机械安全基础知识

• 机械分类
• 使用过程中危险有害因素（重点）
  • 机械性危险（重点）
  • 非机械性危险
• 危险部位及防护措施（重点）
  • 转动的危险部位及防护(重点)
  • 直线运动的危险部位
  • 转动和直线运动的危险部位
• 实现机械安全途径与对策措施
  • 本质安全设计措施（核心重点）
  • 安全防护措施（核心重点）
    • 防护装置
    • 保护装置
    • 防护装置选择
    • 补充保护措施
  • 安全信息使用（核心重点）
    • 信息的使用原则
    • 安全色和安全标志
    • 信号和警告装置（实务）
• 机械制造生产场所安全技术
  • 总平面布置（重点）
  • 通道
  • 设备布置及安全防护措施
  • 采光照明
  • 物资堆放
  • 作业场所地面要求

机械分类

按机械的使用用途，大致分为10类

1. 动力机械（原动机）：电动机、内燃机、蒸汽机等
2. 金属切削机械（12类机床设备）
3. 金属成型机械（非金属切削类）
4. 交通运输机械
5. 起重运输机械：起重机、运输机、升降机、卷扬机
6. 工程机械：挖掘机、铲运机、压实机、打桩机、路面机等
7. 农业机械：拖拉机、林业机械、牧业机械、渔业机械
8. 通用机械：泵、风机、压缩机、阀门、真空设备、分离机械、变速机械、干燥设备、气体净化设备
9. 轻工机械：纺织、食品加工、印刷、制药、造纸机械
10. 专用机械：冶金、采煤、化工、石油

使用过程中危险有害因素（重点）

机械性危险（重点）

与机器、机器零部件或其表面、工具、工件、载荷、飞射固体或流体物料有关的可能会导致挤压、剪切、碰撞、切割或切断、缠绕、碾压、吸入或卷入、冲击、刺伤或刺穿、摩擦或磨损、抛出、绊倒和跌落等危险

产生机械性危害的条件因素有

1. 形状或表面特性
2. 相对位置
3. 动能：零部件因运动松动、脱落、折断、甩出
4. 势能：人或物的重力势能或物的弹性势能
5. 质量和稳定性：抗倾翻或移动机器防风抗滑的稳定性
6. 机械强度不够导致的断裂或破裂
7. 料堆坍塌、土岩滑动造成掩埋所致的窒息危险

非机械性危险

1. 电气危险
2. 危险温度
3. 噪声危险
4. 振动危险
5. 辐射危险
6. 材料和物质产生的危险
7. 未履行安全人机工程学原则而产生的危险

危险部位及防护措施（重点）

生产操作中，机械设备的运动部分是最危险的部位；设备加工区也是危险部位

转动的危险部位及防护(重点)

直线运动的危险部位

1. 切割刀刃
2. 砂带机：砂带机应向远离操作者的方向运动，并且具有止逆装置，靠近操作人员的端部应进行防护
3. 机械工作台和滑枕：当其运动平板（滑枕）达到极限位置时，平板（滑枕）的端面距离固定结构的间距不能小于500mm
4. 配重块
5. 带锯机
6. 冲压机和铆接机
7. 剪刀式升降机

转动和直线运动的危险部位

1. 齿条和齿轮：应利用固定式防护罩将齿条和齿轮全部封闭

2. 输送链和链轮：应能防止接近链轮的锯齿和输送链进入到链轮部位

3. (重点)(实务) 皮带传动

   皮带的接头处和皮带进入皮带轮位置是最危险的部位 焊接金属网是一种适用防护，可能需要一个支撑框架，皮带传动装置防护罩可采用金属骨架的防护网，与皮带的距离不应小于50mm

   采用防护措施的情形

   • 距地面2m以下时，必须加设防护装置
   • 距地面2m以上时，应加设防护的情况
     1. 皮带轮中心距之间的距离在3m以上
     2. 皮带的宽度15cm以上
     3. 皮带回转的转速在9m/min以上

