机械及电气安全技术

　　第一章机械安全技术

　　第一节机械行业安全概要

　　机械是机器与机构的总称，是由若干相互联系的零部件按一定规律装配起来，能够完成一定功能的装置。一般机械装置由电气元件实现自动控制，很多机械装置采用电力拖动。

　　机械在给人们带来高效、快捷和方便的同时，在其制造及运行、使用过程中，也会带来撞击、挤压、切割等机械伤害和触电、噪声、高温等非机械危害。

　　一、机械产品主要类别

　　机械设备种类繁多，由驱动装置、变速装置、传动装置、工作装置、制动装置、防护装置、润滑系统和冷却系统等部分组成，主要产品包含以下12类。

　　（1）农业机械：拖拉机、播种机、收割机械等。

　　（2）重型矿山机械：冶金机械、矿山机械、起重机械、装卸机械、工矿车辆、水泥设备等。

　　（3）工程机械：叉车、铲土运输机械、压实机械、混凝土机械等。

　　（4）石油化工通用机械：石油钻采机械、炼油机械、化工机械、泵、风机、阀门、气体压缩机、制冷空调机械、造纸机械、印刷机械、塑料加工机械、制药机械等。

　　（5）电工机械：发电机械、变压器、电动机、高低压开关、电焊机、家用电器等。

　　（6）机床：金属切削机床、锻压机械、铸造机械、木工机械等。

　　（7）汽车：载货汽车、公路客车、轿车、改装汽车、摩托车等。

　　（8）仪器仪表：自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器、成份分析仪、汽车仪器仪表、电料装备、电教设备、照相机等。

　　（9）基础机械：轴承、液压件、密封件、粉末冶金制品、标准紧固件、工业链条、齿轮、模具等。

　　（10）包装机械：包装机、装箱机、输送机等。

　　（11）环保机械：水污染防治设备、大气污染防治设备、固体废物处理设备等。

　　（12）其他机械。

　　二、机械设备的危险部位及防护对策

　　（一）机械设备的危险部位

　　（1）旋转部件和成切线运动部件间的咬合处，如动力传输皮带和皮带轮、链条和链轮、齿条和齿轮等。

　　（2）旋转的轴，包括连接器、心轴、卡盘、丝杠和杆等。

　　（3）旋转的凸块和孔处，含有凸块或空洞的旋转部件是很危险的，如风扇叶、凸轮、飞轮等。

　　（4）对向旋转部件的咬合处，如齿轮、混合辊等。

　　（5）旋转部件和固定部件的咬合处，如辐条手轮或飞轮和机床床身、旋转搅拌机和无防护开口外壳搅拌装置。

　　（6）接近类型，如锻锤的锤体、动力压力机的滑枕等。

　　（7）通过类型，如金属刨床的工作台及其床身、剪切机的刀刃等。

　　（8）单向滑动部件，如带锯边缘的齿、砂带磨光机的研磨颗粒、凸式运动带等。

　　（9）旋转部件与滑动部件之间，如某些平板印刷机面上的机构、纺织机床等。

　　（二）机械传动机构安全防护对策

　　机床上常见的传动机构有齿轮啮合机构、皮带传动机构、联轴器等。这些机构高速旋转着，人体某一部位有可能被带进去而造成伤害事故，因而有必要把传动机构危险部位加以防护，以保护操作者的安全。

　　为了保证机械设备的安全运行和操作人员的安全和健康，所采取的安全技术措施一般可分为直接、间接和指导性三类。

　　直接安全技术措施是在设计机器时，考虑消除机器本身的不安全因素；

　　间接安全技术措施时在机械设备上采用和安装各种安全防护装置，克服在使用过程中产生的不安全因素；

　　指导性安全措施制定机器安装、使用、维修的安全规定及设置标志，以提示或指导操作程序，从而保证作业安全。

　　1.齿轮传动的安全防护

　　齿轮传动机构必须装置全封闭的防护装置，机器外部绝不允许有裸露的啮合齿轮。防护装置的材料可用钢板或铸造箱体，必须坚固可靠，保证在机器运行过程中不发生振动。

　　2.皮带传动的安全防护

　　皮带传动摩擦后易产生静电放电现象，因此不适用于容易发生燃烧或爆炸的场所，同时，皮带传动机构的危险部分是皮带接头处、皮带进入皮带轮的地方，应加以防护。防护罩可采用金属骨架的防护网，将皮带全部遮盖起来或采用防护栏杆防护，与皮带的距离不应小于50，设计应合理，不影响机器的运行。

