第一節 安全系統的認識方法一、人類對機械安全的認識階段安全問題伴隨人類的生產活動而產生，是人類生存和生產的基本要求和前提，機械作為人類進行生產活動的主要工具，在人類的發展史上自始至終都占有極其重要的地位。從人類科學技術發展史看，人類對機械安全的認識經歷了四個階段：1安全的自發認識階段 在自然經濟（農業經濟）時期，人類的生產活動主要是勞動個體使用手用工具的初級勞動，人們在考慮提高生產力的同時，無形中解決了安全問題。在這個階段，人類不是專門解決工具的安全問題，而是由于生產技術需要，不自覺地附帶解決了安全問題，因而有很大的盲目性。2安全的局部認識階段 工業革命以后，特別是動力（例如蒸汽機）的發明和廣泛使用，大量的機器代替手用工具。但勞動者在使用機器過程中受到的危害大大增加，為了生產不得不考慮安全問題。這時主要針對某種機器設備的局部、個別安全問題，采取專門技術方法去解決。例如，給鍋爐裝設安全閥，為機器加一個行程限位開關等，從而形成局部解決安全問題的局部專門技術。3系統安全的認識階段 進入工業化時代，特別是經過第二次世界大戰，以制造業為主的工業化時代的到來，使生產技術向復雜化、規模化和高速化方向發展，分工的專業化形成了分屬不同部門的生產方式和相對穩定的生產結構系統，對安全問題的局部認識已經很難適應要求，需要從機械整體系統的各個方面去考慮安全問題，形成了在某一生產領域應用的、從屬于生產系統并為其服務的系統安全。例如，化工機械安全、建筑機械安全等，其特點是以解決機械事故為目的的 安全技術。4安全系統的認識階段 隨著知識經濟和信息時代的到來，計算機的應用使生產力進一步解放，市場經濟的高度發展，出現了在安全問題上縱橫交錯的復雜局面。機械已經融入人們生產、生活的各個角落，需要解決的安全問題不僅僅限于一臺機械設備或一個生產領域，而要在更大范圍、更高層次上，在宏觀和微觀的結合上全面進行安全工程設計，提出安全要求，進行安全決策。這就要求安全工程技術人員不能就事論事，而是要從更高的認識角度，用安全系統的觀念和知識結構武裝頭腦，去解決機械系統的安全問題。也就是說，解決問題的對象還是機械，這里強調的是解決問題的人的認識角度和思維方法的轉變。二、安全系統理論簡介系統安全和安全系統不僅僅是組成詞的順序換位，而是有其各自特定的概念，無論在內涵還是外延上都有顯著的差異，表現在系統的結構和功能不同，系統的過程不同，系統的目的也不同。1系統安全的認識方法 系統安全的認識是在近代科學技術高度分化基礎上形成的，以機械系統為例，機械系統由機械設備、工夾具、被加工工件或物料、操作人員及加工工藝等多個基本要素組成，組成要素之間互相關聯和制約，形成了制造系統的結構，并決定了制造系統的性質；系統的過程是生產要素（原材料、能量、信息等）的不斷輸入和有形財富（產品）的不斷輸出的過程；系統的目的是追求生產的高質量、短周期、低成本，把制造資源轉變成財富或產品。在這樣的生產系統中，安全作為生產系統正常運行的保障條件，圍繞防止和解決系統發生的傷害事故問題，為系統的主要生產目的服務，但仍處于生產的輔助地位，與具體應用、服務的生產系統緊密聯系，更多地表現出安全實用技術的特點。 系統安全的認識是根據經濟生產部門的專業分工，把安全問題分門別類地按物質生產的不同應用領域和生產的不同手段，分成為不同的系統安全，缺乏一個獨立的、整體的安全理論把它們有機地結合起來，僅僅局限于附著在某種生產專業技術理論的應用層次上。其根本缺陷是沒有從思維方式和認識的源頭上解決對安全的認識。 2安全系統的認識方法 安全科學不是只附著于某個生產系統而存在，不是以它存在和應用的領域去劃分，而是從安全的角度和以安全為著眼點建立的獨立學科，它不同于具體的生產技術學科只研究生產領域中的某個別方面、個別領域或個別問題，不能歸結為只是研究或解決具體安全問題的技術方法，而是揭示安全的內在本質與一般規律，并運用這種普遍規律和理論去解決具體應用領域中不同活動模式與機制轉換中的安全問題的。安全科學是有自己獨特的理論結構體系的獨立科學，是從人的安全需要出發確立的知識體系。安全科學學科的發展主要集中在學科基本理論、思維邏輯和價值取向等幾個方面。人才的培養以知識結構優化和整體素質提高為主要內容，關鍵的問題是人的思想觀念和思維方式的轉變，只有轉換舊有系統安全的思維方式，才能夠理解安全系統的理論；也只有理解了新的理論，才有可能徹底改變舊思維方式。 安全系統是由人、物和物人關系三個基本要素組成的系統集合體。系統中諸要素按內在落邏輯規律，與存在于該系統中的其他要素互相關聯，互相制約，互相補充。由于客觀世界的復雜性，使系統的組成要素的某些性質表現出隨機特性。當安全系統某一要素發生變化時，其他要素也相應地改變，要素關系不斷變化輸出，并反饋回控制過程的各個環節，使系統及時調整，以適應變化的環境這樣一種動態過程。安全問題不能用單純的某一個要素去解決，也不能僅僅用雙要素交叉去解決，而必須是三要素的綜合作用才能體現系統的整體功能。這里，人、物是安全系統過程中的直接要素，人離不開物，得益于物，受害于物；物人關系是安全的第三要素，關系是安全的本質與核心，安全的實質是關系問題，關系是社會物質活動正常運轉的必要條件，同時又是實施安全的手段，因而具有很大的彈性。