機(jī)械設(shè)備的安全設(shè)計
為了保證安全生產(chǎn),必須根據(jù)對機(jī)械設(shè)備的安全要求,進(jìn)行安全設(shè)計。在設(shè)計階段采取本質(zhì)安全的技術(shù)措施。本質(zhì)安全是指一般水平的操作者在判斷錯誤和誤操作的情況下,生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備仍能保證安全。
一、設(shè)備安全設(shè)計的主要內(nèi)容
1.設(shè)備本質(zhì)安全的意義
“安全第一、預(yù)防為主”的方針體現(xiàn)在當(dāng)安全和生產(chǎn)發(fā)生矛盾時,安全是第一位的。所有機(jī)械設(shè)備必須符合安全使用要求,在設(shè)備的使用壽命期內(nèi)保證操作者的安全。應(yīng)該要求操作者正確操作,但是把希望完全寄托在操作者的正確操作是危險的,必須使設(shè)備本身達(dá)到本質(zhì)安全。在設(shè)計階段必須考慮各種因素。經(jīng)過綜合分析,正確處理設(shè)備性能、產(chǎn)量、效率、可靠性、實用性、先進(jìn)性、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性和安全性之間的關(guān)系。其中安全性是必須首先考慮的。
不安全的設(shè)計會導(dǎo)致不必要的傷害和事故。最好的辦法是采納使用單位包括操作者的建議,不斷改進(jìn)設(shè)計,提高設(shè)備的安全性。安全設(shè)計的目標(biāo)是產(chǎn)品100%達(dá)到質(zhì)量要求,具有100%可靠性和100%的操作維修安全性。本質(zhì)安全的設(shè)備具有高度的可靠性和安全性,可以杜絕或減少傷亡事故,減少設(shè)備故障,從而提高設(shè)備利用率,實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
2.設(shè)備本質(zhì)安全的指導(dǎo)思想
根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備安全設(shè)計的基本要求和制定安全技術(shù)措施的基本原則,為了實現(xiàn)設(shè)備的本質(zhì)安全,可以從三方面入手:
(1)設(shè)計階段。采用技術(shù)措施來消除危險,使人不可能接觸或接近危險區(qū),如在設(shè)計中對齒輪采用遠(yuǎn)距離潤滑或自動潤滑,即可避免因加潤滑油而接近危險區(qū);將危險區(qū)安全封閉;采用安全裝置;實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等;這些都是設(shè)計階段應(yīng)該解決的。
(2)操作階段。建立有計劃的維護(hù)保養(yǎng)和預(yù)防性維修制度;采用故障診斷技術(shù),對運行中的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測;避免或及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障;對安全裝置進(jìn)行定期檢查,保證安全裝置始終處于可靠和待用狀態(tài);提供必要的個人防護(hù)用品等。
(3)管理措施。指導(dǎo)機(jī)械的安全使用,向用戶及操作人員提供有關(guān)設(shè)備危險性的資料、安全操作規(guī)程、維修安全手冊等技術(shù)文件;加強(qiáng)對操作人員的教育和培訓(xùn),提高工人發(fā)現(xiàn)危險和處理緊急情況的能力。
上述三方面中,設(shè)計階段所應(yīng)采取的措施是主要的。后兩方面的措施只是補(bǔ)充。
二、本質(zhì)安全的主要措施。
1.本質(zhì)安全的目的
本質(zhì)安全是指操作失誤時,設(shè)備能自動保證安全;當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時,能自動發(fā)現(xiàn)并自動排除,能確保人身和設(shè)備安全。為使設(shè)備達(dá)到本質(zhì)而進(jìn)行的研究、設(shè)計、改造和采取各種措施的最佳組合,都稱為本質(zhì)安全化。