　　3.联轴器等的安全防护

　　一切突出于轴面而不平滑的物件均增加了轴的危险性。联轴器上突出的螺钉、销、键等均可能给人们带来伤害。因此，对联轴器的安全要求是没有突出的部分，即采用安全联轴器。或者对联轴器上的键及固定螺钉加以防护，如按照“Ω”型防护罩，或者采用沉头螺钉，使之不突出于轴面，但增设防护装置是最有效、最安全的方法。

　　三、机械伤害类型及预防对策

　　（一）机械伤害类型

　　机械装置在正常工作状态、非正常工作状态乃至非工作状态都存在危险性。机械在完成预定功能的正常工作状态下，存在着不可避免但却是执行预定功能所必须具备的运动要素，有可能造成伤害。

　　机械装置的非正常工作状态是指在机械运转过程中，由于各种原因引起的意外状态，包括故障状态和检修保养状态。设备的故障，不仅可能造成局部或整机的停转，还可能对人员构成危险，如电气开关故障会产生机械不能停机的危险，砂轮片破损会导致砂轮飞出造成物体打击，速度或压力控制系统出现故障会导致速度压力失控的危险等。

　　机械装置的非工作状态时机械停止运转时的静止状态。在正常情况下，非工作状态的机械基本是安全的，但不排除发生事故的可能性，如由于环境照度不够而导致人员发生碰撞，室外机械在风力作用下滑移或倾翻，结构垮塌等。

　　在机械行业，存在以下主要危险和危害因素：

　　（1）物体打击

　　（2）车辆伤害

　　（3）机械伤害

　　（4）起重伤害

　　（5）触电

　　（6）灼烫

　　（7）火灾

　　（8）高处坠落

　　（9）坍塌

　　（10）火药爆炸

　　（11）化学性爆炸

　　（12）物理性爆炸

　　（13）中毒和窒息

　　（14）其他伤害

　　（二）机械伤害预防对策措施

　　机械危害的风险大小除取决于机器的类型、用途、使用方法和人员的知识、技能、工作态度等因素外，还与人们对危险的了解程度和所采取的措施有关。正确判断什么事危险和什么时候会发生危险是十分重要的。预防机械伤害包括两个方面的对策。

　　1．实现机械本质安全

　　（1）消除产生危险的原因

　　（2）减少或消除接触机械的危险部件的次数。

　　（3）使人们难以接近机械的危险部位（或提供安全装置，使得接近这些部位不会导致伤害）。

　　（4）提供保护装置或者个人防护装备。

　　2．保护操作者和有关人员安全

　　（1）通过培训，提高人们辨别危险的能力。

　　（2）通过对机器的重新设计，使危险部位更加醒目，或者使用警示标志。

　　（3）通过培训，提高避免伤害的能力。

　　（4）采取必要的行动增强避免伤害的自觉性。

　　（三）通用安全设施的技术要求

　　1．安全设施设计要素

　　设计安全装置时，应把人机学的因素考虑在内。疲劳时导致事故发生的一个重要因素，设计者应考虑下面几个因素，使人的疲劳降低到最小的程度，使操作人员健康舒适地进行劳动。

　　（1）合理布置各种控制操作装置。

　　（2）正确选择工作平台的位置和高度。

　　（3）提供座椅。

　　（4）出入作业地点应方便。

　　在无法用设计来做到本质安全时，为了消除危险，应使用安全装置。设置安全装置，应考虑的因素主要有：

　　（1）强度、刚度、稳定性和耐久性。

　　（2）对机器可靠性的影响，例如固定的安全装置有可能使机器过热。

　　（3）可视性（从操作机安全的角度来看，需要机器的危险部位有良好的可见性）。

　　（4）对其他危险的控制，例如选择特殊的材料来控制噪声的强度。

　　2．机械安全防护装置的一般要求

　　（1）安全防护装置应结构简单、布局合理，不得有锐利的边缘和突缘。

　　（2）安全防护装置应具有足够的可靠性，在规定的寿命期限内有足够的强度、刚度、稳定性、耐腐蚀性、抗疲劳性、以确保安全。

　　（3）安全防护装置应与设备运转联锁，保证安全防护装置未起作用之前，设备不能运转，安全防护罩、屏、栏的材料及其至运转部件的距离，应符合《机械安全防护装置固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求》（GB/T8196——2008）的规定。

　　（4）光电式、感应式等安全防护装置应设置自身出现故障的报警装置。

　　（5）紧急停车开关应保证瞬时动作时，能终止设备的一切运动；对有惯性运动的设备，紧急停车开关应与制动器或离合器联锁，以保证迅速终止运行；紧急停车开关的形状应区别于一般开关，颜色为红色；紧急停车开关的布置应保证操作人员易于触及，不发生危险；设备由紧急停车开关停止运行后，必须按启动顺序重新启动才能重新运转。