安全系統的三個要素在表現形式上有不同的特點，獨立存在、互不可取代、構成缺一不可的安全系統整體。同時，三個要素互相制約，并在一定條件下互相轉化，系統的突變或某一要素的惡化，往往會引起系統的安全劣化，甚至導致傷害事故的發生。安全系統的主要目的就是通過要素之間的相互配合、彌補、協調，實現系統的動態平衡，使安全整體得到優化，實現可接受的最高安全水平。 安全是系統與過程的統一。安全認識就是對安全系統和安全過程的認識。安全系統的結構涉及到系統的內部層次，表現為人、物和物人關系三個基本要素及其相互聯系和相互作用；安全系統的功能涉及到該系統與其他事物關系的外部層次，即安全問題與其他事物之間的相互聯系和作用。從過程上講，表現為對生產系統的危險因素識別，安全風險評價與預測，提出安全要求及對策建議直至實現安全效果的全過程。這個過程的特征是過程的執行者不是安全工程專業技術人員本人，而是包括生產系統各個環節的全體成員。第二節 機械的組成規律與機械的狀態一、機械的組成規律機器的種類繁多，形狀大小差別很大，應用目的也各不相同。從機器最基本的特征入手，把握機器組成的基本規律后可以發現，從最簡單的千斤頂到復雜的現代化機床，機器組成的一般規律是：由原動機將各種形式的動力能變為機械能輸入，經過傳動機構轉換為適宜的力或速度后傳遞給執行機構，通過執行機構與物料直接作用，完成作業或服務任務，而組成機械的各部分借助支承裝置連接成一個整體，其組成結構如圖1-1所示。圖11 機器的組成1原動機 原動機是提供機械工作運動的動力源。常用的原動機有電動機、內燃機、人力或畜力（常用于輕小設備或工具，或作為特殊場合的輔助動力）等。2執行機構 執行機構是通過刀具或其他器具與物料的相對運動或直接作用來改變物料的形狀、尺寸、狀態或位置的機構。機械的應用目的主要是通過執行機構來實現，機器種類不同，其執行機構的結構和工作原理就不同。執行機構是一臺機器區別于另一臺機器的最有特性的部分。執行機構及其周圍區域是操作者進行作業的主要區域，稱為操作區。3傳動機構 傳動機構是用來將原動機和工作機構聯系起來，傳遞運動和力（力矩），或改變運動形式的機構。一般情況是將原動機的高轉速、小扭矩，轉換成執行機構需要的較低速度和較大的力（力矩）。常見的傳動機構有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、曲柄連桿機構等。傳動機構包括除執行機構之外的絕大部分可運動零部件。機器不同，傳動機構可以相同或類似，傳動機構是各種不同機器具有共性的部分。4控制操縱系統 控制操縱系統是用來操縱機械的啟動、制動、換向、調速等運動，控制機械的壓力、溫度。速度等工作狀態的機構系統。它包括各種操縱器和顯示器。人通過操縱器來控制機器；顯示器可以把機器的運行情況適時反饋給人，以便及時、準確地控制和調整機器的狀態，以保證作業任務的順利進行并防止事故發生。控制操縱系統是人機接口處，安全人機學要求在這里得到集中體現。 5支承裝置 支承裝置是用來連接、支承機器的各個組成部分，承受工作外載荷和整個機器重量的裝置。它是機器的基礎部分，分固定式和移動式兩類。固定式與地基相連（如機床的基座、床身、導軌、立柱等）；移動式可帶動整個機械相對地面運動（如可移動機械的金屬結構、機架等）。支承裝置的變形、振動和穩定性不僅影響加工質量，還直接關系到作業的安全。機器在按規定的使用條件下執行其功能的過程中，以及在運輸、安裝、調整、維修、拆卸和處理時，可能對人員造成損傷或對健康造成危害。這種傷害在機器使用的任何階段和各種狀態下都有可能發生。二、機械在各種狀態的安全問題1正常工作狀態 在機器完好的情況下，機器完成預定功能的正常運轉過程中，存在著各種不可避免的但卻是執行預定功能所必須具備的運動要素，有些可能產生危害后果。例如，大量形狀各異的零部件的相互運動、刀具鋒刃的切削、起吊重物、機械運轉的噪聲等，在機械正常工作狀態下就存在著碰撞、切割、重物墜落、使環境惡化等對人身安全不利的危險因素。對這些在機器正常工作時產生危險的某種功能，人們稱為危險的機器功能。2非正常工作狀態 在機器運轉過程中，由于各種原因（可能是人員的操作失誤，也可能是動力突然喪失或來自外界的干擾等）引起的意外狀態。例如，意外啟動、運動或速度變化失控，外界磁場干擾使信號失靈，瞬時大風造成起重機傾覆倒地等。機械的非正常工作狀態往往沒有先兆，會直接導致或輕或重的事故危害。3故障狀態 故障狀態是指機械設備（系統）或零部件喪失了規定功能的狀態。設備的故障，哪怕是局部故障，有時都會造成整個設備的停轉，甚至整個流水線、整個自動化車間的停產，給企業帶來經濟損失。而故障對安全的影響可能會有兩種結果。有些故障的出現，對所涉及的安全功能影響很小，不會出現大的危險。例如，當機器的動力源或某零部件發生故障時，使機器停止運轉，處于故障保護狀態。有些故障的出現，會導致某種危險狀態。例如，由于電氣開關故障，會產生不能停機的危險；砂輪軸的斷裂，會導致砂輪飛甩的危險；速度或壓力控制系統出現故障，會導致速度或壓力失控的危險等。