(jí)詳細(xì)說(shuō)明最小風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)中消除風(fēng)險(xiǎn)。如果已確認(rèn)的風(fēng)險(xiǎn)不能被消除，則通過設(shè)計(jì)選擇將其減少到可接受水平。加入安全裝置2如果通過設(shè)計(jì)選擇不能消除已知風(fēng)險(xiǎn)，則使用固定的、自動(dòng)的或其他安全設(shè)計(jì)特征或裝置降低風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)當(dāng)明文規(guī)定對(duì)安全設(shè)備做定期性能檢查。裝備警告裝置3當(dāng)設(shè)計(jì)和安全裝置都不能有效地消除已知風(fēng)險(xiǎn)或充分降低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)采用能探測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)狀況并發(fā)出警告信號(hào)的設(shè)備。警告信號(hào)及其應(yīng)用應(yīng)設(shè)計(jì)成能最大限度地減少不正確的人為反應(yīng)和響應(yīng)的可能性。應(yīng)設(shè)立警告表示及警告牌警告運(yùn)行人員和地面保障人員勿接觸高電壓和重物之類的風(fēng)險(xiǎn)。開發(fā)程序及培訓(xùn)4當(dāng)通過設(shè)計(jì)選擇或特殊的安全和警告裝置來(lái)消除風(fēng)險(xiǎn)都不可行時(shí)，則應(yīng)使用程序及培訓(xùn)。然而，使用程序及培訓(xùn)來(lái)減少災(zāi)難性的、危險(xiǎn)的、嚴(yán)重的或緊急嚴(yán)重程度的風(fēng)險(xiǎn)，需要得到管理當(dāng)局的同意。安全優(yōu)先次序26第二節(jié)機(jī)械安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容一、機(jī)械的安全設(shè)計(jì)

1、零件安全

在規(guī)定載荷和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，零件不發(fā)生斷裂、過度變形、磨損、腐蝕等

2、整機(jī)安全

保證整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)在規(guī)定條件下實(shí)現(xiàn)總的功能

3、工作安全

對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身安全和身心健康4、環(huán)境安全

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的周圍環(huán)境和人不造成危害和污染，同時(shí)也保證機(jī)器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性27二、安全設(shè)計(jì)的方法及應(yīng)用

1、直接安全設(shè)計(jì)法遵循三個(gè)原理1）安全存在原理零件和零件之間在規(guī)定載荷和時(shí)間內(nèi)安全。受力、試驗(yàn)負(fù)荷、腐蝕、溫度、老化。2）有限損壞原理功能被破壞或干擾時(shí)，破壞次要部件。安全銷、安全閥、易損件等。安全銷座

安全銷

28二、安全設(shè)計(jì)的方法及應(yīng)用

3）冗余配置原理重復(fù)的備用系統(tǒng)。飛機(jī)的多驅(qū)動(dòng)和副油箱、壓力容器的兩個(gè)安全閥、礦山排水的水泵系統(tǒng)采用三套配置（運(yùn)轉(zhuǎn)、維修、備用)。

29

2、間接安全設(shè)計(jì)法通過防護(hù)系統(tǒng)和保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)系統(tǒng)的安全可靠。如：液壓回路中的安全閥

3、提示性安全設(shè)計(jì)法在危害出現(xiàn)前，通過指示燈、警鈴等提醒人們注意，及時(shí)停止機(jī)器的工作，排除故障。如：行駛機(jī)械在燃油箱的燃油所剩不多時(shí)，指示燈亮。

30三、機(jī)械安全設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)2、消除和減少機(jī)械危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)3、機(jī)械控制系統(tǒng)安全部件的設(shè)計(jì)4、機(jī)械安全裝置的設(shè)計(jì)5、機(jī)械的安全使用信息6、機(jī)械的附加預(yù)防措施的設(shè)計(jì)311、機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)

1）機(jī)械零、部件形狀和相對(duì)位置的設(shè)計(jì)2）限制運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量和速度3）限制往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)距離和加速度4）限制彈性元件的位能5）限制操縱器的操縱力6）限制機(jī)器的噪聲和振動(dòng)7）限制機(jī)器的表面溫度328）合理規(guī)定和計(jì)算零件的強(qiáng)度和應(yīng)力9）合理選用材料10）采用本質(zhì)安全的技術(shù)、工藝和動(dòng)力源11）采用強(qiáng)制機(jī)械作用原則12）遵循人類功效學(xué)原則13）提高機(jī)器及其零部件的可靠性14）提高裝卸和送取料工作的機(jī)械化、自動(dòng)化程度15）