机械及电气安全技术

发挥人的功能、提高人机系统效率的技术安全系统，在设计中通过减少操作者的紧张和体力来提高安全性，并以此改善机器的操作性能和提高其可靠性。

　　4.整体性

　　现代机械的安全设计必须全面、系统地对可能导致危险的因素进行定性、定量分析和评价，寻求整体上降低风险的最优设计方案。

　　二、机械的可靠性设计及维修性设计

　　（一）可靠性的定义及度量指标

　　1.可靠性的定义

　　所谓可靠性，是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

　　2.可靠性度量指标

　　（1）可靠度。可靠度是可靠性的量化指标，及系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。

　　（2）故障率。故障率是指工作到某个时刻尚未发生故障的产品，在某时刻后单位时间内发生故障的概率。

　　（3）平均寿命。对非维修产品称平均寿命，其观测值为产品发生失效前的平均工作时间，或所试验产品都观察到寿命终了时，它们寿命的算术平均值；对于维修产品来说，称平均无故障工作时间或平均故障间隔时间，其观测值等于在使用寿命周期内的某段观察期间累积工作时间与故障次数之比。

　　（4）维修度。维修度是指维修产品发生故障后，在规定条件和规定时间内能修复的概率。

　　（5）有效度。狭义可靠度和维修度的综合称为有效度，也称广义可靠度，其定义是，对于维修产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修理，在规定的时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率为有效度。

　　（二）维修性设计

　　1.维修及维修性

　　所谓维修是指使产品保持在正常使用和运行状态，以及为排除故障或缺陷所采取的一切措施，包括设备运行过程中的维护保养、设备状态监测与故障诊断以及故障检修、调整和最后的验收试验等直至恢复正常运行等一系列工作。简言之，为保持或恢复产品规定功能采取的技术措施叫做维修。

　　维修性是指对故障产品修复的难易程度，即在规定条件和规定时间内，完成某种产品维修任务的难易程度。

　　2.产品结构的维修性设计

　　维修性设计是指产品设计时，设计师应从维修的观点出发，保证当产品一旦出现故障，能容易地发现故障，易拆、易检修、易安装、即可维修度要高。维修性设计中应考虑到主要问题大致包括：

　　（1）可达性。所谓可达性是指检修人员接近产品故障部位进行检查、修理操作、插入工具和更换零件等维修作业的难易程度。

　　（2）零部件的标准化和互换性。产品设计时应力求选用标准件，以提高互换性，这将会给产品的使用维修带来很大方便。

　　（3）维修人员的安全。产品在结构设计时除考虑操作人员的安全外，还必须考虑维修人员的安全，而这后一项工作往往容易被人们忽视。

　　3.可靠性设计与维修性设计的关系

　　可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。前者着重从保证产品的工作性能出发，力求不出故障或少出故障，是解决本质安全问题，在方案设计和结构设计阶段就设法消除危险与有害因素；后者则是从维修度角度考虑，一旦产品发生故障，其本身就能自动及时发现故障，并且显示故障或发出报警信号，并能自动排除故障或中止故障的扩展。

　　第三节安全技术规范与标准

　　1.《机械安全风险评价第1部分：原则》（GB/T16856.1—2008）

　　2.《金属切削机床安全防护通用技术条件》（GB15760—2004）

　　3.《磨削机械安全规程》（GB4674—2009）

　　4.《普通磨具安全规则》（GB2494—2003）

　　5.《机械安全带有防护装置的联锁装置设计和选择原则》（GB/T18831—2010）

　　6.《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）

　　7.《砂轮机安全防护技术条件》（JB8799—1998）

　　8.《冲压安全管理规程》（机械部机生字[1985]60A）

　　9.《木工平刨床安全管理规程》（机械部机生字[1985]60B）

　　10.《冲压车间安全生产通则》（GB/T8176—1997）

　　第二章电气安全技术

　　第一节电气危险因素及事故种类

　　一、触电

　　触电分为电击和电伤两种伤害形式

　　（一）电击

　　电击是电流通过人体，刺激肌体组织，使肌体产生针刺感、压迫感、

　　打击感、痉挛、疼痛、血压异常、昏迷、心律不齐、心室颤动等造成伤害的形

　　式。严重时会破坏人的心脏、肺部、神经系统的正常工作，形成危及生命的伤

　　害。

　　1.电击伤害机理。人体在正常能量之外的电能作用下，系统功能很容易遭

　　受破坏。当电流作用于心脏或管理心脏和呼吸机能的脑神经中枢时，能破坏心

　　脏等重要器官的正常工作。

　　2.电流效应的影响因素。电流对人体的伤害程度是与通过人体的电流的大

　　小、种类、持续时间、通过途径及人体状况等多种因素有关。

　　（1）电流值

　　1）感知电流。指引起感觉的最小电流。感觉为轻微针刺，发麻等。就平

　　均值（概率50%）而言，男性为1.1A；女性为0.7A。

　　2）摆脱电流。指能自主摆脱带电体的最大电流。超过摆脱电流时，由于受刺激肌肉收缩或中枢神经失去对手的正常指挥作用，导致无法自主摆脱带电体。就平均值（概率50%）而言，男性约为16A；女性约为10.5A；就最小值（可摆脱概率99.5%）而言，男性约为9A；女性约为6A。