4非工作狀態 機器停止運轉處于靜止狀態時，在正常情況下，機械基本是安全的；但不排除由于環境照度不夠，導致人員與機械懸凸結構的碰撞；結構垮塌；室外機械在風力作用下的滑移或傾覆；堆放的易燃易爆原材料的燃燒爆炸等。 5檢修保養狀態 檢修保養狀態是指對機器進行維護和修理作業時（包括保養、修理、改裝、翻建、檢查、狀態監控和防腐潤滑等）機器的狀態。盡管檢修保養一般在停機狀態下進行，但其作業的特殊性往往迫使檢修人員采用一些超常規的做法。例如，攀高、鉆坑、將安全裝置短路、進入正常操作不允許進入的危險區等，使維護或修理容易出現在正常操作不存在的危險。在機械使用的各個環節，機器的不同狀態都有危險因素存在，既可在機器預定使用期間經常存在（危險運動件的運動，焊接時的電弧等），也可能意外地出現，使人員不得不面臨受到這樣或那樣傷害的風險。人們把使人面臨損傷或危害健康風險的機器內部或周圍的某一區域稱為危險區。就大多數機器而言，傳動機構和執行機構集中了機器上幾乎所有的運動零部件。它們種類繁多，運動方式各異，結構形狀復雜，尺寸大小不一，所以，即使在機器正常狀態下進行正常操作時，在傳動機構和執行機構及其周圍區域，就有可能形成機械的危險區。由于傳動機構在工作中不需要與物料直接作用，也不需要操作者頻繁接觸，所以常用各種防護裝置隔離或封裝起來。而執行機構由于在作業過程中，需要操作者根據情況不斷地調整執行機構與物料的相互位置和狀態，使人體的某些部位不得不經常進入操作區等原因，使操作區成為機械傷害的高發區，這是機械的主要危險區，是安全防護的重點。又由于不同種類機器的工作原理區別很大，表現出來的危險有較大差異，因此又成為安全防護難點。另外，移動式支承裝置的安全防護較固定式更應引起注意。第三節 由機械產生的危險由機械產生的危險是指在使用機械過程中，可能對人的身心健康造成損傷或危害的起源。由于危險是引起或增加傷害的條件，所以我們常稱為危險因素。危險通常與其他詞組合使用，或具體限定其起源的特定性質，如機械危險、電危險、噪聲危險等，或預測對人員造成傷害的作用方式，如打擊危險、擠壓危險、中毒危險等。還有其他表述形式，在此不-一列舉。機械的危險可能來自機械自身、機械的作用對象、人對機器的操作，以及機械所在的場所等。有些危險是顯現的，有些是潛在的；有些是單一的，有些交錯在一起，表現為復雜、動態。隨機的特點。因此，必須把人、機、環境這個機械加工系統作為一個整體研究對象，用安全系統的觀點和方法，識別和描述機械在使用過程中可能產生的各種危險、危險狀態以及預測可能發生的危險事件，為機器的安全設計以及制定有關機械安全標準和對機械系統進行安全風險評價提供依據。 一、危險有害因素的分類1按客體對人體的不利影響分類按客體對人體的不利影響，危險有害因素可分為危險因素和有害因素。這是我國勞動安全衛生學領域長期延用的分類方法。（1）危險因素，即導致人員傷亡的因素。該因素強調危險事件的突發性和瞬間作用，例如，物體打擊、切割、電擊、爆炸等。 （2）有害因素，即導致人員患病的因素。該因素強調在一定時間和范圍內危險因素的累積作用效果，例如，粉塵、振動、有毒物等。2按不利因素的性質分類按不利因素的性質不同，可分為物理因素、化學因素、生物因素和生理心理因素。這是前蘇聯標準規定的分類方法。（1）物理性危險和有害的因素。運轉的機器，機械設備的可動部分，能移動的零件、毛坯和材料，破裂結構，作業環境中的粉塵、有害氣體、噪聲、振動、電的危害等。（2）化學性危險和有害的因素。該因素按對人的肌體作用特征不同，又可分為有毒的、刺激的、致癌的、器官病變的化學性危險因素；按進入人體的渠道不同，可分為通過呼吸道。腸胃消化道、皮膚和粘膜等有害因素。 （3）生物性危險和有害的因素。該因素主要包括：細菌、病毒、螺旋體、真菌等致病微生物及其生命活動產物；植物和動物等大機體。（4）生理-心理性危險和有害的因素。如：體力負荷過大（長期靜態型或動態型的體力超負荷）；神經心理負荷過重（腦力過度緊張，個別器官過度緊張，勞動單調或感情負擔過重）等。3按誘發事故的危險源分類按誘發事故的危險源不同，可分為機械能、化學能、電能、熱能、放射能等有害因素。這是日本青島賢司根據引發事故的能量形態不同而進行的分類。 4根據機械設備自身的特點、能量形式及作用方式分類這是根據國際標準化組織（ISO）的標準，參考工業發達國家的普遍做法，我國現行國家標準采用的分類方法。由機械產生的危險可分為兩大類，一類是機械危險，另一類是非機械危險。其中非機械危險又可分為電氣危險、溫度危險、噪聲危險、振動危險、輻射危險、材料和物質產生的危險、違反安全人機學原理產生的危險等。對機械加工設備及其生產過程中的不利因素，不再細分危險與有害因素，一律稱為危險因素。實際上在很多情況下，同一危險因素由于物理量不同，作用的時間和空間不同，有時導致人身傷害，有時引起職業病，有時甚至二者兼有，硬要人為地將同一危險因素時而視為危險因素，時而視為有害因素，反而會造成認識混亂，不利于危險因素的識別和風險的分析評價。本課件采用的正是這一分類方法。 二、由機械產生的危險1機械危險 由于機械設備及其附屬設施的構件、零件、工具、工件或飛濺的固體和流體物質等的機械能（動能和勢能）作用，可能產生傷害的各種物理因素以及與機械設備有關的滑絆、傾倒和跌落危險。