机械设计缺陷及危险控制-廖小铸

机械设计缺陷及危险控制

渤海钻探井下技服国际工程项目部廖小铸

【摘要】

本文旨在论述施工作业现场机械设计缺陷及危险控制。通过分析机械设计缺陷带来的安全风险，为现场安全作业施工提供解决思路，建立可控的安全作业程序和方法。

关键词：机械设计缺陷危险控制

1 引言

自从机械产品诞生以来，人们借用其改造客观世界的脚步就从未停下来。机械产品在给予我们最大便利、产生最大经济价值的同时，又在不断暴露其自身缺陷。因为没有一种机械产品从投放市场到我们能得心应手的使用不经过一次次的改进和改良，每一次改进改良不但提高了它的使用效率，也在不断提高其安全性能，正因为有了我们的不断改进，它的缺陷及风险才为我们广泛认识。

机械产品在油田作业施工现场起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统及控制系统中都起着主力军的作用。同时，许多安全事故又与机械产品设计缺陷有关，加之我们对机械设计缺陷认识不足改造不够，因此认识机械设计缺陷对于危险控制是非常有必要的。

2 机械设计缺陷带来的危险

2.1 机械危险

与机器、机器零部件或其表面、工具、工件、载荷、飞射的固体或流体物料有关的机械危险可能会导致：

挤压危险、剪切危险、切割危险、缠绕危险、吸人或卷入危险（如发动机风扇皮带无护罩）、冲击或碰撞危险、刺伤或扎伤危险（如机械边缘不光滑有毛刺或拐角成90度）、摩擦和磨损危险、高压流体喷射危险（如泥浆泵喷淋系统无防溅装置）等。

2.2非机械危险

主要包括电气危险（电器电路绝缘未做好）、热危险（发动机排烟装置无护网）、振动危险（如敲击作业）、辐射危险、材料或物质产生的危险、未遵循人类工效学原则而产生的危险及综合性危险等。

3 作业现场的风险评价

风险评价是在危险分析的基础上，根据现有工艺水平对机器在每种危险状态下可能产生伤害的概率和严重度进行全面评估和判定。安全评价的目的是帮助设计者根据现有技术水平，以及由此引起的各种约束确定最优的安全措施，使机器达到最高安全水平。风险评价通常包括以下3个方面的要素：

（1）评估可能伤害的严重度。可通过伤害的范围、伤害的限度、伤害的严重度等因素进行评估。

（2）人们暴露于危险区的频率。通过对进入危险区的性质、频次、持续时间和人数等因

素来进行评估。

（3）预测危险出现的概率。主要对以下因素进行预测：机器及其它元器件的可靠性及有关统计数据，类似机器事故历史资料。

4 机械产品安全再设计

根据风险评价的结果进行安全再设计，机械安全再设计的往往是对其进行性能提升再设计，再设计应考虑的主要因素如下：

（1）使机器外观达到本质安全的结构设计。本质安全设计措施是风险减小流程中的第一步也是最重要的步骤。这是因为尽管所采取的保护措施作为机器固有部分可能是有效的，然而经验表明即使设计得再好的安全防护也可能失去作用或被违反，甚至使用信息不被遵循。本质安全设计措施是通过适当选择机器的设计特性和(或)暴露人员与机器的交互作用，消除危险或减小风险而达到的。

（2）使机器有关运动参数达到安全的设计。过安装限制运动参数(距离、角度、速度、加速度)的装置，实现安全再设计目的。

（3）合理规定和计算零部件的强度和应力。对于机械产品进行零部件替换，使产品性能达到一个新的强度和应力状态，如更换螺栓、更换更有效的运转部分等。

（4）合理选用材料。

（5）选用本质安全技术和动力源。应将机械部件、机器本身、机械夹持的工件和/或载荷的运动限定在安全设计参数(例如：范围、速度、加速、减速、负荷能力)以内。应留有动态效应(例如：负荷摆动)裕量。例如：遥控的步进控制机械，其移动速度应与步行速度保持一致；载人车辆和人员升降用运载工具的运动范围、速度、加速和减速应限定在非危险的数值范围内，并考虑操作者和机器的总反应时间；提升载荷的机械部件的移动范围应限制在规定限度以内。

（6）应用强制机械作用原则。如果一个机械零件运动不可避免的使另一个零件通过直接接触或通过刚性连接件随其一起运动，则这些零件是以强制模式连接的。

（7）应用人机工程原则。

（8）应用人类工效学原则。机械设计中应注意人类工效学原则，以减轻操作者心理、生理压力和紧张程度。在基础设计阶段，对操作者和机器进行功能分配(自动化程度)时，应考虑这些原则。应考虑预定使用机器人群的人体尺寸、力量和姿势、运动幅度、动作重复频率。“人—机”相互作用的所有要素，如操纵器、信号装置以及日期显示装置，都应设计得易于理解，使操作者和机器间的相互作用尽可能清楚、明确。避免操作者在机器使用过程中的紧张姿势和动作(如提供适合于不同操作者的机器调整工具)。

当机器和(或)其防护装置的结构特征使得环境照明不足时，应在机器上或其内部提供对工作区、调整设置区及日常维护区的局部照明。应避免会引起风险的光线的闪动、耀眼、阴影和频闪效应。若光源的位置在使用中需进行调整，则其位置不应对调整者构成任何危险。

5．结语

机械产品从交付使用运行开始，我们就时刻在注意它的工作状态是否正常，是否对接触者有安全威胁，没有一种产品的设计能做到尽善尽美，只有通过提高我们对机械产品的掌控力，提高安全操作认知能力才会消减机械设计缺陷所带来的安全隐患。

参考文献：

[1] 杨利芳.产品设计中的安全设计.

[3] 聂北刚、李勤、居荣华等，机械安全基本概念与设计通则