本質(zhì)安全化的目的是:運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),特別是安全科學(xué)的成就,從根本上消除能形成事故的主要條件;如果暫時達(dá)不到時,則采取兩種或兩種以上的相對安全措施,形成最佳組合的安全體系,達(dá)到最大限度的安全。同時盡可能采取完善的防護(hù)措施,增強(qiáng)人體對各種危害的抵抗能力。本質(zhì)安全化強(qiáng)調(diào)先進(jìn)技術(shù)手段和物質(zhì)條件在保障安全生產(chǎn)中的重要作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,設(shè)備本質(zhì)安全化程度也會不斷提高。不會停留在現(xiàn)有的水平上。
2.本質(zhì)安全化的主要內(nèi)容
設(shè)備的本質(zhì)安全措施可以通過設(shè)備本身和控制器的安全設(shè)計來實現(xiàn)。
(1)本質(zhì)安全化的基本思路。
①從根本上消除發(fā)生事故的條件。這是最理想的措施。許多機(jī)械事故是由于人體接觸了危險點,如果將危險操作采用自動控制,用專用工具代替人手操作,實現(xiàn)機(jī)械化等都是保證人身安全的有效措施。
②設(shè)備能自動防止操作失誤和設(shè)備故障。操作失誤是操作人員違反操作規(guī)程的行為,設(shè)備故障是設(shè)備或其零、部件的功能受到損傷或破壞,以致不能正常運轉(zhuǎn)而使其技術(shù)性能下降甚至完全喪失。這些現(xiàn)象在生產(chǎn)中是難以完全避免的。因此設(shè)備應(yīng)有自動防范措施,以避免發(fā)生事故。這些措施應(yīng)能達(dá)到:即使操作失誤,也不會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生事故;即使出現(xiàn)故障,應(yīng)能自動排除,切換或安全停機(jī);當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時,不論操作人員是否發(fā)現(xiàn),設(shè)備應(yīng)能自動報警,并作出應(yīng)急反應(yīng),更理想的是還能顯示設(shè)備發(fā)生故障的部位。
(2)常用的措施。
⑴采用機(jī)械化、自動化和遙控技術(shù)。這是消除危險因素和人接觸最佳方案。機(jī)械的可靠性一般比人的可靠性高,人易受生理、心理以及外界因素的影響,一般認(rèn)為的人失誤率在1%以上。設(shè)計優(yōu)良的機(jī)械,其故障率至少在0.1%以下,使用可靠性高的零、部件,機(jī)械的故障率可達(dá)到0.01%。采用機(jī)械化、自動化和遙控技術(shù)代替人的手工操作,是提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強(qiáng)度,減少設(shè)備故障率,防止錯誤操作,保證操作者安全和設(shè)備安全最有效的措施。尤其適用于危險作業(yè)和在惡劣的作業(yè)環(huán)境中代替人進(jìn)行操作。
⑵采用可靠性設(shè)計,提高機(jī)械設(shè)備的可靠性。
⑶采用安全防護(hù)裝置。當(dāng)無法消除危險因素時,采用安全防護(hù)裝置隔離危險因素是最常用的技術(shù)措施。帶有聯(lián)鎖裝置的防護(hù)罩是最好的本質(zhì)安全措施。
⑷安裝保險裝置,保險裝置又叫故障保險裝置。這種裝置的作用與安全防護(hù)裝置稍有不同。它能在設(shè)備產(chǎn)生超壓、超溫、超速、超載、超位等危險因素時,進(jìn)行自動控制并消除或減弱上述危險。安全閥、單向閥、超載保護(hù)裝置、限速器、限位開關(guān)、爆破片、熔斷器、保險絲、力矩限制器、極限位置限制器等都是常用的保險裝置。
⑸采用自監(jiān)測、報警和處理系統(tǒng)。利用現(xiàn)代化儀器儀表對運行中的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測和故障診斷。當(dāng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時,能自動報警,發(fā)出聲、光報警信號,并且動作出應(yīng)急反應(yīng),如自動停機(jī)、自動切換到備用設(shè)備等。
⑹采用冗余技術(shù)。冗余技術(shù)是可靠性設(shè)計常采用的一種技術(shù),即在設(shè)計中增加冗余元件或冗余(備用)設(shè)備,平時只用其中一個,當(dāng)發(fā)生事故時,冗余設(shè)備或冗余元件能自動切換。