2電氣危險 電氣危險的主要形式是電擊、燃燒和爆炸。其產生條件可以是人體與帶電體的直接接觸；人體接近帶高壓電體；帶電體絕緣不充分而產生漏電、靜電現象；短路或過載引起的熔化粒子噴射熱輻射和化學效應。3溫度危險 一般將29以上的溫度稱為高溫，-18以下的溫度稱為低溫 （1）高溫對人體的影響。高溫燒傷、燙傷，高溫生理反應。 （2）低溫凍傷和低溫生理反應。 （3）高溫引起的燃燒或爆炸。 溫度危險產生的條件有：環境溫度、熱源輻射或接觸高溫物（材料、火焰或爆炸物）等。4噪聲危險 噪聲產生的原因主要有機械噪聲、電磁噪聲和空氣動力噪聲。其造成的危害有： （1）對聽覺的影響。根據噪聲的強弱和作用時間不同，可造成耳鳴、聽力下降、永久性聽力損失，甚至暴震性耳聾等。 （2）對生理、心理的影響。通常90dB（A）以上的噪聲對神經系統、心血管系統等都有明顯的影響；低噪聲，會使人產生厭煩、精神壓抑等不良心理反應。 （3）干擾語言通訊和聽覺信號而引發其他危險。 5振動危險 振動對人體可造成生理和心理的影響，造成損傷和病變。最嚴重的振動（或長時間不太嚴重的振動）可能產生生理嚴重失調（血脈失調，如自指；神經失調；骨關節失調；腰痛和坐骨神經痛）等。6輻射危險 可以把產生輻射危險的各種輻射源（離子化或非離子化）歸為以下幾個方面： （1）電波輻射：低頻輻射、無線電射頻輻射和微波輻射； （2）光波輻射：主要有紅外線輻射、可見光輻射和紫外線輻射； （3）射線輻射：X射線和Y射線輻射； （4）粒子輻射：主要有、粒子射線輻射、電子束輻射、離子束輻射和中子輻射等。 （5）激光。 輻射的危險是殺傷人體細胞和機體內部的組織，輕者會引起各種病變，重者會導致死亡。7材料和物質產生的危險 材料和物質產生的危險有： （1）接觸或吸入有害物（如有毒、腐蝕性或刺激性的液、氣、霧、煙和粉塵）所導致的危險； （2）火災與爆炸危險； （3）生物（如霉菌）和微生物（如病毒或細菌）危險。 使用機械加工過程的所有材料和物質都應考慮在內。例如：構成機械設備、設施自身（包括裝飾裝修）的各種物料；加工使用、處理的物料（包括原材料、燃料、輔料、催化劑、半成品和產成品）；剩余和排出物料，即生產過程中產生、排放和廢棄的物料（包括氣、液、固態物）。8未履行安全人機學原則而產生的危險 由于機械設計或環境條件不符合安全人機學原則的要求，存在與人的生理或心理特征、能力不協調之處，可能會產生以下危險： （1）對生理的影響。負荷（體力負荷、聽力負荷、視力負荷、其他負荷等）超過人的生理范圍，長期靜態或動態型操作姿勢、勞動強度過大或過分用力所導致的危險。 （2）對心理的影響。對機械進行操作、監視或維護而造成精神負擔過重或準備不足、緊張等而產生的危險。 （3）對人操作的影響。表現為操作偏差或失誤而導致的危險等。三、機械危險的主要傷害形式和機理機械危險的傷害實質，是機械能（動能和勢能）的非正常做功、流動或轉化，導致對人員的接觸性傷害。機械危險的主要傷害形式有夾擠、碾壓、剪切、切割、纏繞或卷入、戳扎或刺傷、摩擦或磨損、飛出物打擊、高壓流體噴射、碰撞和跌落等。 動能是物體由于作機械運動而具有的能量，平均物體的動能等于1/2mv2（m為物體的質量；V為物體的速度）；轉動物體的動能等于1/2J2（平方）（J為物體的轉動慣量；為物體的轉動角速度）。勢能是物質系統由于相互之間存在作用而具有的能量，由物體的相對位置決定的勢能等于mgh（h為物體離地的高度； g為重力加速度）。動能和勢能可以互相轉化。無論機械危險以什么形式存在，總是與質量、位置、不同運動形式、速度和力等物理量有關。1機器零件（或l件）產生機械危險的條件 （1）形狀和表面性能：切割要素、銳邊、利角部分，粗糙或過于光滑。 （2）相對位置：相向運動、運動與靜止物的相對距離小。 （3）質量和穩定性：在重力的影響下可能運動的零部件的位能。 （4）質量和速度（加速度）：可控或不可控運動中的零部件的動能。 （5）機械強度不夠：零件、構件的斷裂或垮塌。 （6）彈性元件（彈簧）的位能，在壓力或真空下的液體或氣體的位能。機械傷害的基本類型 （1）卷統和絞纏。引起這類傷害的是作回轉運動的機械部件（如軸類零件），包括聯軸節、主軸、絲杠等；回轉件上的凸出物和開口，例如軸上的凸出鍵、調整螺栓或銷、圓輪形狀零件（鏈輪、齒輪、皮帶輪）的輪輻、手輪上的手柄等，在運動情況下，將人的頭發、飾物（如項鏈）、肥大衣袖或下擺卷纏引起的傷害。 （2）卷入和碾壓。引起這類傷害的主要危險是相互配合的運動副，例如，相互嚙合的齒輪之間以及齒輪與齒條之間，皮帶與皮帶輪、鏈與鏈輪進入嚙合部位的夾緊點，兩個作相對回轉運動的輥子之間的夾口引發的卷入；滾動的旋轉件引發的碾壓，例如，輪子與軌道、車輪與路面等。 （3）擠壓、剪切和沖撞。引起這類傷害的是作往復直線運動的零部件，諸如相對運動的兩部件之間，運動部件與靜止部分之間由于安全距離不夠產生的夾擠，作直線運動部件的沖撞等。直線運動有橫向運動（例如，大型機床的移動工作臺、牛頭刨床的滑枕、運轉中的帶鏈等部件的運動）和垂直運動（例如，剪切機的壓料裝置和刀片、壓力機的滑塊、大型機床的升降臺等部件的運動）。 （4）飛出物打擊。由于發生斷裂、松動、脫落或彈性位能等機械能釋放，使失控的物件飛甩或反彈出去，對人造成傷害。例如：軸的破壞引起裝配在其上的皮帶輪、飛輪、齒輪或其他運動零部件墜落或飛出；螺栓的松動或脫落引起被它緊固的運動零部件脫落或飛出；高速運動的零件破裂碎塊甩出；切削廢屑的崩甩等。另外，彈性元件的位能引起的彈射。例如：彈簧、皮帶等的斷裂；在壓力、真空下的液體或氣體位能引起的高壓流體噴射等。 （5）物體墜落打擊。處于高位置的物體具有勢能，當它們意外墜落時，勢能轉化為動能，造成傷害。例如，高處掉下的零件、工具或其他物體（哪怕是很小的）；懸掛物體的吊掛零件破壞或夾具夾持不牢引起物體墜落；由于質量分布不均衡，重心不穩，在外力作用下發生傾翻、滾落；運動部件運行超行程脫軌導致的傷害等。 （6）切割和擦傷。切削刀具的鋒刃，零件表面的毛刺，工件或廢屑的鋒利飛邊，機械設備的尖棱、利角和銳邊；粗糙的表面（如砂輪、毛坯）等，無論物體的狀態是運動的還是靜止的，這些由于形狀產生的危險都會構成傷害。 （7）碰撞和刮蹭。機械結構上的凸出、懸掛部分（例如起重機的支腿、吊桿，機床的手柄等），長、大加工件伸出機床的部分等。這些物件無論是靜止的還是運動的，都可能產生危險。 （8）跌倒、墜落。由于地面堆物無序或地面凸凹不平導致的磕絆跌傷，接觸面摩擦力過小（光滑、油污、冰雪等）造成打滑、跌倒。假如由于跌倒引起二次傷害，那么后果將會更嚴重。 人從高處失足墜落，誤踏入坑井墜落；電梯懸掛裝置破壞，轎廂超速下行，撞擊坑底對人員造成的傷害。 機械危險大量表現為人員與可運動物件的接觸傷害，各種形式的機械危險、機械危險與其他非機械危險往往交織在一起。在進行危險識別時，應該從機械系統的整體出發，考慮機器的不同狀態、同一危險的不同表現方式、不同危險因素之間的聯系和作用，以及顯現或潛在的不同形態等。四、事故原因分析安全隱患可存在于機器的設計、制造、運輸、安裝、使用、報廢、拆卸及處理等各個環節。機械事故的發生往往是多種因素綜合作用的結果，用安全系統的認識觀點，可以從物的不安全狀態、人的不安全行為和安全管理上的缺陷找到原因。1物的不安全狀態（技術原因） 物的安全狀態是保證機械安全的重要前提和物質基礎。這里，物包括機械設備、工具、原材料、中間與最終產成品、排出物和廢料等。物的不安全狀態構成生產中的客觀安全隱患和風險。例如，機械設計不合理、未滿足安全人機要求、計算錯誤、安全系數不夠、對使用條件估計不足等；制造時零件加工超差、以次充好、偷工減料等；運輸和安裝中的野蠻作業使機械及其元部件受到損傷而埋下隱患等。近些年來，大量境外的機械設備進入國內，其中有些設備由于不符合中國人的人體測量參數而引發傷害，有些已被淘汰的垃圾設備非法進入我國，沒有生產許可證的國內企業生產的缺少安全裝置的不合格機械產品，這些有嚴重安全問題的機械設備流入市場，成為安全隱患的源頭。再加上使用中的問題，例如，報廢零件未及時更換，缺乏必要的安全防護，潤滑保養不良等，造成使用環節大量的機械傷害事故。此外，超過安全極限的作業條件或衛生標準的不良作業環境，直接影響人的操作意識水平，使身體健康受到損傷，造成機械系統功能降低甚至失效。物的不安全狀態是引發事故的直接原因。 2人的不安全行為 在機械使用過程中人的不安全行為，是引發事故的另一重要的直接原因。人的行為受到生理、心理等各種因素的影響，表現是多種多樣的。缺乏安全意識和安全技能差（即安全素質低下）是引發事故的主要的人的原因。例如，不了解所使用機械存在的危險，不按安全規程操作，缺乏自我保護和處理意外情況的能力等。指揮失誤（或違章指揮）、操作失誤（操作差錯及在意外情況時的反射行為或違章作業）、監護失誤等是人的不安全行為常見的表現。在日常工作中，人的不安全行為大量表現在不安全的工作習慣上。例如：工具或量具隨手亂放；測量工件不停機；站在工作臺上裝卡工件；越過運轉刀具取送物料；攀越大型設備不走安全通道等。3安全管理缺陷 安全管理水平包括領導的安全意識水平，對設備（特別是對危險設備）的監管，對人員的安全教育和培訓，安全規章制度的建立和執行等，安全管理缺陷是事故發生的間接原因。第二章 實現機械安全的途徑第一節 機械設備的安全衛生基本要求一、機械安全基本要求機械設備在規定的整個使用期內，不得發生由于機械設備自身缺陷所引起的、目前已為人們認識的各類危及人身安全的事故和對健康造成損害的職業病，避免給操作者帶來不必要的體力消耗、精神緊張和疲勞。無論是機器預定功能的設計還是安全防護的設計，都應該遵循以下兩個基本途徑：選用適當的設計結構，盡可能避免危險或減小風險；通過減少對操作者涉入危險區的需要，限制人們面臨危險。1足夠的抗破壞能力、良好的可靠性和對環境的適應性（1）合理的機械結構型式。機械設備的結構型式一定要與其執行的預定功能相適宜，不能因結構設計不合理而造成機械正常運行時的障礙、卡塞或松脫；不能因元件或軟件的暇疵而引起微機數據的丟失或死機；不能發生任何能夠預計到的與機械設備的設計不合理的有關事件。（2）足夠的抗破壞能力。