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淺談機(jī)械設(shè)計制造中的安全防護(hù)

文檔作者：程灝文檔來源：葛蘭素史克(天津)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月16日
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淺談機(jī)械設(shè)計制造中的安全防護(hù)
葛蘭素史克(天津)有限公司(300457) 程灝
【摘要】隨著我國生產(chǎn)制造業(yè)的自動化程度水
平的不斷提高，我國的機(jī)械設(shè)計水平已經(jīng)有了長足的進(jìn)
步，但是我國與發(fā)達(dá)國家的設(shè)備在安全方面的重視水
平，還是有很大差距的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)
步，人們對于安全的要求也有了新的認(rèn)識。介紹在實際
工作中對設(shè)備關(guān)于安全防護(hù)改造中總結(jié)出來的一些個人
見解。
【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計制造安全防護(hù)
一，前言
機(jī)械設(shè)計中的安全防護(hù)部分，個人認(rèn)為就像人類
生活的物質(zhì)需求與精神需求的關(guān)系，是相輔相成的，機(jī)
械設(shè)計是基礎(chǔ)，一旦人們的基本物質(zhì)需求得到滿足后就
會轉(zhuǎn)而追求更高層次的精神需求，這是人類社會發(fā)展的
一個必然階段也是我國機(jī)械設(shè)計日后的一個必然發(fā)展方
向。
設(shè)計是設(shè)備制造的基礎(chǔ)，如果能從設(shè)計階段就將
安全控制做到更好，會減少很多日后設(shè)備安全防護(hù)方面
改造的麻煩，也是設(shè)備成熟的一個重要表現(xiàn)。在國外現(xiàn)
在有一個比較超前的設(shè)備安全防護(hù)方面的提法，叫零介
入(Zero Access)。零介入的標(biāo)準(zhǔn)就是指操作人員在不
使用工具的情況下，不可能接觸到機(jī)器危險部位。這種
提法對我們當(dāng)前來說可能是難了一些，不過可以以其作
為方向。
二．安全防護(hù)的分類
1．機(jī)械防護(hù)
機(jī)械防護(hù)，從字面上就很好理解，就是指通過機(jī)
械方式進(jìn)行固定的機(jī)器保護(hù)，這種裝置使操作者在任何
時間都不能進(jìn)入危險區(qū)，如：各種機(jī)械設(shè)備的傳動帶、
明齒輪、帶輪以及飛輪等易傷人的零部件，都必須設(shè)計
安全防護(hù)罩或保護(hù)屏。在這里還要提一句的是， “存儲
的能量”是比較容易忽視的一個方面，其中主要包括勢
能(壓縮的彈簧、升起的重物、滑道的底部、沒有釋放
完全的壓縮空氣、殘存的化學(xué)制劑以及有毒有害氣體，
等等)。
機(jī)械防護(hù)常見的形式如下：
(1)防護(hù)網(wǎng)在設(shè)備的周圍(包括底部，底部也
是需要注意的地方，經(jīng)常會成為設(shè)計中容易忽略的死
角)。
(2)防護(hù)罩其實就是現(xiàn)在所說的設(shè)備外殼，一
般不經(jīng)常進(jìn)行拆卸的位置，用來保護(hù)設(shè)備的主體，主驅(qū)
動部分以及電氣控制部分，起到設(shè)備防護(hù)及外表美觀的
作用，通常都是使用金屬材質(zhì)，易生銹金屬還會做防腐
涂漆處理，有時還會在上面做些設(shè)備的商標(biāo)圖案等。不
過在國外的機(jī)械設(shè)計里面，已經(jīng)開始有用到透明材料制
作防護(hù)罩的了，目的是為了在設(shè)備運(yùn)行中方便檢修人員
在不拆卸防護(hù)罩的情況下可以直接看到設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)
情況，大大降低了在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部檢查的
風(fēng)險。這方面可以借鑒。
(3)防護(hù)門在設(shè)備運(yùn)行中還是難免會有需要操
作人員進(jìn)行介入?yún)⑴c的時候，防護(hù)門一般設(shè)置在人員操
作參與較多的地方，高度及外形尺寸需要考慮到人員介
入的方便以及可操作性。在機(jī)械設(shè)計中考慮到尺寸、空
間要求以及操作方便等方面，可以設(shè)計為推拉式、折疊
式、提升式、側(cè)滑軌道式以及卷簾門式，等等。
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醫(yī)o藥M 禽朋品M遁眥廂眥祝一 稅州 G脅M州
萬方數(shù)據(jù)
～GM醫(yī)藥／食品通用機(jī)械
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(4)伸縮式防護(hù)柵及防護(hù)帶一般用于需要經(jīng)常
