安全防护空间距离 与安全防护装置的设计

安全防护空间距离与安全防护装置的设计
制作：孟现柱
/
•1、知道人机系统的安全设计包括的主要内容以及遵循的原则；
•2、知道安全防护距离、安全防护装置的作
用与分类、设计原则和典型安全防护装
置。

/
/
教学的重点、难点
•1、教学重点：安全防护距离、典型的安全防护装置的设计
•2
、教学难点：安全防护距离
导入新课
•复习：人体尺度在设计中的应用
•1、确定设计对象的类型和适应度；•2、根据适用度选择百分位；
•3、根据设计裕度确定功能修正量，根据实验确定心理修正量；
•4
、确定产品的功能尺寸。

/
本章目录
一、安全防护空间距离
二、常见的安全防护装置作业
/
一、安全防护空间距离
/
S d 公式的说明S d =(1±
K)L 或S d =(1±K)R m
在计算不允许身体触及的最小安全距离时用加号，在计算限制身体通过的最大安全间隙时用减号。

/
S d 公式的说明S d =(1±K)L 或S d =(1±K)R m
附加量的大小需考虑经济因素。

参照国内外资料，附加量系数K 可按表选取。

0.10
手、指、足面高、脚宽等小尺寸；头胸
等重要部位
0.05上、下肢等中等尺；大腿围度
0.03身高等大尺寸
K 身体有关部位
S
d
公式的说明
S d =(1±K)L 或S
d
=(1±K)R
m
人体尺寸或最大可及范围的选取，应采用第99百分位上男女二者中较大的数值作为最小安全距离的设计依据，采用第1百分位上男女二者中较小的数值作为最大安全空隙的设计依据。

这样可保证99%以上的人群的身体不会进入危险区域内部。

公式中的安全距离Sd是根据人体的裸体测量数据得到的。

实际应用时，还应考虑不同环境所要求的着装因素。

/
一、安全防护空间距离
一、安全防护空间距离
安全防护空间距离 安全防护空间距离
主要取决于危害 源的强度和人的 生理耐受阈限。

防止人体触及危险部位的间隔 防止人体触及危险部位的间隔
机械防护安全距离 机械防护安全距离
人体与带电导体间的安全距离 人体与带电导体间的安全距离 人体免受非触及有害因素影响 人体免受非触及有害因素影响 的间隔 的间隔( (如超声、 如超声、辐射 辐射及 及尘毒 尘毒) )
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
上伸可及安全距离 当双足 跟着地站立，手臂上伸可 及的安全距离数值S，为 2410毫米。

防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
在身体越过防护设施的边 缘时，最大可及距离是防 护屏的高度和危险部位高 度的函数（见后防护屏）
防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
有些作业，人体上肢的 掌、腕，肘、肩等关节根 部紧靠在固定台面或防护 设施的边缘，由支靠点前 面一部分肢体向四周自由 摆动从事作业活动，此时 的安全距离数值可查表。

防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
根据某些人体参数第1百分位 数男女二者中的较小值来确定 防护屏或防护罩的最大孔隙 a，以防止肢体某个部位通 过。

如果已经确定了防护屏或防护 罩的孔隙尺寸a，则应根据第 99百分位数男女二者中的较大 值来确定防护屏或防护罩至危 险部位的安全距离Sd，使能 够穿越孔隙的那部分肢体不能 触及危险部位。

防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
在机械设备和工作场地 中，常常存在着一些固定 的夹缝部位或可变动的夹 缝部位。

为了安全，夹缝 间距必须大于安全距离。

防止人体受挤压主要指 防止人的躯体、头，腿， 足、臂、手掌和食指等人 体部位受挤压。

防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


1、机械防护安全距离的确定方 法
机械 机械防护安全距离 防护安全距离
如果盖板上开口尺寸过 大，当作业人员从上面经 过时，就会发生了踏空坠 落事故，或下肢的某一部 分嵌入开口引起挫伤。