機械的各組成受力零部件及其連接，應滿足完成預定最大載荷的足夠強度、剛度和構件穩定性，在正常作業期間不應發生由于應力或工作循環次數產生斷裂破碎或疲勞破壞、過度變形或垮塌；還必須考慮在此前提下機械設備的整體抗傾覆或防風抗滑的穩定性，特別是那些由于有預期載荷作用或自身質量分布不均的機械及那些可在軌道或路面行駛的機械，應保證在運輸、運行、振動或有外力作用下不致發生傾覆，防止由于運行失控而產生不應有的位移。 （3）對使用環境具有足夠的適應能力。機械設備必須對其使用環境（如溫度、濕度、氣壓、風載、雨雪、振動、負載、靜電、磁場和電場、輻射、粉塵、微生物、動物、腐蝕介質等）具有足夠的適應能力，特別是抗腐蝕或空蝕，耐老化磨損，抗干擾的能力，不致由于電氣元件產生絕緣破壞，使控制系統零部件臨時或永久失效，或由于物理性、化學性、生物性的影響而造成事故。（4）提高機械的可靠性。可靠性是指機器或其零部件在規定的使用條件下和規定期限內，執行規定功能而不出現故障的能力。傳統機械設計只按產品的性能指標進行設計，而可靠性設計除要保證性能指標外，還要保證產品的可靠性指標，即產品的無故障性、耐久性、維修性、可用性和經濟性等，可靠性是體現產品耐用和可靠程度的一種性能，與安全有直接關系。 2不得產生超過標準規定的有害物質（1）有毒有害物質。應采用對人無害的材料和物質（包括機械自身的各種材料、加工原材料、中間或最終產品、添加物、潤滑劑、清洗劑，以及與工作介質或環境介質反應的生成物及廢棄物）。對不可避免的毒害物（例如粉塵、有毒物、輻射、放射性、腐蝕等），應在設計時考慮采取密閉、排放（或吸收）、隔離、凈化等措施。在人員合理暴露的場所，其成分、濃度應低于產品安全衛生標準的規定，不得構成對人體健康的有害作用，也不得對環境造成污染。 （2）預防物理性危害。機械產生的噪聲、振動、過熱和過低溫度等指標，都必須控制在低于產品安全標準中規定的允許指標，防止對人的心理及生理危害。（3）防火防爆。有可燃氣體、液體、蒸氣、粉塵或其他易燃易爆或發火性物質的機械生產設備，應在設計時考慮防止跑、冒、滴、漏，根據具體情況配置監測報警、防爆泄壓裝置及消防安全設施，避免或消除摩擦撞擊、電火花和靜電積聚等，防止由此造成的火災或爆炸危險。 3可靠有效的安全防護任何機械都有這樣那樣的危險，當機械設備投入使用時，生產對象（各種物料）、環境條件以及操作人員處于動態結合情況下的危險性就更大。只要存在危險，即使操作者受過良好的技術培訓和安全教育，有完善的規程，也不能完全避免發生機械傷害事故的風險。因此，必須建立可靠的物質屏障，即在機械上配置一種或多種專門用于保護人的安全的防護裝置、安全裝置或采取其他安全措施。當設備或操作的某些環節出現問題時，靠機械自身的各種安全技術措施避免事故的發生，保障人員和設備安全。危險性大或事故率高的生產設備，必須在出廠時配備好安全防護裝置。4履行安全人機學的要求人機界面是指在機器上人、機進行信息交流和相互作用的界面。顯示裝置、控制（操縱）裝置、人的作業空間和位置以及作業環境，是人機要求集中體現之處，應滿足人體測量參數、人體的結構特性和機能特性、生理和心理條件，合乎衛生要求。其目的是保證人能安全、準確、高效、舒適地工作，減少差錯，避免危險。5維修的安全性（1）機械的可維修性。機器出現故障后，在規定的條件下，按規定程序或手段實施維修，可以保持或恢復其執行預定功能狀態，這就是機器的可維修性。設備的故障會造成機器預定功能喪失，給工作帶來損失，而危險故障還會引發事故。從這個意義上講，解決了危險故障，恢復安全功能，就等于消除了安全隱患。 （2）維修作業的安全。在按規定程序實施維修時，應能保證人員的安全。由于維修作業是不同于正常操作的特殊作業，往往采用一些超常規的做法，如移開防護裝置，或是使安全裝置不起作用。為了避免或減少維修傷害事故，應在控制系統設置維修操作模式；從檢查和維修角度，在結構設計上考慮內部零件的可接近性；必要時，應隨設備提供專用檢查、維修工具或裝置；在較笨重的零部件上，還應考慮方便吊裝的設計。二、實現機械安全的措施機械設備安全應考慮其壽命的各階段，包括設計、制造、安裝、調整、使用（設定、示教、編程或過程轉換、運轉、清理）、查找故障和維修、拆卸及處理；還應考慮機器的各種狀態，包括正常作業狀態、非正常狀態和其他一切可能的狀態。決定機械產品安全性的關鍵是設計（機械產品設計和制造工藝設計）階段采用安全措施，還要通過使用階段采用安全措施來最大限度地減小風險。不同階段的安全措施可用圖2-1表示。 由設計者采取的安全措施本質安全技術(直接安全措施) 安全防護(間接安全措施) 使用信息(指示性安全措施) 附加預防措施提供個人防護裝備安全培訓教育安全規章制度安全監察由用戶采取的安全措施圖21 實現機械安全的階段和安全措施1由設計者采取的安全措施（1）本質安全技術。這是指在機械的功能設計中采用的、不需要額外的安全防護裝置而直接把安全問題解決的措施，因此也稱為直接安全技術措施。本質安全技術是機械設計優先考慮的措施。 （2）安全防護。直接安全技術措施不能或不完全能實現安全時，必須在生產設備總體設計階段設計出一種或多種專門用來保證人員安全的裝置，也稱為間接安全技術措施。（3）使用信息。