進(jìn)行調(diào)節(jié)或者運(yùn)動部件的近距離保護(hù)。特點是可伸縮，
軟性材質(zhì)。
(5)衍生的防護(hù)措施防護(hù)桿及防護(hù)繩等一些衍
生的防護(hù)措施，根據(jù)設(shè)備的實際情況進(jìn)行簡單的控制，
盡量做到美觀實用。
在零介入里面的對于機(jī)械防護(hù)的距離限制的數(shù)據(jù)
(見下表)，供大家參考。
機(jī)械防護(hù)的距離限制(I’¨-?：llllll)
——1再而r—廠
——1面i礦—_廣
2．電氣類防護(hù)
電氣類防護(hù)是指一種機(jī)械的、電氣的、氣動的或
者幾種相結(jié)合的防護(hù)裝置，有相應(yīng)的控制信號串接在設(shè)
備的控制回路中(部分高風(fēng)險的設(shè)備，控制點會被設(shè)計
在主電源控制回路中)，只有當(dāng)它被觸發(fā)或屏蔽掉時，
設(shè)備控制系統(tǒng)才能再次有效從而控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。
電氣類防護(hù)的設(shè)計，主要是安全防護(hù)類控制開關(guān)
與設(shè)備的機(jī)械設(shè)計的整合，需要考慮到靈活、方便、美
觀、壽命長、易操作、成本低以及易實現(xiàn)等各方面。對
設(shè)計人員是一個不小的考驗考驗。
當(dāng)前主要使用的安全類防護(hù)開關(guān)有：
(1)急?？刂瓢粹o俗稱蘑菇頭按鈕，通常為紅
色，帶自鎖功能，需要人工手動進(jìn)行復(fù)位。也是當(dāng)前機(jī)
械設(shè)計中，安全設(shè)計部分使用最多的。這里主要提的一
點就是，通常我國的中小型機(jī)械設(shè)計中，安全控制按
鈕的使用數(shù)量在3個以內(nèi)，大多是出于對成本及日后故
障率的考慮，但是如果從安全角度考慮，還是在設(shè)備容
易出現(xiàn)問題、進(jìn)行檢修的位置都安裝一個更好。
(2)限位開關(guān)限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，可以安
裝在相對靜止的物體(如固定架、門框等，簡稱靜物)
上或者運(yùn)動的物體(如橋式起重機(jī)、門等，簡稱動物)
上。當(dāng)動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引
起閉合的接點分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點閉合?？梢杂糜谠O(shè)備
的安全門位置檢測，有存儲能量工位的安全位置檢測
等。
(3)安全光柵光電安全裝置通過發(fā)射紅外線，
產(chǎn)生保護(hù)光幕，當(dāng)光幕被遮擋時，裝置發(fā)出遮光信號，
68然器然：嘶年秈
控制具有潛在危險的機(jī)械設(shè)備停止工作，避免發(fā)生安全
事故。
(4)安裝光電安全保護(hù)裝置可以有效地避免安
全事故的發(fā)生，避免操作工人及第三方的危險，減少事
故綜合成本，有利于公司自身、操作工人及社會。
1)對于滑塊能在行程的任意位置制動停止的壓力
機(jī)，可實現(xiàn)全程保護(hù)，或與凸輪開關(guān)配合，實現(xiàn)30。～
180。行程的保護(hù)。
2)對于滑塊不能在行程的任意位置制動停止的壓
力機(jī)，只能在單次工作時實現(xiàn)上死點保護(hù)，即上一行程
結(jié)束后，下一行程尚未起動，如果光電保護(hù)裝置處于遮
光狀態(tài)，下一行程無法起動(必須保證足夠的安全距
離)。
3)該裝置主要應(yīng)用于鍛壓機(jī)械設(shè)備上。
4)用于工業(yè)機(jī)械手、注塑機(jī)、包裝設(shè)備、切紙機(jī)
械、壓濾機(jī)、自動化設(shè)備以及焊裝流水線。
(5)安全磁開關(guān)非接觸式磁性安全開關(guān)是可靠
的安全門監(jiān)控，用于安全位置監(jiān)控、門鎖，用于安全門
的安全、完整的解決方案和移動安全設(shè)備磁性安全門鎖
方案。
(6)雙手控制盒用于設(shè)備的人工點動操作，為
了避免人為出現(xiàn)一手點動一手進(jìn)行設(shè)備操作的情況所設(shè)
計，只有當(dāng)兩手同時進(jìn)行操作控制盒才能有效控制設(shè)備
的點動運(yùn)行，簡單有效。
可選擇的安全控制防護(hù)開關(guān)還有：安全門鎖開
關(guān)、安全模塊、跑偏開關(guān)、腳踏開關(guān)、拉線開關(guān)、區(qū)域
控制傳感器以及安全地毯等。
三．機(jī)械設(shè)計制造中安全防護(hù)的發(fā)展方向
1．自動化程度提高
自動化程度的提高是機(jī)械設(shè)備設(shè)計的必然發(fā)展方
向，自動化水平的提高從另外一方面來說也可大大減少
操作工人的數(shù)量，同時也可以大大減少在危險環(huán)境對人
工使用的依賴，從而在根本上減少了人員受傷害的風(fēng)
險。
2．智能化
智能化是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的方向，隨著智能控制系