　　四、机械安全设计与机器安全装置

　　机械安全设计是指机械设计阶段，从零部件材料到零部件的合理形状和相对位置，限制操纵力、运动件的质量和速度到减少噪声和振动，采用本质安全技术与动力源，应用零部件间的强制机械作用原理，履行安全人机工程学原则等多项措施，通过选用适当的设计结构，尽可能避免或减小危险。也可以通过提高设备的可靠性、机械化或自动化程度，以及采取在危险区之外的调整、维修等措施，避免或减小危险。

　　（一）本质安全

　　本质安全是通过机械的设计者，在设计阶段采取措施来消除隐患的一种实现人机安全的方法。

　　（1）采用本质安全技术。本质安全技术是指利用该技术进行机械预定功能的设计和制造，不需要采用其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机械的预定功能时满足机械自身的安全要求。

　　（2）限制机械应力。机械零件的机械应力不超过许用值，并保证足够的安全系数。

　　（3）提交材料和物质的安全性。用以制造机器的材料、燃料和加工材料在使用期间不得危及人员的安全或健康。

　　（4）履行安全人机工程学原则。在机械设计，通过合理分配人机功能、适应人体特性、人机界面设计、作业空间的布置等方面履行安全人机工程学原则，提高机械设备的操作性和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力降到最低，从而减小操作差错。

　　（5）设计控制系统的安全原则。

　　（6）防止气动和液压系统的危险。

　　（7）预防电气危害。

　　（二）失效安全

　　设计者应该保证当机器发生故障时不出危险。相关装置包括操作限制开关、限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置、设置把手和预防下落的装置、失效安全的紧急开关等。

　　（三）定位安全

　　把机器的部件安置到不可能触及的地点，通过定位达到安全。

　　（四）机器布置

　　车间合理的机器布局可以使事故明显减少。

　　（五）机器安全保护装置

　　1.固定安全保护装置

　　固定安全保护装置是防止操作人员接触机器危险部件的固定的安全装置。

　　2.联锁安全装置

　　联锁安全装置的基本原理：只有安全装置关合时，机器才能运转；而只有机器的危险部件停止运动时，安全装置才能开启。

　　3.控制安全装置

　　为使机器能迅速地停止运动，可以使用控制装置。控制装置的原理是：只有控制装置安全闭合时，机器才能开启。当操作人员接通控制装置后，机器的运行程序才开始工作；如果控制装置断开，机器的运动就会迅速停止或者反转。

　　4.自动安全装置

　　自动安全装置的机制是把暴露在危险中的人体从危险区域中移开，仅限于在低速运动的机器上采用。

　　5.隔离安全装置

　　隔离安全装置时一种阻止身体的任何部位靠近危险区域的设施，例如固定的栅栏等。

　　6.可调安全装置

　　在无法实现对危险区域进行隔离的情况下，可以使用部分可调的安全装置。只要准确使用、正确调节以及合理维护，即能起到保护操作者的作用。

　　7.自动调节安全装置

　　自动调节装置由于工作的运动而自动开启，当操作完毕后又回到关闭状态。

　　8.跳闸安全装置

　　跳闸安全装置的作用是在操作到危险点之前，自动使机器停止或反向运动。该类装置依赖于敏感的跳闸机构，同时也有赖于机器能够迅速停止（使用刹车装置可以做到这一点）。

　　9.双手控制安全装置

　　这种装置迫使操作者应用两只手来操作控制器，它仅能对操作者提供保护。

　　第二节机械的特性

　　一、机械安全的定义及特性

　　（一）机械安全定义

　　从安全人机学的角度考虑，机械安全是指机器在预定使用条件下执行其功能和在对其进行运输、安装、调试、运行、维修、拆卸和处理时，不至对操作者造成损伤或危害其健康的能力。

　　它主要包括两个方面的内容。首先是在机械产品预定使用期间执行预定功能和在可预见的误用时，不会给人身带来伤害；其次是机械产品在整个寿命周期内，发生可预见的非正常情况下的任何风险事故时机器是安全的。

　　（二）机械安全特性

　　1.系统性

　　现代机械的安全应建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、环境学、劳动卫生、计算机等科学技术基础上，并综合与系统地运用这些科学技术。

　　2.防护性

　　通过针对机械危险的智能设计，应使机器在整个寿命周期内发挥预订功能，包括误操作时机器和人身均安全，使人对劳动环境、劳动内容和主动地位的保障得到不断改善。

　　3.友善性

机械安全设计涉及到人和人所控制的机器，它在人与机器之间建立起一套满足人的生理特性、心理特性，充分