本質安全技術和安全防護都無效或不完全有效的那些風險，可通過使用文字、標記、信號、符號或圖表等信息，向人們作出說明，提出警告，并將遺留風險通知用戶，局稱指示性（說明性）安全技術措施。（4）附加預防措施：著眼緊急狀態的預防措施。如急停裝置、陷入危險時的躲避和援救保護措施；附加措施，如機器的可維修性、斷開動力源和能量泄放措施；機器及其重型零部件容易而安全的搬運措施、安全進入機器的措施、機器及其零部件穩定性措施等。2由用戶采取的安全措施（1）個人勞動防護用品。個人防護用品是保護勞動者在機器的使用過程中的人身安全與健康所必備的一種防御性裝備，在意外事故發生時對避免傷害或減輕傷害程度能起到一定的作用。按防護部位不同，勞動防護用品可分為九大類：安全帽、呼吸護具、眼防護具、聽力護具、防護鞋、防護手套、防護服、防墜落護具和護膚用品。使用個人勞動保護用品時應注意：根據接觸危險能量的作業類別和可能出現的傷害，按規定正確選配。該用的一定要堅持佩戴，不該用的堅決不用，否則不但沒有保護作用，還可能造成不應有的危害。防護用品一定要達到保護功能的要求并合乎使用條件的技術指標。使用中應注意有效使用期，及時檢查報廢，否則起不到應有的防御作用。個人防護用品既不是也不可取代安全防護裝置，它不具有避免或減少面臨危險的功能，只是當危險來臨時起一定的防御作用，必要時，可與安全防護裝置配合使用。（2）作業場地與工作環境的安全性。作業場地是指利用機械進行作業活動的地點、周圍區域及通道。作業場地與工作環境的安全要求如下： 機器布局應方便操作，機器之間、機器與固定建筑物之間應保持安全距離；通道寬敞無阻，充分考慮人和物的合理流向，滿足物料輸送的需要并有利于安全。作業場地不得過于狹小，工、卡、量具應按規定擺放，原材料、成品、半成品應堆放整齊、平穩，防止坍塌或滑落。地面平整，無坑凹，無油垢水污，廢屑應及時清理；室外作業場地應有必要的防雨雪遮蓋；有障礙物或懸掛突出物，以及機械可移動的范圍內應設防護或加醒目標志。保證足夠的作業照明度，滿足通風、溫度、濕度要求，嚴格控制塵、毒、噪聲、振動、輻射等有害物，使其不得超過規定的衛生標準。 （3）安全管理措施。它包括對人員的安全教育和培訓；建立安全規章制度；對設備（特別是重大、危險設備）的安全監察等。由用戶采取的安全措施對減小設計的遺留風險是很重要的，但是這些措施與技術措施相比，可靠性相對較低，它們都不能用來代替在設計階段可用來消除危險、減小風險的措施。三、通過選用適當的設計結構盡可能避免或減少危險通過設計減小風險，是指在機器的設計階段，從零件材料到零部件的合理形狀和相對位置，從限制操縱力、運動件的質量與速度到減少噪聲和振動，采用本質安全技術與動力源，應用零部件間的強制機械作用原理，履行安全人機工程學原則等多項措施，通過選用適當的設計結構，盡可能避免或減小危險；也可以通過提高設備的可靠性、操作機械化或自動化，以及實行在危險區之外的調整、維修等措施。總之，通過采用使機器達到本質安全的措施，來減少或限制操作者涉入危險區的需要，從而降低人們面臨危險的概率；通過機器的設計和制造，把實現機器的預定功能與實現機器使用安全的目標結合起來，以達到機械本質安全的目的。 1采用本質安全技術 本質安全技術，是指利用該技術進行機器預定功能的設計和制造，不需要采用其他安全防護措施，就可以在預定條件下執行機器的預定功能時滿足機器自身安全的要求。 （1）避免銳邊、尖角和凸出部分。在不影響預定使用功能前提下，機械設備及其零部件應盡量避免設計成會引起損傷的銳邊、尖角、粗糙的、凸凹不平的表面和較突出的部分。金屬薄片的棱邊應倒鈍、折邊或修圓。可能引起刮傷的開口端應包覆。 （2）安全距離的原則。利用安全距離防止人體觸及危險部位或進入危險區，是減小或消除機械風險的一種方法。在規定安全距離時，必須考慮使用機器時可能出現的各種狀態、有關人體的測量數據、技術和應用等因素。機械的安全距離包括兩類距離要求： 防止可及危險部位的最小安全距離。它是指作為機械組成部分的有形障礙物與危險區的最小距離，用來限制人體或人體的某部位的運動范圍。當人體某部位可能越過障礙物或通過機械的開口去觸及危險區時，安全距離足夠長，限制其不可能觸碰到機械的危險部位，從而避免了危險。 避免受擠壓或剪切危險的安全距離。當兩移動件相向運動或移動件向著固定件運動時，人體或人體的某部位在其中可能受到擠壓或剪切。這時，可以通過增大運動件間最小距離，使人的身體可以安全地進入或通過；也可以減小運動件間的最小距離，使人的身體部位伸不進去，從而避免了危險。 （3）限制有關因素的物理量。在不影響使用功能的情況下，根據各類機械的不同特點，限制某些可能引起危險的物理量值來減小危險。例如，將操縱力限制到最低值，使操作件不會因破壞而產生機械危險；限制運動件的質量或速度，以減小運動件的動能；限制噪聲和振動等。 （4）使用本質安全工藝過程和動力源。對預定在爆炸氣氛中使用的機器，應采用全氣動或全液壓控制系統和操縱機構，或本質安全電氣裝置，也可采用電壓低于功能特低電壓的電源，以及在機器的液壓裝置中使用阻燃和無毒液體。2限制機械應力 機械選用的材料性能數據、設計規程、計算方法和試驗規則，都應該符合機械設計與制造的專業標準或規范的要求，使零件的機械應力不超過許用值，保證安全系數，以防止由于零件應力過大而被破壞或失效，避免故障或事故的發生。