结构安全设计

结构安全设计

1.一般设计要求

（1）采用能使机器达到本质安全（不需防护措施的内在安全）的有关措施

1）设计零部件的合理形状和相对位置，以防产生切割、刮伤、扎伤、缠绕、挤压和剪切等危险。

2）限制运动件的质量和速度，在不影响使用功能的情况下，应将运动件的质量和速度限制到最小值。

3）限制往复运动件的运动距离，防止产生撞击危险。

4）限制操纵器的操纵力，以免操作时过分用力导致危险。

5）限制噪声和振动。

6）尽量避免零件的锐边、尖角和凸出部分等。

（2）合理计算零件的强度和应力防止产生断裂或破碎危险。

（3）合理选用材料用于制造机器的各种材料，在机器的整个寿命期内都不得危害人的安全与健康。

（4）采用本质安全技术和动力源对于有些机器，如在爆炸气氛中使用的机器，应采用如下本质安全技术和动力源：

1）采用全液压或全气动的控制系统和操纵机构，以防电火花引起爆炸。

2）采用电压低于功能特低电压的电源。

3）在液压系统中采用阻燃和无毒液体等。

（5）应用人机工程原则。

（6）提高机器及其零部件的可靠性。

（7）提高装卸和送、取料工作的机械化和自动化在加工机械和搬运机械中，手工装卸和送、取料工作都会面临较大伤害风险。提高其机械或自动化就会减小或消除这类风险。

（8）尽量使调整和维护点位于危险区外边，防止在对机器进行调整和日常维护时产生伤害。

2.有关安全主要部件或系统的设计

（1）控制系统的设计控制系统的结构和可靠性直接影响整个机器的安全性能，因此，搞好控制系统的安全设计十分重要。

在设计控制系统时，首先要根据风险评价结果，按GB/T16855.1—1997《机械安全控制系统有关安全部件第一部分：设计通则》中的有关规定，选择该控制系统中所用的各有关部件或元件的性能类别（见表1）。选定类别后，根据相应类别的要求，进行合理的结构设计。

表1 控制系统有关安全部件的类别

注：单项故障是指由一种原因引起故障。

在设计控制系时主要应注意以下问题：

1）必须防止动力中断后重新接通时，机器自发地再起动。

2）要通过提高其零部件的可靠性以保证其安全功能。

3）注意采用“定向失效模式”（即失效模式是已知的）的部件或子系统。

4）对其关键部件应采用冗余技术。

5）尽量采用自动监控。

6）对可编程控制系统的安全功能应采取保护措施，以防止储存的程序被有意或无意改变。

7）对具有多种控制或操作模式的机器，其控制系统应设计有能锁定在不同位置的模式选择器，使每个位置都相应于特定操作或控制模式。

（2）手动操纵器的设计设计手动操纵器时应注意以下各点：

1）手动操纵器一般应配置在机器危险区的外边；

2）停机操纵器应位于起动操纵器附近；

3）起动操纵器应尽可能设置在操作它们时能看见被控制的部分；

4）如果通过几个手动操纵器可以起动同一个危险元件时，则这些操纵器的设计应做到在同一时间内，只有一个是有效的（双手操纵器除外）；

5）在有风险的场合，操纵器应设计成不是有意识的操作机器不会动作；

6）各手动操纵器的配置，必须符合人机工程原则，便于操作者安全即时操作。

（3）急停装置的设计除了手持机械和急停不能减小风险的机械外，一般机器都应设计有一个或多个急停装置。急停装置的设计应满足以下要求：

1）必须清晰可见，便于识别（一般为红色），并能迅速接近，便于操作。

2）能尽快停止危险运动而不产生附加危险。

3）急停装置的控制机构与其操纵机构应采用强制机械作用原则，以确保操作时无延时。

4）急停必须采用0类停机（切断动力源）或1类停机（停机后切断动力源）。急停类别的选择应根据风险评价结果确定。

5）急停指令要优先于其他一切指令，而且要使机器对急停指令的响应不产生任何附加危险。

6）用于执行急停功能的部件或元件应具有足够的可靠性。

7）当一组机器以协同方式工作时，急停装置应能将急停指令传给协同系统的各个部分。

（4）指示器和信号显示装置的设计机器的指示器和信号显示装置是向人们表明机器运行状态的信息装置，

如果设计和配置不当，会使人们造成错觉或不能觉察而导致危险。因此，设计时一定要遵循人机工程原则，以保证操作者容易识别或觉察，避免由于信号不清或判断错误而导致危险。

（5）液压和气动系统的设计设计液压和气动系统时应注意以下各点：

1）控制管路中的最大压力不得超过额定值。

2）使系统不会由于压力丧失、压力降低或真空度降低而出现危险。

3）不得由于泄漏或元件失效而导致危险流体喷射。

4）在设计气体接收器、储气罐或类似容器时，应严格遵守有关压力容器的设计规范和标准。

5）所有元件都要针对有害的外部环境加以防护。

6）当机器与动力源断开时，使储存器和类似容器尽可能自动卸压或提供压力指示措施。

7）系统回路必须能防止机器在整个循环过程中执行元件发生误动作。

8）必须保证卸压和流体排放的安全性。

（6）电气系统设计设计机器的电气系统时，主要应注意防止电击、短路和过载三种危险。

3.对某些机器的附加设计要求

（1）大型机器的安全进入措施在设计机器时应尽量考虑使得各项操作都能在地面上进行，这样比较安全、方便。对于大型设备，某些操作需进入机器内或到机器上面进行时，应设计有进入斜梯（与水平面夹角不大于65°的梯子）或直梯（与水平面夹角为75°～90°的梯子）及机内平台、通道、跨越桥等安全进入措施。这些进入措施不得导致操作者进到机器的危险区，并要能避免滑倒和跌落等风险。

（2）机器的稳定性措施机器及其重型零部件的稳定性不好，就容易倾倒或产生不可预测的运动而导致危险。因此，在设计时一定要有保证机器稳定性的有效措施。

（3）机器及重型零部件的安全搬运措施对于不能用手搬运的机器及其重型零部件，应设计有（或便于安装）适当的起吊措施，如吊环、吊钩、吊环螺栓或起重用螺孔等。