   防护可采用将皮带全部遮盖起来的方法，或采用防护栏杆防护

实现机械安全途径与对策措施

• 机械产品安全：通过设计、制造等环节实现

• 机械使用安全：体现在执行预定功能的正常使用，包括安装、调整、查找故障、维修、拆卸及报废

决定机械产品安全性的关键是设计阶段采用安全措施（本质安全），还要通过实用阶段采用安全措施最大限度减小风险

风险减小迭代三步法

1. 本质安全设计措施（直接安全技术措施）：是风险减小第一步，最重要一步
2. 安全防护措施（间接安全技术措施）
3. 使用安全信息（提示性安全技术措施）

本质安全设计措施（核心重点）

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安全措施（狭义本质安全）

广义本质安全参考管理科目

本质安全指通过设计等手段使生产设备具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故，包括

1. 失误——安全功能
2. 故障——安全功能

以上两项应是设备设施和技术工艺本身固有的，在规划设计阶段就被纳入其中，而不是事后补偿

1. 合理结构型式

   [!Note]

   此处内容了解即可

   1. 机器零部件形状
   2. 运动机械部件相对位置设计
      1. 增加运动部件的最小间距，使人体部位安全进入
      2. 减小运动部件的最小间距，使人体部位不能进入
   3. 足够的稳定性
      1. 机器底座几何形状，包括载荷在内的重量分布
      2. 机器部件运动引起的振动或重心摆动和倾覆力矩
      3. 设备行走或安装地点的支承面特征

2. (实务) 限制机械的应力

   1. 专业符合性要求
   2. 足够的抗破坏能力
   3. 连接紧固可靠
   4. 防止超载应力：通过在传动链预先采用薄弱环节预防超载，如限压阀、断路器
   5. 良好的平衡和稳定性

3. (实务) 使用本质安全工艺和动力源

   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本质安全电气装置
   2. 采用安全的电源
   3. 防止与能量形式有关的潜在危险：如储气罐或压力容器应防止剩余压力的危险
   4. 改善工艺控制有害因素

4. (实务) 控制系统的安全设计

   1. 控制系统的设计

   2. 软、硬件的安全

   3. 提供多种操作模式及模式转换功能

   4. 手动控制器设计和配置应符合安全人机学原则

   5. 考虑复杂机器的特定要求

      [!Note]

      重点关注第2条，其他了解即可

      1. 动力中断后的自动保护系统或重新启动的原则
      2. “定向失效模式” “关键”件的加倍或冗余设置
      3. 可重编程控制系统中安全功能的保护
      4. 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
   2. 对环境的适应性
   3. 避免材料的毒性
   4. 防止火灾和爆炸风险

6. (重点)(实务) 机械的可靠性设计

   1. 使用可靠已知的安全相关组件
      需要考虑的环境条件包括冲击、振动、冷、热、潮湿、粉尘、腐蚀或磨蚀材料、静电、电磁场等
   2. 关键组件或子系统加倍（冗余）和多样化设计
      一个组件失效，另一个组件能够继续执行各自的功能，保证安全功能继续有效，采用多样化设计或技术避免共因失效或共模失效
   3. 操作的机械化或自动化设计
      实现机械或自动化以减少人员在操作点暴露于危险
   4. 机械设备的维修性设计
      设计应考虑机械地维修性，一旦出故障，易发现、拆卸、检修、安装，维修性是固有可靠性的指标之一
      应考虑：
      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维修作业的可达性
      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

安全防护措施（核心重点）

安全防护措施包括防护装置、保护装置及其补充保护措施

防护装置

（明处设防）用于提供防护的物理屏障，隔绝人与危险，是机器的组成部分

• 功能

  1. 隔离
  2. 阻挡
  3. 容纳
  4. 其他

• 附加危险

• (重点) 装置的一般要求

  1. 满足安全防护装置的功能要求 保证机器的整个可预见的使用寿命期内，能量好的执行其功能
  2. 构成元件及安装的抗破坏性
  3. 不应成为新的危险源，不增加任何附加危险
  4. 不应出现漏保护区，不易拆卸（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
  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，不因采用安全防护装置增加操作难度或强度
  7. 遵循安全人机工程学原则
  8. 满足某些特殊工艺要求

• (实务) 类型

  [!Caution]

  防护装置可以设计为封闭式（任何地方无法进入）、距离防护（安全距离）、整个装置可调或装置的某组成部分可调

  1. 固定式防护装置（固定式防护罩）
  2. 活动式防护装置（推拉式栅栏）
  3. 联锁式防护装置
     防护装置的开闭状态直接与防护的危险状态相联锁

  机械传动结构常见的防护装置

  形式	适用范围	举例
  金属铸造的防护箱	传输或传动距离小	齿轮传动
  金属骨架的防护网	传输或传动距离大	皮带传动
  栅栏式的防护栏杆	防护范围大的场合	高处临边