同時，通過控制連接、受力和運動狀態來限制應力。 （1）連接應力。采用可靠的緊固方法，對諸如螺栓連接、焊接等，通過采用正確計算、結構設計和緊固方法來限制應力，防止運轉狀態下連接松動、破壞，緊固失效。 （2）防止超載應力。通過在傳動鏈預先采用薄弱環節預防超載（例如，采用易熔塞、限壓閥、斷路器等限制應力），避免主要受力件因超載而被破壞。 （3）避免交變應力。避免在可變應力（主要是周期應力）下零件產生疲勞。例如，鋼絲繩滑輪組的鋼絲繩在纏繞時，盡量避免其反向彎折導致的疲勞破壞。 （4）回轉件的平衡。設計時，對材料的均勻性和回轉精度應作出規定，并在使用前經過靜平衡或動平衡試驗，防止在高速旋轉時引起振動，還可能使回轉件的應力加大，甚至造成碎裂（如砂輪）。3材料和物質的安全性 用以制造機器的材料、燃料和加工材料在使用期間不得危及面臨人員的安全或健康。 （1）承載能力。材料的力學特性，如抗拉強度、抗剪強度、沖擊韌性、屈服極限等，應能滿足執行預定功能的載荷作用的要求。 （2）對環境的適應性。材料應有良好的環境適應性，機械在預定的環境條件下工作時，應有抗腐蝕，耐老化、磨損的能力，不致于受物理性、化學性、生物性的影響而失效，從而避免事故的發生。 （3）材料的均勻性。根據零件的功能，保證材料的均勻性，防止由于工藝設計不合理，使材料的金相組織不均勻而產生殘余應力，防止由于內部缺陷（如夾渣、氣孔、異物、裂紋）給安全埋下隱患。 （4）避免材料的危險。在設計和制造選材時，應避免采用有毒性的材料或物質；應能避 免機器自身或由于使用某種材料而產生的氣體、液體、粉塵、蒸氣或其他物質造成的火災和 爆炸風險；對可燃、易爆的液體及氣體材料，應設計使其在填充、使用、回收或排放時減小危險或無危險。4履行安全人機工程學原則 在機械設計中，通過合理分配人機功能、適應人體特性、人機界面設計、作業空間的布置等方面履行安全人機工程學原則，提高機器的操作性能和可靠性，使操作者的體力消耗和心理壓力盡量降到最低，從而減小操作差錯。5設計控制系統的安全原則 機械在使用過程中，典型的危險工況有：意外啟動；速度變化失控；運動不能停止；運動機器零件或工件掉下飛出；安全裝置的功能受阻等。控制系統的設計應考慮各種作業的操作模式或采用故障顯示裝置，使操作者可以安全進行干預的措施，并遵循以下原則和方法： （1）機構啟動及變速的實現方式。機構的啟動或加速運動應通過施加或增大電壓或流體壓力去實現，若采用二進制邏輯元件，應通過由0狀態到1狀態去實現；相反，停機或降速應通過去除或降低電壓或流體壓力去實現，若采用二進制邏輯元件，應通過1狀態到0狀態去實現。 （2）重新啟動的原則。動力中斷后重新接通時，如果機器自發啟動會產生危險，就應采取措施，使動力重新接通時機器不會自行啟動，只有再次操作啟動裝置機器才能運轉。 （3）零部件的可靠性。這應作為安全功能完備性的基礎，使用的零部件應能承受在預定使用條件下的各種干擾和應力，不會因失效而使機器產生危險的誤動作。 （4）定向失效模式。這是指部件或系統主要失效模式是預先已知的，而且只要失效總是這些部件或系統，這樣可以事先針對其失效模式采取相應的預防措施。 （5）關鍵件的加倍（或冗余）。控制系統的關鍵零部件，可以通過備份的方法，當一個零部件萬一失效，用備份件接替以實現預定功能。當與自動監控相結合時，自動監控應采用不同的設計工藝，以避免共因失效。 （6）自動監控。自動監控的功能是保證當部件或元件執行其功能的能力減弱或加工條件變化而產生危險時，以下安全措施開始起作用：停止危險過程，防止故障停機后自行再啟動，觸發報警器。 （7）可重編程序控制系統中安全功能的保護。在關鍵的安全控制系統中，應注意采取可靠措施防止儲存程序被有意或無意改變。可能的話，應采用故障檢驗系統來檢查由于改變程序而引起的差錯。 （8）有關手動控制的原則： 手動操縱器應根據有關人類工效學原則進行設計和配置。 停機操縱器應位于對應的每個啟動操縱器附近。 除了某些必須位于危險區的操縱器（如急停裝置、吊掛式操縱器等）外，一般操縱器都應配置于危險區外。 如果同一危險元件可由幾個操縱器控制，則應通過操縱器線路的設計，使其在給定時間內，只有一個操縱器有效；但這一原則不能用于雙手操縱裝置。在有風險的地方，操縱器的設計或防護應做到不是有意識的操作不會動作。 操作模式的選擇。如果機械允許使用幾種操作模式以代表不同的安全水平（如允許調整、維修、檢驗等），則這些操作模式應裝備能鎖定在每個位置的模式選擇器。選擇器的每個位置都應相應于單一操作或控制模式。 （9）特定操作的控制模式。對于必須移開或拆除防護裝置，或使安全裝置的功能受到抑制才能進行的操作（如設定、示教、過程轉換、查找故障、清理或維修等），為保證操作者的安全，必須使自動控制模式無效，采用操作者伸手可達的手動控制模式（如止-動、點動或雙手操縱裝置），或在加強安全條件下（如降低速度、減小動力或其他適當措施）才允許危險元件運轉并盡可能限制接近危險區。6防止氣動和液壓系統的危險 當采用氣動、液壓、熱能等裝置的機械時，必須通過設計來避免與這些能量形式有