盖板开口的安全距离分条 形开口和矩形开口两种。

其中条形开口Sd不大于 35mm，矩形开口长不大 于150mm，宽不大于 45mm。

防止 防止可 可及危险部位的安全距离 及危险部位的安全距离 上 上伸 伸可及安全距离 可及安全距离 探越 探越可及安全距离 可及安全距离 上 上肢自由摆动 肢自由摆动安全距离 安全距离 伸 伸进 进可及安全距离 可及安全距离 防止受 防止受挤压 挤压的安全距离 的安全距离 防止 防止踩 踩空 空致伤 致伤的 的盖板开口 盖板开口安全距离 安全距离
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


二、常见的安全防护装置
• 1）通用机械、电气设备的护栏、护罩、护网及快速自动 开关等； • 2）电刨、电锯、砂轮、锻压机等有碎片、碎末、液体飞 溅处的屏蔽装置； • 3）导电体的绝缘屏蔽装置； • 4）升降机、起重机的限位器、限速器、制动器等； • 5）锅炉、压力容器、压缩机械及有爆炸危险机械的安全 装置和信号装置； • 6）电气设备的接地、接零、防触电装置； • 7）防坠落装置； • 8）生产区域及危险场所设置的标志和信号装置等。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


安全防护装置设计
• 作用 1）防止机械设备因超限运行而 • 设计原则 发生事故； 2）通过自动检测或诊断系统排 除故障或终止危险； 3）防止人的失误操作； 4）防止人误入危险区域。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


安全防护装置设计
• 作用 1）以人为本的原则； • 设计原则 2）安全可靠的原则；
3）同时设计原则； 4）简单经济原则； 5）自组织原则。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


安全防护装置设计
•作用•设计原则1）以人为本的原则。

设计安全防护装置时，首先要考虑人的因素，确保操作者的人身安全；
2）安全可靠的原则；
3）同时设计原则；
4）简单经济原则；
5）自组织原则。

/
安全防护装置设计
•作用•设计1）以人为本的原则；
2）安全可靠的原则。

安全防护装置必须达到相应的安全要求，保证在规定的寿命期内有足够的强度、刚度、稳定性、耐摩性、耐腐蚀和抗疲劳性，即保证其本身有足够的安全可靠度。

还要充分考虑可能发生的不安全状态，如误操作、意外事件、突发事件等特殊情况；
3）同时设计原则；
4）简单经济原则；
5）自组织原则。

/
安全防护装置设计
•作用•设计原则1）以人为本的原则；
2）安全可靠的原则；
3）同时设计原则。

安全防护装置应在结构设计时就作为设备性能要求的一部分考虑进去。

新产品，都应具备齐全的安全防护装置；
4）简单经济原则；
5）自组织原则。

/
安全防护装置设计
•作用•设计原则1）以人为本的原则；
2）安全可靠的原则；
3）同时设计原则；
4）简单经济原则。

安全防护装置结构要简单，布局要合理，费用要经济，操作要方便，满足一定的安全距离，便于检修，采用安全装置后不影响机器的预定使用，不影响正常操作；
5）自组织原则。

/
安全防护装置设计
•作用•设计原则1）以人为本的原则；
2）安全可靠的原则；
3）同时设计原则；
4）简单经济原则；
5）自组织原则。

安全防护装置应具有自动识别错误、自动排除故障、自动纠错及自锁、互锁、联锁等功能。

/
安全防护装置分类
•1）隔离防护装置
•2）联锁控制防护装置
•3）超限保险装置
•4）制动装置
•5）报警装置
•6）安全防护控制装置
/
1.隔离防护安全装置•隔离防护安全装置是
专门为保护人身安全而设计的，是通过物体障碍方式防止人或人体部分进入危险区域，将人或人体部分隔离在危险区域外的装置。

•主要有防护罩、防护屏、防护栅栏。

/
1）防护罩•主要作用
•1、防止和阻挡人体或部分进入不安全区域，如为了保护作业人员免运动部件可能产生的危险而设计的防护罩；•2、防止和阻挡人体有害的物质作用人体，如阻止高速物块飞向
人体。