⑺采用傳感技術(shù) 在危險區(qū)設(shè)置光電式、感應(yīng)式、壓力傳感式傳感器,當(dāng)人進(jìn)入危險區(qū),可立即停機(jī),終止危險運動。
⑻安裝緊急停車開關(guān)。
⑼向操作者提供機(jī)械關(guān)鍵安全功能是否正常(設(shè)備的自檢功能)的信息。
⑽設(shè)計程序聯(lián)鎖開關(guān)。設(shè)計對出現(xiàn)錯誤指令時,禁止啟動的操縱器。這些關(guān)鍵程序只有在正常操作指令下才能啟動機(jī)械。
⑾配備使操作者容易觀察的,能顯示設(shè)備運行狀態(tài)和故障的顯示器。
⑿采用多重安全保障措施。對于危險性大的作業(yè),要求設(shè)備運行絕對安全可靠。為了防止出現(xiàn)故障和發(fā)生誤操作,應(yīng)采用雙重或多重安全保障措施,使設(shè)備運行萬無一失。
二、可靠性設(shè)計
1.可靠性技術(shù)和可靠性設(shè)計
設(shè)備在規(guī)定的時期內(nèi),在規(guī)定的條件下,完成規(guī)定功能的能力稱為設(shè)備的可靠性??煽啃约夹g(shù)已成為提高使用壽命、減少設(shè)備故障、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要手段??煽啃约夹g(shù)和安全技術(shù)有密切的關(guān)系,但兩者又不完全相同。
許多可靠性技術(shù)采用的方法已被安全技術(shù)所采用,許多基本概念也用到安全技術(shù)和安全管理上。安全技術(shù)所用到的事故樹分析(FTA)就是沿用可靠性工程的故障樹分析方法。故障模式影響分析(FMEA)和故障模式影響及危害度分析(FMECA)也是可靠性工程的重要方法。安全技術(shù)措施有許多也是可靠性技術(shù)常用到的措施。因此,可以說安全技術(shù)的基礎(chǔ)是可靠性技術(shù)。但是可靠性技術(shù)不能完全代替安全技術(shù)。可靠性技術(shù)只能解決物質(zhì)條件的安全,安全技術(shù)還要解決操作設(shè)備的人的安全。當(dāng)然如果沒有可靠性技術(shù)提供物質(zhì)保證,安全技術(shù)也是無能為力的。設(shè)備的本質(zhì)安全在很大程度上要依靠可靠性技術(shù)。
可靠性設(shè)計是設(shè)備安全設(shè)計的重要內(nèi)容。任何設(shè)備都必須具備一定的工作性能,要求使用方便、容易維修、經(jīng)久耐用。在設(shè)計時,應(yīng)該綜合考慮下列因素:
(1)經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備用途和使用條件;
(2)設(shè)備設(shè)計的復(fù)雜性和成熟程度;
(3)設(shè)備制造時的復(fù)雜性和難度;
(4)設(shè)備結(jié)構(gòu)上不出現(xiàn)故障,即“結(jié)構(gòu)可靠性”高;
(5)精度滿足使用要求,即“使用可靠性高”;
(6)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力高,即設(shè)備的可靠性高。這個時期的使用壽命(無故障工作時間),在可靠性工程中稱為“保險期”,要求使用壽命長;
(7)設(shè)備有效性高,即故障率低;
(8)維修性高,出了故障能很快發(fā)現(xiàn)并容易排除故障;
(9)對設(shè)備安全性的要求。
后6個因素都與設(shè)備的可靠性有關(guān)。
2.可靠性設(shè)計的基本知識
(1)可靠性設(shè)計的意義。
可行性設(shè)計是可靠性工程的重要組成部分。這里只介紹與機(jī)械安全有關(guān)的基本知識,以便設(shè)備管理人員、安全工作人員能運用所介紹的知識在工作中正確地處理下列問題:
①比較和選擇可靠性高的設(shè)備;
②對設(shè)備故障進(jìn)行記錄、分析,研究故障機(jī)理,隨時將故障資料反饋給設(shè)備設(shè)計、制造單位,以便改進(jìn)設(shè)計和提高制造質(zhì)量,從而提高設(shè)備的可靠性;
③針對現(xiàn)有設(shè)備在運行中暴露出來的不安全因素,在現(xiàn)有設(shè)備上設(shè)計一些簡單易行、可靠的安全裝置,以確保設(shè)備的安全運行;
④指導(dǎo)制訂提高可靠性、維修性的方案。
(2)可靠度和故障率。