統(tǒng)的發(fā)展，智能控制系統(tǒng)的價格會越來越低，集成度會
越來越高，同時穩(wěn)定性會越來越好，在以后的機(jī)械設(shè)計
中必然會大量使用智能化控制系統(tǒng)，將設(shè)備的安全防護(hù)
萬方數(shù)據(jù)
與智能控制系統(tǒng)的結(jié)合也會越來越簡單方便。
3．多功能化及模塊化
多功能化就是計算機(jī)系統(tǒng)所操作的機(jī)械設(shè)備所能
處理的問題和領(lǐng)域越來越多，能應(yīng)用于各個不同的行業(yè)
領(lǐng)域當(dāng)中以及不同的管理崗位及不同的生產(chǎn)線上，安全
控制、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)控制以及電源等各種模塊的組
合、拼接可實現(xiàn)全面的設(shè)備控制功能。
4．網(wǎng)絡(luò)化
隨著全球信息化的深入，機(jī)械自動化的發(fā)展將融
入更多新技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)
將原來散落的工作狀態(tài)和落后的單機(jī)技術(shù)，通過聯(lián)網(wǎng)、
斷口通信等技術(shù)改良，網(wǎng)絡(luò)連接可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人
化操作。
5．微型化
隨著機(jī)械硬件技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在硬件的集成度越
來越高，機(jī)械自動化向微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢明顯，計算
機(jī)控制系統(tǒng)以及機(jī)械設(shè)備的體積就會越來越小。機(jī)械設(shè)
備雖然縮小，但是其功能無一不全，生產(chǎn)技術(shù)反而會更
加精確；同時也減少了企業(yè)工廠用地，節(jié)約了企業(yè)土地
資源。
四，結(jié)語
我國機(jī)械設(shè)計制造的安全防護(hù)設(shè)計，不僅要總結(jié)
經(jīng)驗、汲取教訓(xùn)，還要借鑒世界先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，尋找高
效率、低成本的設(shè)計技術(shù)。注重操作安全的同時兼顧設(shè)
備的成本控制、易操作、可實現(xiàn)和簡單實用的原則，才
能將設(shè)備的安全防護(hù)真真切切運(yùn)用到實際中來。
參考文獻(xiàn)
【1】周文豪．機(jī)械設(shè)計制造及其自動化發(fā)展方向的研究
【J】．科技與企業(yè)，2013(7)．GM
(收稿日期：2016／03／25)
(上接第48頁)
0-5mm。并使指示螺栓與支架槽外固定指示牌“O“和
“S”在啟閉時重合。
四、柱塞(下閥桿)強(qiáng)度校核
通過受力分析可知，柱塞在啟閉過程中受拉、壓
應(yīng)力，其中壓應(yīng)力由于需要克服介質(zhì)作用力，要大干拉
應(yīng)力，這里只對壓應(yīng)力盯。進(jìn)行校核。
壓應(yīng)力
盯Y=Fz慨(1)
式中兄——關(guān)閉時閥桿總軸向力，單位為N；
．乳——柱塞最小處截面積，單位為mln2。
Ft=F娥一F時F寸Fc 02、
氐=丌／4擴(kuò)(3)
‰=丌／4D2p (4)
凡c=丌D幻M靠(5)
n=≯DbTp (6)
Fc=Fz尺FM／L先(7)
式中d__一柱塞最小處截面直徑，單位為mm；
‰——介質(zhì)作用力，單位為N；
肛一柱塞直徑，單位為mm； 廣計算壓力，等于公稱壓力，單位為MPa；
氏廠柱塞密封圈摩擦力，單位為N；
卜密封圈的寬度，單位為mm；
qM廠密封面必需比壓，單位為MPa；
^——密封圈摩擦因數(shù)，PTFE取0．05；
，T——柱塞與填料摩擦力，單位為N；
≯——填料系數(shù)；
圻——填料寬度，單位為mm；
R一指示螺栓與支架摩擦力，單位為N；
尺FM——螺紋摩擦半徑，單位為mrll；
￡——指示螺栓支撐點至閥桿中心距離，單位為
mlTl；
五——螺栓滑動軸承摩擦因數(shù)。
材料的許用應(yīng)力為【盯]，如果計算得出盯，≤[盯]，
則閥桿強(qiáng)度合格。
五、結(jié)語
通過對國外進(jìn)口類似閥門進(jìn)行分析研究，結(jié)合國
內(nèi)生產(chǎn)工藝和使用情況，開發(fā)出的新型柱塞閥在國內(nèi)某
煉油企業(yè)投入使用，徹底解決了密封圈使用壽命短、密
封不嚴(yán)等問題，完全可以代替進(jìn)1：1產(chǎn)品，實現(xiàn)以國代
進(jìn)。GM (收稿日期：2016／03／25)
2016年繃黑cty用ix鼉CO簟Ill 69 第6期www． V■
醫(yī)。藥w 鱸M遼刪．用心規(guī)九稅州 G脅 M董．
萬方數(shù)據(jù)

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