/
1 ）防护罩
•分类
•固定式防护罩——固定在适当的位置上，必须使用专用工具才能将其打开。

如飞轮、传动带的防护罩。

•开启式或可调式防护罩——用来防护需要经常调整和维修的活动部件，不需要专用工具就能打开。

•联锁式防护罩——防护罩兼起动电气开关的作用，即罩不关上，机械就不能启动；另外，一旦防护罩被打开，机械就立即停止运行。

•一般情况下，应采用固定式防护罩，经常进行调节和维护的运动部件，应优先采用联锁式防护罩，条件不允许时，可采用开启式或可调式防护罩。

/
1）防护罩
GB 8196-7国家标准局1987-09-21批准1988-05-01实施• 1 防护罩结构和布局应设计合理，使人体不能直接进入危险区域。

• 2 防护罩应有足够的强度、刚度，一般应采用金属材料制造，在满足强度和刚度的条件下，也可用其他材料制造。

• 3 防护罩应尽量采用封闭结构，当现场需要采用网状结构时，其安全距离和网眼的开口宽度应符合下列要求：3.1为防止指尖误通过而造成伤害时，其开口宽度：直径及边长或椭圆形孔的短轴尺寸应小于6.5mm，安全距离应不小于35mm。

3.2为防止手指误通过而造成伤害时，其开口宽度：直径及边长或椭圆形孔的短轴尺寸应小于12.5mm，安全距离应不小于92mm。

3.3为防止手掌(不含第一掌指关节)误通过而造成伤害时，其开口宽度：直径及边长或椭圆形孔的短轴尺寸应小于20mm，安全距离应不小于135mm。

3.4为防止上肢误通过而造成伤害时，其开口宽度：直径及边长或椭圆形孔的短轴尺寸应小于47mm，安全距离应不小于460mm 3.5为防止足尖误通过而造成伤害时，防护罩底部与地面(或站立台面)的间隙应小于76mm，安全距离应不小于150mm。

• 4 一般情况下，应采用固定式防护罩，经常进行调节和维护的运动部件，应优先采用联锁式防护罩，条件不允许时，可采用开启式或可调式防护罩。

• 5 防护罩表面应光滑无毛刺和尖锐棱角，不应成为新的危险源。

• 6 防护罩不应影响视线和正常操作，应便于设备的检查和维修。

•7 当防护罩需涂漆时，应按GB6527.2-86《安全色使用导则》执行。

/
2）防护屏
•防护屏——用于防止人体任何部位进入危险区域而
设置的一种隔离装置。

如
为防止人体机械伤害、灼
烫、腐蚀、触电等致伤危
险而设置的防护屏。

•人体危区及安全距离的确定图中曲线分别为当设立1.0m、1.2m、1.4m、
1.6m、1.8m、
2.0m、2.2m等不同高度
的防护屏时的人体危区。

a、b、c分
别为三个不同危险物体所形成的危险区域的危险点。

Ya、Yb、Yc分别为
三个危险点高度。

Xa、Xb、Xc分别
为三个危险区域所应具备的最小安全距离。

•
/
2）防护屏
GB 8197-87国标局1987-09-21批准1988-05-01实施•1防护屏一般应采用金属材料制造，并应有相应的足够强度；在满足防护要求的条件下，也可采用其他材料制造。

•2设置防护屏时最小安全距离应符合防护屏高度，危险点高度和最小安全距离关系表的规定。

•3防护屏采用栅栏结构、网状结构或孔板结构时，根据其栅栏的横向或竖向间距、网眼或孔的最大尺寸，最小安全距离除必须符合本标准2.2条的规定外，同时还必须符合栅栏间距、网眼直径与安全距离的关系表的规定。

•4防护屏表面不得有易伤害人体的毛刺和尖锐棱角。

•5防护屏的结构和布局应合理，应便于设备的检查和维修。

需在防护屏上开设出入口时，应根据工作需要，配置联锁装置。

•6防护屏的颜色按GB6527.2—86《安全色使用导则》执行。

/
2.联锁控制防护安全装置•用来防止相互干扰的两种运动或不安全操作时电源同时接通或断开的互锁装置。

•基本功能
•保证正常运转，事故联锁
•联锁报警
•联锁动作和投运显示
/
1）机械式联锁装置
•联锁装置可以通过机械的、电气的或液压、气动的方法使设备的操纵机构相互联锁或操纵机构与电源开关直接联锁。