①可靠性和可靠度??煽啃允窃u價設(shè)備在使用壽命期內(nèi)可信賴程度的指標(biāo)。是指設(shè)備在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力。而設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率為可靠度。可以用可靠度對設(shè)備的可靠性進(jìn)行具體的試驗、測量和比較,也就是可以對可靠性進(jìn)行定量的測定和衡量,并加以表示。
a可靠度研究的對象 可靠度研究的對象可以是一個系統(tǒng)、一臺設(shè)備或其中一個零件。設(shè)備是由千百個零件組成的,如果其中一個零件出現(xiàn)故障,有可能使整個設(shè)備出現(xiàn)故障;因此研究設(shè)備可靠度要從研究零件入手。
b規(guī)定的條件 包括設(shè)備所處的作業(yè)環(huán)境、使用條件和維修條件。
作業(yè)環(huán)境:溫度、濕度、壓力、振動、沖擊、粉塵、日曬、雨淋等;
使用條件:負(fù)荷大小和性質(zhì),操作人員的技術(shù)水平等;
c規(guī)定的時間隨著設(shè)備使用時間的延長、零部件的磨損、材料的腐蝕老化而使性能下降,可靠性也將下降,因此可靠性是時間的函數(shù)。使用時間不同的設(shè)備,其可靠性是不能等價比較的。規(guī)定的時間一般應(yīng)以能達(dá)到以最少修理費用和停工損失來確定,如機(jī)床一般選定為兩次計劃修理之間的時間(無故障工作時間)
d規(guī)定的功能 指既有明確的功能指標(biāo),如功率、流量、速度等,又有明確的失效(出現(xiàn)故障、不能正常工作)界限,如設(shè)備質(zhì)量下降到制造時質(zhì)量的百分之幾就應(yīng)報廢等。
②故障和故障率。故障表示設(shè)備處于不正常狀態(tài)。設(shè)備在投入使用和運行過程中,由于某種原因,使設(shè)備或其零、部件喪失了其規(guī)定功能的事件稱為故障。由此可見,可靠性和故障是反映設(shè)備運行正反兩個方面的狀態(tài)。
故障率是指在任意給定的時間內(nèi),設(shè)備或零件出現(xiàn)故障的概率以λ表示。隨著時間延長,故障率增加。
③零件可靠度與設(shè)備可靠度
的關(guān)系。一臺設(shè)備是由許多零、部件組成的,設(shè)備有兩種構(gòu)成方式;串聯(lián)和并聯(lián)。
a串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備。這種設(shè)備工作時,其組成部分需要同時工作。在串聯(lián)設(shè)備中,任何一個零件失效,整個設(shè)備就無法工作。因此,為了使設(shè)備不出現(xiàn)故障,要求所有零件在同一時間內(nèi)都不能出現(xiàn)故障。
整個設(shè)備的可靠度要由全部零件不發(fā)生故障來保證,因此整個設(shè)備的可靠R應(yīng)該是構(gòu)成該設(shè)備的所有零、部件的可靠度的乘積。設(shè)備的可靠度不可能高于其最差零件的可靠度,即設(shè)備的可靠度受所使用零件中可靠底最低零件的制約。舉例說明,一臺設(shè)備由n個零件組成,則其可靠度為
R=R<sub>1</sub>R<sub>2</sub>R<sub>3</sub>……R<sub>n</sub>
由上式可見,不管使用的其他零件可靠度多高,只要其中有一個零件可靠度很低,該設(shè)備的可靠度就不會高。即使所有零件的可靠度都很高,也只能接近1,不可能等于1。隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,零件數(shù)量增加,整個設(shè)備的可靠度要降低。因此,可靠性技術(shù)的關(guān)鍵是提高零件的可靠度和盡量減少設(shè)備的零件數(shù)。設(shè)計人員應(yīng)選用可靠度高的零件和簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)來提高設(shè)備的可靠度。
b并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備。只有各組成部分的零件都出現(xiàn)故障,整個設(shè)備才會出現(xiàn)故障,由于可靠度和故障率的關(guān)系是
R=1-λ
對并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備,設(shè)備故障率為
λ=λ<sub>1</sub>λ<sub>2</sub>λ<sub>3</sub>……λ<sub>n</sub>