　　3）室颤电流。指引起心室发生纤维性颤动的最小电流。动物实验和事故统计资料表明，心室颤动在短时间内导致死亡。室颤电流与电流持续时间关系密切。当电流持续时间超过心脏周期时，室颤电流仅为50A左右；当持续时间短于心脏周期时，室颤电流为数百A。当电流持续时间小于0.1s时，只有电击发生在心室易损期，500A以上乃至数A的电流才能引起心室颤动。前述电流均指流过人体的电流，而当电流直接流过心脏时，数十微安的电流即可导致心室颤动发生。

　　（2）电流持续时间。通过人体的电流持续时间愈长，愈容易引起心室颤动，危险性就愈大。

　　（3）电流途径。流经心脏的电流多、电流路线短的途径是危险性最大的途径。最危险的途径是：左手到前胸。判断危险性，既要看电流值，又要看途径。

　　（4）电流种类。直流电流、高频交流电流、冲击电流以及特殊波形电流也都对人体具有伤害作用，其伤害程度一般较工频电流为轻。

　　（5）个体特征。因人而异，健康情况、性别、年龄等。

　　3.人体阻抗

　　人体阻抗是定量分析人体电流的重要参数之一，是处理许多电气安全问题所必须考虑的基本因素。

　　（1）组成和特征。人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织及其结合部等构成了含有电阻和电容的阻抗。其中，皮肤电阻在人体阻抗中占有很大的比例。

　　皮肤阻抗：决定于接触电压、频率、电流持续时间、接触面积、解除压力、皮肤潮湿程度和温度等。皮肤电容很小，在工频条件下，电容可忽略不计，将人体阻抗看作纯电阻。

　　体内电阻：基本上可以看作纯电阻，主要决定于电流途径和接触面积。

　　（2）数值及变动范围。再除去角质层，干燥的情况下，人体电阻约为1000~3000Ω；潮湿情况下，人体电阻约为500~800Ω。

　　（3）影响因素。接触电压的增大、电流强度及作用时间的增大、频率的增加等因素都会导致人体阻抗下降。皮肤表面潮湿、有导电污物、伤痕、破损等也会导致人体阻抗降低。解除压力、接触面积的增大均会降低人体阻抗。

　　4.电击类型

　　电击的分类方式有如下几种。

　　（1）根据电击时所触及的带电体是否为正常带电状态，电击分为直接接触电击和间接接触电击两类。

　　1）直接接触电击。指在电气设备或线路正常运行条件下，人体直接触及了设备或线路的带电部分所形成的电击。

　　2）间接接触电击。指在设备或线路故障状态下，原本正常情况下不带电的设备外露可导电部分或设备以外的可导电部分变成了带电状态，人体与上述故障状态下带电的可导电部分触及而形成的电击。

　　（2）按照人体触及带电体的方式，电击可分为单相电击、两相电击和跨步电压电击三种。

　　1）单相电击。指人体接触到地面或其他接地导体，同时，人体另一部位触及某一相带电体所引起的电击。根据国内外的统计资料，单相电击事故占全部触电事故的70%以上。因此，防止触电事故的技术措施应将单相电击作为重点。

　　2）两相电击。指人体的两个部位同时触及两相带电体所引起的电击。此情况下，人体所承受的电压为线路电压，因其电压相对较高，其危险性也较大。

　　3）跨步电压电击三种。指站立或行走的人体，受到出现于人体两脚之间的电压即跨步电压作用所引起的电击。跨步电压是当带电体接地，电流经接地线流入埋地土壤中的接地体，又通过接地体向周围大地流散时，在接地体周围土壤电阻上产生电压梯度形成的。

　　（二）电伤

　　电伤是电流的热效应，化学效应、机械效应等对人体所造成的伤害。伤害多见于肌体的外部，往往在肌体表面留下伤痕。能够形成电伤的电流通常比较大。电伤的危险程度取决于受伤面积、受伤深度、受伤部位等。