•机械式联锁装置是依靠凸块、凸轮、杠杆等动作来控制相互矛盾的运动。

如利用钥匙开关、销子等来控制机械运动。

/
2）电气式联锁电路•（1）顺序联锁
•（2）按钮控制的正反转联锁线路•（3）欠电压欠电流保护
/
（1）顺序联锁•在车床的主轴工作之前，
必须先起动油泵电动机，
使润滑系统润滑。

•当按下起动按钮1QA时，线圈1C通电，主触点及自
锁触点1C闭合，油泵电动
机1M起动。

按下1QA后，再按2QA，主轴电动机2M 才能起动。

如果在1M起
动以前，误按下按钮
2QA，2M也不能起动。

/
/（2）按钮控制的正反转联锁线路•正转启动：按下启动按钮SB1，KM1线圈得电，KM1主触头闭合，电机正转转动，同时KM1辅助触点自锁，继续线圈供电。

同时联锁触点KM1常闭触点断开（禁止KM2 线圈得电，对反转进行联锁），电机继续正转转动。

•反转启动：按下启动按钮SB2，KM1线圈断电，KM1主触头断开，同时KM1自锁触点也断开，电机正转停止转动。

KM1常闭触点复位，KM2线圈得电，KM2主触头闭合，电机反转转动，同时KM2辅助触点自锁，为线圈继续供电，同时KM2常闭触点断开（禁止KM1线圈得电，对正转进行联
锁），电机继续反转转动。

•
停止：按下停止按钮SB3，KM2线圈断电，KM2主触头断开，同时自锁触点也断开，电机反转停止转动。

KM1
常闭触点复位，为正转做好准备。

•双重联锁的电机正反转控制线路原理图：对电动机的正、反转控制电路中的互
锁，防止同时按下正反向运行按钮，避免造成相间短路。

（3）欠电压欠电流保护
•如图，当电磁吸盘电路动合触点
JK闭合，电磁吸盘CT通电工作，
其额定电流约为l.4A。

此时串联
在电磁吸盘电路中的取样电阻Rl 上将有1.4V的电压降，再经过取样电位器RPl取样后加在晶体管VTl的输入回路，由VTl、VT2进行复合放大。

正常时来自取样电路的信号电压经放大后，使VTl、VT2的集电极电位接近0V，IC的②脚处在低电位，④脚导通，继电器J1得电。

其动合触点闭合，使机床给进工作。

当电磁吸盘电流小于额定电流90％时，IC的④脚截止，J1断电，机床给进电路同时断电，给进系统停止工作，从而避免事故。

机床电磁吸盘欠电流保护电路
/
典型的联锁控制防护安全装置
3）液压（或气动）联锁回路•在自动循环系统中，执行件的动作是按一定顺序进行的，否则，将会因动作干涉而发生事故。

在液压或气动系统中，这种联锁是靠一定油路或气路来实现的。

如防护门联锁液压回路。

/
3.超限保险安全装置
•机械设备由于某种原因机械发生故障将引起参数（温度、压力、速度等）的变化，而且可能超出规定的极限值，如果不及时采取措施，将可能发生设备或人身事故，超限安全保险装置就是为防止这类事故发生而设置的。

/
3.超限保险安全装置
• 根据能量形式和工作特性不同，超限安全装置分 为：中断能量流、吸收能量、积累能量和排除能 量等四类。

• 中断能量流动装置有破坏式的剪断销和剪断键离 合器、电气式的熔断器、继电器等； • 吸收能量的装置有防冲撞装置、缓冲器等； • 积累能量的装置有爪式、滚珠式和滚柱式等离合 器； • 排除能量的装置有各类安全阀。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