• 技术要求

  1. 防护装置应设置在进入危险区的唯一通道上

  2. 固定防护装置不用工具（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

  4. 活动联锁式防护装置出现丧失安全功能的故障时，应使其抑制的危险机器功能不可能执行或停止执行

  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

  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观察孔或观察窗

  7. 防护装置开口要求

     [!Note]

     开口尺寸表示方形开口的边长、圆形开口的直径和槽形开口的最窄尺寸

     肢体部位	开口(e/mm)	安全距离(Sr/mm)
     		槽形	方形	圆形
     指尖	e≤4	≥2	≥2	≥2
     	4<e≤6	≥10	≥5	≥5
     指至指关节	6<e≤8	≥20	≥15	≥5
     	8<e≤10	≥80	≥25	≥20

保护装置

（暗处设保）通过自身的结构功能限制或防止机器的某种危险，消除或减小危险的装置

• 种类 (掌握定义)

  1. (重点) 联锁装置
     用于防止危险机器功能在特定条件下（通常指只要防护装置未关闭）运行的装置
  2. 能动装置（能量动力分配）
     与启动控制一起使用，只有连续操作，机器才能执行预定功能
  3. 保持——运行控制装置
     只有当手对操作器作用时，机器才能启动并保持机器功能
  4. 双手操纵装置
  5. 敏感保护装置
     用于探测人体或人体局部，并向控制系统发出正确信号以降低被探测人员风险的装置
  6. 有源光电保护装置
     探测特定区域由于不透光物体出现引起的该装置内光线的中断
  7. 机械抑制装置
     在机构中引入依靠自身强度防止危险运动的机械障碍装置
  8. 限制装置
     防止机器或危险机器状态超过设计限度的装置
  9. 有限运动装置（行程限制装置）

• 技术特征

  1. 在规定使用寿命期限内，不因零部件失效使安全装置丧失主要安全功能
  2. 装置能在危险事件即将发生时，停止危险过程
  3. 重新启动的功能，当保护装置动作第一次停机后，只有重新启动（保护装置），机器才能开始工作
  4. 光电式、感应式保护装置应具有自检功能
  5. 保护装置与控制系统一起操作并形成一个整体
  6. 保护装置的设计应采用“定向失效模式”的部件或系统、考虑关键件的加倍冗余，必要时考虑采用自动监控

防护装置选择

• 有危险的机械部位必须装设安全防护装置
• 选择原则

补充保护措施

• 实现急停功能的组件和元件
  1. 急停器件为红色开关，附近衬托色为黄色
  2. 急停功能不应削弱安全装置的效能
  3. 急停装置应有防意外操作措施
  4. 急停装置被启动后应保持接合状态，在用手重调之前应不可能恢复电路

[!Note]

以下非重点

• 被困人员逃生和救援的措施
• 隔离和能量耗散的措施
• 提供方便且安全搬运机器及其重型零部件的装置
• 安全进入机器的措施

安全信息使用（核心重点）

信息的使用原则

1. (重点) 根据风险大小和危险性质

   图形符号和安全标志应优先于文字信息

2. 根据需要的时间

   1. 提示操作要求的信息：长期固定在所需的机器部位附近
   2. 显示状态的信息：与机器运行同步出现
   3. 警告超载的信息：接近额定值时，提前发出警告
   4. 危险紧急状态的信息：持续时间与危险存在时间一致

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作业采取不同安全色
   安全色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

安全色和安全标志

• (实务) 安全色

常用安全色及其相关的对比色

• 红色：机械停止按钮、机械设备裸露部分（齿轮、皮带轮的辐轮等）、仪表刻度盘的极限位置、危险信号旗
• 黄色：皮带轮及其防护罩内壁、砂轮机防护罩内壁、防护栏杆、警告信号旗
• 绿色：启动按钮、安全通道、紧急出口、可动火区
• 蓝色：道路交通标志和交通标线中警告标志

• (实务) 安全标志
  • 标志牌的设置位置：应设在与安全有关的醒目地方和明亮的环境中
  • 多个安全标志的设置：按警告、禁止、指令、提示类型的顺序，先左后右、先上后下
  • 标志检查与维修：在整个机械寿命内应保持连接牢固，至少每半年检查一次

