机械设计与安全设计的探究

机械设计与安全设计的探究

陈程浩

关键词：机械设计；安全设计

引言

机械是现代化生产中各行各业不可缺少的生产设备，从机械的发展历史看，机械是用来代替人的劳动，目前已从简单的工具发展到完全自动化的机械。在生产的人机环境系统中，机械与人相比有许多人所不可能具备的优点：提高劳动生产率、能量大、功率大、精度高、灵敏度好、耐用性强、可靠性高、运转速度快、适应性强等。

一、家电安全防护设计原则

（1）家电安全设计不仅要注意正常的使用状态，还需预估可能发生的故障问题、可能的误用状况及外在环境对产品的影响。

（2）假设消费者并未接受任何有关辨识产品危险的训练，随时可能接触产品的危险部位，因此须透过警告卷标或使用说明书，告知消费者正确的使用方法及可能因误用而引发的危险。

（3）考虑产品维修人员可能接触的范围，必须在维修手册中标明产品应先去除电气及机械危害后，才可进行维修，同时标明维修人员必须具备的防护器具，并于产品的明显位置加上警告卷标。

二、电器产品潜在危险的防护措施

2.1触电的防护触电是因电流流经人体而产生，对人的生理机能影响可依电流量、时间、及流经人体的路径而定。触电可能产生的原因包括使用者接触危险电压的裸露部位、零件之间的绝缘失效、或使用者会接触的绝缘失效。

预防触电的方法：

提供基本的绝缘，并将可接触到的导线及线路接地。（2）使用可靠的固定或锁定的外壳，及安全内断开关等。（3）提供过电流保护。（4）在零件间提供接地的金属保护幕、或在零件间提供双层或增强的绝缘。（5）使用者可碰触部位的绝缘必须通过机械强度及耐高压测试。

检测方式：可利用漏电电流测试仪及耐压测试仪来测量与触电有关的漏电电流及绝缘效果。

2.2能量危险的防护能量危险的产生可能是经由高电流供应器、或高电容线路的相邻端短路所引起，可造成燃烧、电弧、或热融化的金属喷出。

预防能量危险的方法：采用隔离、防护罩、或提供安全内断开关等。能量检测方式：可藉异常操作测试及零件短路测试来判断。

2.3火灾的防护产品在正常操作下，或由于过负载、零件失效、绝缘失效、接头松脱等情况而产生超过材料或零件所能正常承受的温度，均可能导致火灾的发生，因此产品设计须预防内部过温的发生。

预防火灾的方法：（1）提供产品的过电流保护。（2）依产品实际用途，采用适当的防火材料。（3）选择适当的零附件及物料，以避免因高温造成的火灾意外。（4）使用防护燃烧性物料，将之与起火源隔离。（5）使用适当防火外壳，以阻绝或避免产品内部起火时所产生的火源扩散。

火灾检测方式：可藉温升测试、异常操作测试及零件短路测试判断产品出现过温时，是否会造成危险。

2.4高温的防护产品正常操作时所产生的高温，可能会导致使用者接触高热部位时造成灼伤、并使产品降低绝缘功能及关键零件的安全性、及点燃产品的易燃性液体或气体。

预防高温的方法：（1）在使用者可接触的产品区域，采取避免产生高温的措施。（2）避免温度超过液体的燃点。（3）若接触热区域是无法避免的话，则必须加上警告使用者的卷标。

高温的检测方式：可藉温升测试仿真可能发生的最坏状况，以进一步判断是否会造成危险。

2.5机械危险的防护机械危险的来源包括产品的尖锐边缘及边角、具潜在性危险的移动或旋转零件、不稳定的产品装备、及由破裂零件所飞出的物体等。

预防机械危险的方法：（1）将产品的尖锐边缘及边角磨圆。（2）产品外部提供遮蔽措施。（3）安全内断开关的设计。（4）无支撑的产品部分必须有充分的稳定性。（5）若无法避免使用者的接触，必须提供警告卷标。

机械危险的检测方式：可藉由结构检查、正常操作测试、异常操作测试及零件短路测试来判断产品的危险程度

三、机械设计与安全设计

3.1安全评价

（1）风险评价要素

①评估可能伤害的严重度。可通过伤害范围、伤害限度、伤害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。

（2）风险评价的定性方法

风险要素评估完成后，需对机器进行危险评价，以确定机器是否达到安全要求。

（3）综合运用各种系统安全分析和评价方法

从分析数理角度出发，这些方法可分为定性分析和定量分析。从分析的逻辑观点出发，又可分为归纳法和演绎法。按系统寿命周期的时间进程，这些系统安全分析方法之间互有联系，各有利弊。

3.2机械安全设计

（1）结构安全设计

①使机器外观达到本质安全的结构设计，在不影响正常功能实现、使用的情况下，凡人体易接近的机械外形结构应平整光滑、不应有易引起损伤的锐角、尖角、突出物、粗糙表面等。

②使机器有关运动参数达到安全设计；直线运动部件之间或直线运动部件与静止部件之间的距离，必须符合有关安全距离的规定，应保证不该通过的身体部位不能通过。限制操作力、运动件的质量和速度、往复运动件的运动距离与加速度、机器的噪声和振动、机器的表面温度等。

③合理规定和计算零部件的强度和应力；

④合理选用材料；

⑤选用本质安全技术和动力源；使机器与所有动力源或其他供给断开。断开必须做到既可见，又能通过允许检查断开装置上操纵器的位置而确认，还必须明确表示出机器的那些部分已被断开。如果需要，将所有切断装置锁定在“断开”位置。机械的动力源不管什么原因中断或波动后，要重新建立时不得导致危险状态。

⑥应用强制机械作用原则；

⑦应用人机工程原则；

⑧应用人类工效学原则；

⑨使机器的调整、维修点位于危险区外。

（2）安全防护措施的选用与设计，对通过合理的结构设计仍不能避免或充分减小的风险，应合理选用和设计安全装置和防护装置进行防护。

（3）提供充分的安全使用信息对通过合理结构设计和采用安全防护措施都无法消除或充分减小的那些遗留风险，应通过提供安全使用信息的方式通知和警告用户和使用者，使他们在使用机器时采取相应的补救安全措施。

结束语：机械安全设计作为现代设计方法的重要组成部分，随着先进制造技术的推动和市场对机械产品需求的多样化，逐步形成以系统工程理论为指导，以基础科学、工程技术及管理科学构成的多层次的安全科学。因此，重视机械的安全性十分重要。

参考文献

[1]李秀莲.机械设计课程改革的探讨[J].农机化研究，2010.

[2]李慧.机械设计课程设计改革与探索[J].中国包装工业，2012.