典型的超限保险安全装置
• 1）超载安全装置。

超载安全装置的作用就是处理设备由于人机 匹配失衡造成的多余能量，通过中断能量流、排除能量等措 施，达到保护人和设备的安全。

工作原理有机械式、电气式、 电子式、液压式及其组合。

一般都由感受元件、中间环节和执 行机构组成一个独立的部件。

其中一种是直接作用的安全装 置，另一种是位于保护对象的不同位置间接作用的安全装置。

• 如：起重设备重量限制器，主要用来避免钢丝绳断裂和起重设 备损坏。

• 电路过载保护，常采用热继电器作为电机的过载保护，防止过 度发热。

• 短路保护，为了防止两相发生短路，在线路中设置熔断器。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


典型的超限保险安全装置
• 2)越位安全装置。

机械以一定 速度运行时，有时需要改变运 动速度，或需要停止在指定的 位置，如果执行件运动时超越 规定的行程，可能会发生损坏 设备或撞伤人的事故。

为此， 必须设置行程限位安全装置。

这种装置有机电式、液压式 等。

例如，起重机械工作时， 超载和越位会造成事故，故设 置相应的安全装置。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


典型的超限保险安全装置
• 3）超压安全装置。

广泛用于锅炉、压力容器（如 液化气贮存器、反应器、换热器等），因为这些 设备若超压运行都可能发生爆炸和泄露等重大事 故。

超压安全装置主要有安全阀、防爆膜、卸压 膜等。

按结构及泄压方法不同有阀型、断裂型 （即破坏型）、熔化及组合型等。

• 安全阀是锅炉、气瓶等压力容器中重要的安全装 置：当容器中介质压力超过允许压力时，安全阀 就自动开启，排汽降压避免事故。

当介质压力降 到允许的工作压力之后，便自动关闭。

根据驱动 阀芯（阀瓣）移动的动力不同，有杠杆式、弹簧 式等安全阀；按安全阀开启时阀芯提升的高度不 同有微启式和全启式安全阀。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


4.制动装置
• 制动装置是防止紧急状态下发生人身伤害和设备 事故的装置。

如，在危险位置突然出现人；操作 者的衣服被卷人机器或人正在受伤害、运行部件 越程与固定件或运动件相撞等紧急情况下，为了 防止事故发生或阻止事故继续发展，必须使机器 紧急制动。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


4.制动装置
• 常用的制动方式有机械制动和电力制动。

• 机械制动是靠摩擦力产生的制动力或制动力矩而实 现制动的。

• 电力制动是使电动机产生一个与转子转向相反的制 动力矩而实现制动的。

机床上常用的电力制动有反 接制动和能耗制动。

反接制动，制动力矩大，制动 效果显著，但制动过程中有冲击，且耗能较大。

能 耗制动比反接制动平稳、制动准确，且能量消耗 小，但制动力较弱，且要用直流电源。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


5.报警装置
• 通过检测装置性能及时发现机械的危险与 有害因素及事故预兆，通过声光发出警报 的装置。

如锅炉中高低水位报警器。

• 根据所监视设备状态信号不同，可分为过 载报警器、超速报警器、超压报警器等。

• 报警方式有机械式、电气式等。

• 原理：监视信号→传感器→信号放大处理 →报警
/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


6、安全防护控制装置
• 当操作者一旦进入危险 区，则安全防护装置一 可以控制机械不能启动 或自动停止；可将人从 危险区排出，或控制人 体不能进人危险区，它 对人身安全起间接防护 作用。

例如，双手按 钮、光电防护装置等。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


7、防触电安全装置
• 为了保证操作人员的安全、机械设备上一定要设 置防触电安全装置及安全措施。

• 1）断电保险装置。

简单的断电保险装置是 联锁开关。

当打开设备的某通道时，这些 部分电源在打开通道口的同时被切断。

当 操作检修完毕封闭通道口时，电源便自动 接通。

例如，焊机空载时自动断电保护装 置，可避免焊工更换焊条触及焊钳口时触 电事故发生。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建


7、防触电安全装置
• 2）漏电保护器。

漏电保护器的工作原理是 通过检测机构取得漏电信号经中间机构的 转换，传递给执行机构，带动机械脱扣和 电磁脱扣装置动作，断开电源。

/
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建

。