信号和警告装置（实务）

• 类别

  1. 听觉信号
     1. 紧急听觉
     2. 紧急撤离听觉
     3. 警告听觉
  2. 视觉信号
     1. 警告视觉
     2. 紧急视觉

  声	光	含义
  扫频声	红	危险，紧急行动
  猝发声
  交变声
  短声	黄	注意，警戒
  序列声	蓝	命令，强制性行动
  拖延声	率	正常状态，警报解除

• 安全要求

  1. 含义明确性
  2. 可察觉性
     1. 听觉信号应明显超过有效掩蔽阈值，保证接受区内任何位置都不低于65dB(A)
     2. 紧急视觉信号应使用闪烁信号灯，应注意频闪效应会削弱闪光信号的可察觉性
     3. 警告信号$\geq$背景亮度 5 倍，紧急信号$\geq$背景亮度 10 倍
  3. 可分辨性：警告视觉信号为黄或橙黄色，紧急视觉信号为红色
  4. 有效性
  5. 设置位置
  6. 优先级要求
     撤离信号$>$紧急信号$>$警告信号$>$其他信号
     防止过多视听信号引起感官疲劳或显示频繁导致敏感度降低

机械制造生产场所安全技术

[!Caution]

本小节非重点

总平面布置（重点）

1. 多层厂房应将输送量、荷载、噪声较大及有振动、有腐蚀溶液和用水量较多的工部布置在厂房的底层
2. 将工艺生产过程中排出有粉尘、毒气和腐蚀性气体和火灾危险较大的工部布置在顶层
3. 散发热量、腐蚀性、尘毒危害较严重及使用易燃易爆物料或气体、电磁电离辐射严重的工序，布置在靠外墙和厂房的下风向
4. 危害相同的生产工序宜集中布置

通道

1. 主要生产区、仓库区、动力区的道路，应环形布置。厂区尽端式道路，应有便捷的消防车回转场地。道路上部管架和栈桥，在干道上净高至少5m以上
2. 每个加工车间应有一条纵向主要通道，车间横向主要通道根据需要设置，其宽度不应小于2000mm，机床间次要通道一般不小于1000mm
3. (重点) 人工运输通道宽度(米)：冷加工($\geq$1)，铸造(1.5)，锻造(2-3)，热处理(1.5-2.5)，焊接(2-3)
4. 厂房大门净宽度应比最大运输件宽度大600mm，比净高度大300mm
5. 厂房内部尚须设置纵横贯通的消防通道
6. 工厂铁路专用线设计，不宜与人行主干道交叉，繁忙线路应设置立体交叉

设备布置及安全防护措施

• (重点) 机床设备安全距离(米)

安全距离从机床活动机件达到的极限位置起算

机床与墙柱间的距离首先要考虑对基础的影响

• 作业现场设备应符合有关设备的安全卫生规程要求
  1. 重型机床高于500mm的操作平台的周围应设高度不低于1050mm的防护栏杆
  2. 采用钢直梯时，钢直梯3m以上部分应设安全护笼
• 具有潜在危险的设备应根据有关标准和规定进行防护
  1. 高噪声设备宜相对集中，并布置在厂房的端头
  2. 高振设备宜相对集中布置，采取减振降噪措施
• 所有车间应配备必要的消防器材

采光照明

1. 天然采光
   优先采用天然光，辅以人工光，采取有效的节能措施
2. 照明方式
   对于部分作业面采光要求较高的，宜采用 一般照明与局部照明组成的混合照明
3. 照明种类
   1. 工作场所均应设置正常照明
   2. 应急照明包括备用照明、安全照明、疏散照明
4. (实务) 光照度
   1. 备用照明的照度值除另有规定外，不低于该场所一般照明照度值的10%
   2. 安全照明照度标准值除另有规定外，不低于该场所一般照明照度标准值的10%
   3. 疏散照明的地面平均水平照度值除另有规定外，水平疏散通道不应低于1 lx，垂直疏散区域不应低于5 lx
5. 避免眩光、频闪和阴影
   频闪效应可改变对旋转式或往复式机械运动的运动知觉

物资堆放

1. 堆放物品的场地用黄色或白色画出明显的界限或架设围栏
2. 白班存放为每班加工量的1.5倍，夜班存放为加工量的2.5倍
3. 堆垛高度不应超过1.4m，且高与底边长之比不应大于3

作业场所地面要求

1. 作业场地应能承受工作时的规定的荷重
2. 地面应经常保持清洁