　　电伤包括电烧伤、电烙印、皮肤金属化、机械损伤、电光性眼炎等多种伤害。

　　1.电烧伤。是最为常见的电伤。大部分触电事故都含有电烧伤成分。电烧伤可分为电流灼伤和电弧烧伤。

　　（1）电流灼伤。是指人体与带电体接触，电流通过人体时，因电能转换成的热能引起的伤害。电流灼伤一般发生在低压电气设备上，数百毫安的电流即可造成灼伤，数安的电流则会形成严重的灼伤。

　　（2）电弧烧伤。是指由弧光放电造成的烧伤，是最严重的电伤。电弧发生在带电体与人体之间，有电流通过人体的烧伤成为直接电弧烧伤；电弧发生在人体附件对人体形成的烧伤以及被熔化金属溅落的烫伤称为间接电弧烧伤。

　　（2）电烙印。指电流通过人体后，在皮肤表面接触部位留下与接触带电体形成相似的斑痕，如同烙印。斑痕处皮肤呈现硬变，表层坏死，失去知觉。

　　（3）皮肤金属化。是有高温电弧使周围金属熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层内部所造成的。受伤部位呈现粗糙、张紧，可致局部坏死。

　　（4）机械损伤。多数是由于电流作用于人体，使肌肉产生非自主的剧烈收缩所造成的。其损伤包括肌腱、皮肤、血管、神经组织断裂以及关节脱位乃至骨折等。

　　（5）电光性眼炎。其表现为角膜和结膜发炎。弧光放电时的红外线、可见光、紫外线都会损伤眼睛。在短暂照射的情况下，引起电光眼的主要原因是紫外线。

　　二、电气火灾和爆炸

　　电气火灾爆炸是由电气引燃源引起的火灾和爆炸。

　　（一）电气引燃源

　　电气装置在运行中产生的危险温度、电火花和电弧是电气引燃源主要形式。

　　1.危险温度

　　形成危险温度的典型情况如下：

　　（1）短路。指不同的电位的导电部分之间包括导电部分对地之间的低阻性短接。

　　（2）过载。电气线路或设备长时间过载也会导致温度异常上升，形成引燃源。

　　（3）漏电。电气设备或线路发生漏电时，因其电流一般较小，不能促使线路上的熔断器的熔丝动作。一般当漏电电流沿线路比较均匀地分布，发热量分散时，火灾危险性不大，当漏电电流集中在某一点时，可能引起比较严重的局部发热，引燃成灾。

　　（4）接触不良。电气线路或电气装置中的电路连接部位是系统中的薄弱环节，是产生危险温度的主要部位之一。

　　1.危险温度

　　（5）铁心过热。对于电动机、变压器接触器等带有铁心的电气设备，如果铁心短路（片间绝缘破坏）或线圈电压过高，由于涡流损耗和磁滞损耗增加，使铁损增大，将造成铁心过热并产生危险温度。

　　（6）散热不良。电气设备在运行时必须确保具有一定的散热或通风措施。如果这些措施失效，如通风道堵塞、风扇损坏、散热油管堵塞、安装位置不当、环境温度过高或距离外界热源太近等，均可能导致电气设备和线路过热。

　　（7）机械故障。由交流异步电动机拖动的设备，如果转动部分被卡死或轴承损坏，造成堵转或负载转矩过大，

　　（8）电压异常。相对于额定值，电压过高或过低均属电压异常。电压过高时，除使铁心发热增加外，对于恒阻抗设备，还会使电流增大而发热。电压过低时，除可能造成电动机堵转、电磁铁衔铁吸合不上，使线圈电流大大增加而发热外，对于恒功率设备，还会使电流增大而发热。

　　（9）电热器具和照明器具。其正常情况下的工作温度就可能形成危险温度，如电炉电阻丝工作温度为800℃，电熨斗为500-600℃，白炽灯灯丝为2000-3000℃，100瓦白炽灯泡表面温度为170-220℃。

　　（10）电磁辐射能量。在连续发射或脉冲发射的射频（9kHz~60GHz）源的作用下，可燃物吸收辐射能量可能形成危险温度。

　　2.电火花和电弧

　　电火花是电极间的电击穿放电，电弧是大量电火花汇集而成的。在切断感性电路时，断路器触电分开瞬间，在触点之间的高电压形成的电场作用及触点上的高温引起热电子发射，使断开的触点之间形成密度很大的电子流和离子流，形成电弧和电火花。电弧形成后的弧柱温度可高达6000-7000℃，甚至超过10000℃以上，不仅能引起可燃物燃烧，还能使金属熔化、飞溅，构成危险的火源。

电火花和电弧分为工作电火