R =1-(1-λ<sub>1</sub>)(1-λ<sub>2</sub>)(1 -λ<sub>3</sub>)……(1 -λ<sub>n</sub>)
由于可靠度<1,上式表明,設(shè)備的可靠度大于任一構(gòu)成零件的可靠度。
在設(shè)計時,只要有可能,采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)備有利于提高設(shè)備的可靠度。
3.可靠性設(shè)計
可靠性設(shè)計是用最少的費用,設(shè)計出可靠性高的設(shè)備。除了主要依靠設(shè)計人員外,生產(chǎn)、維修、質(zhì)量管理及使用人員都應(yīng)該對設(shè)備質(zhì)量提出意見和建議。設(shè)計人員在綜合各方面有關(guān)設(shè)備性能、可靠性、安全性等技術(shù)資料的基礎(chǔ)上,在設(shè)計階段作好提高可靠性、發(fā)現(xiàn)和預(yù)防各種危險因素的工作。
設(shè)備可靠度分為固有可靠度和使用可靠度。固有可靠度是指設(shè)計時確定的目標(biāo)值、預(yù)測值或用可靠性試驗確認(rèn)的特征量。使用可靠度是指設(shè)備設(shè)計后,經(jīng)過制造、組裝、運輸、貯存、安裝、調(diào)試、使用、維修等實際使用過程中達(dá)到的可靠度。由于受各種條件的制約,使用可靠度要低于固有可靠度。
(1)提高使用可靠度。為了保證必要的使用可靠度,設(shè)計人員必須使設(shè)計出來的設(shè)備容易操作,最大限度地減輕操作者的體力和腦力消耗以及精神緊張狀況,使操作者能以充沛的精力進(jìn)行勞動,并容易維修,這是提高設(shè)備可靠性的重要條件。
使用單位最關(guān)心的是設(shè)備應(yīng)具有一定的可靠性的維修性,要求設(shè)計和制造單位提供本質(zhì)安全的設(shè)備,從根本上來保證安全生產(chǎn)。如果設(shè)備先天不足,可靠性低,要靠使用和維修中另加防護(hù)裝置或采取其他措施來預(yù)防事故,來提高使用可靠性,無論從安全方面和經(jīng)濟(jì)方面來說都是事倍功半的。另加的安全裝置可能會影響或破壞設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能。因此最好的辦法是在設(shè)計階段提高設(shè)備的可靠性。
(2)可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容。
①確定合理的安全系統(tǒng)。安全系數(shù)是指零件理論承載能力與實際承受負(fù)荷之比。為了使構(gòu)件可靠地工作,理論計算強(qiáng)度應(yīng)大于實際負(fù)荷,其余量就是由安全系數(shù)決定的。在確定安全系數(shù)時,既要考慮環(huán)境溫度、濕度振動、沖擊等條件和使用中超負(fù)荷、誤操作的后果,保證零部件在使用中不發(fā)生永久變形、疲勞損傷、蠕變等缺陷,還要考慮所付出的經(jīng)濟(jì)代價是否合算。應(yīng)該選擇用最低的費用就能保證設(shè)備性能的安全系數(shù)。通過選擇合理的結(jié)構(gòu)形式,可以少用材料而能大大提高零件的剛性;設(shè)計合理的機(jī)構(gòu)可以使零部件的負(fù)荷分布合理,以達(dá)到變形小,磨損均勻,盡量減少零件變形、磨損對設(shè)備輸出參數(shù)的影響等,都可以增加零件所允許承受的負(fù)荷。安全系數(shù)過高,不但用料多、設(shè)備重、成本增加,而且可能增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
②冗余設(shè)計(貯備設(shè)計)。冗余技術(shù)是設(shè)備所包含的為完成規(guī)定功能所必不可少的組成部分元件的成分(包括硬件或軟件)。當(dāng)冗余為硬件時也稱貯備。在設(shè)計中,除必要的零、部件外,還可額外附加一套備用零件或備用機(jī)構(gòu),當(dāng)設(shè)備個別零件、部件出現(xiàn)故障時,整個設(shè)備仍能正常工作。這種設(shè)計稱為冗余設(shè)計,所增加的元件,零部件稱為冗余元件。如雙排滾珠軸承中有一排損壞,另一排照常工作。機(jī)械的多重保險裝置都是冗余設(shè)計。
如果設(shè)備本身可靠性很高,再增加冗余設(shè)計就不合算了。但是高度危險的設(shè)備,安全是壓倒一切的因素,即使設(shè)備可靠度很高,為了防止萬一發(fā)生事故,也應(yīng)采用冗余設(shè)計,如果對可靠性很高的設(shè)備,按照冗余設(shè)計并聯(lián)連接時,必須注意:
a應(yīng)經(jīng)常檢查起分流作用的閥、開關(guān)和管道的有效性;
b應(yīng)采取措施保證那些很少使用但可能使用的冗余設(shè)備經(jīng)常處于完好待用狀態(tài)。
在進(jìn)行冗余設(shè)計時,要避免盲目性:
a在設(shè)備尺寸、質(zhì)量有嚴(yán)格限制的場合,如果采用冗余設(shè)計,將備件勉強(qiáng)裝入較小的容積內(nèi),則有可能由于散熱面積減小,使溫度上升;或由于振動、沖擊、溫度等環(huán)境條件同時使用于冗余部分而失去了排除故障的能力;由于冗余部分平時不用,因疏忽大意而采用了可靠度差的零件。上述種種原因反而會降低設(shè)備的可靠性。
b必須注意冗余部分的分配不能產(chǎn)生差錯。如雙發(fā)動機(jī)飛機(jī),即使有一臺發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障,飛機(jī)也不會失速或失去平衡。
③耐環(huán)境設(shè)計。為預(yù)防設(shè)備、零部件在實際使用中可能遇到的各種環(huán)境如高、低溫、潮濕、磁場、真空、粉塵、雨淋、腐蝕等因素的影響,在設(shè)計上要采取對付環(huán)境作用的措施。在設(shè)備設(shè)計、制造階段,要進(jìn)行以可靠性試驗為主的耐久性、壽命、高低溫、環(huán)境、振動、沖擊等試驗。在設(shè)備上裝設(shè)特別的調(diào)節(jié)器或緩沖器,可以用來預(yù)防設(shè)備在運輸、搬運、貯存和使用中遇到的高溫、振動、沖擊等外界作用的影響。
④簡化結(jié)構(gòu)和采用標(biāo)準(zhǔn)化零、部件在滿足設(shè)備功能要求的前提下,提高設(shè)備可靠性的秘訣是盡可能使用結(jié)構(gòu)簡單的零件,減少零件數(shù)量和種類,采用標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)電路,概括地說,就是簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化零件,由于有豐富的批量生產(chǎn)和使用經(jīng)驗,能充分消除缺陷和薄弱點。標(biāo)準(zhǔn)化零件的互換性好,在維修中可加速故障的診斷和修復(fù),市場供應(yīng)充足,可減少備件的貯備,價格便宜,還可減少加工工具及測試設(shè)備的品種和數(shù)量。
在采用簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計時,應(yīng)注意:
a有些設(shè)計人員可能不滿足于簡單設(shè)計和使用標(biāo)準(zhǔn)零件,而想有所創(chuàng)新。應(yīng)該使他們了解:采用已規(guī)范化的以及經(jīng)過性能試驗或現(xiàn)場使用考驗過的設(shè)計和零件是提高可靠性的成功經(jīng)驗。作為提高可靠性的對策與復(fù)雜化的方案相比,簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化是比較現(xiàn)實的作法。
b用戶可能要求設(shè)計人員設(shè)計能在各種不常出現(xiàn)的最惡劣使用條件下確保其可靠性的設(shè)備,即進(jìn)行極端性的極限設(shè)計。由于是預(yù)防極端情況,會使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,使用的非標(biāo)準(zhǔn)零件也會增加,降低設(shè)備正常使用中的可靠性,反而不能取得理想的結(jié)果。
c設(shè)計時應(yīng)考慮制造的難易程度:即采用現(xiàn)行的工藝;所需工藝的數(shù)量和種類;各工藝對設(shè)備性能的影響;是否需要開發(fā)新工藝等。采用成熟的制造工藝,有利于提高可靠度。
⑤提高聯(lián)接部位和可動零部件和可靠度 設(shè)備的聯(lián)接部位有螺栓、焊接部位、銷子、鍵、密封器等;可動零、部件有軸和軸承、嚙合的齒輪、皮帶和皮帶輪、聯(lián)軸節(jié)等。這些部位故障率高,易誘發(fā)事故,是設(shè)計中應(yīng)充分注意的重點部位,應(yīng)采取措施提高其可靠度。
⑥配備必要的安全防護(hù)裝置安全防護(hù)裝置可以防止誤操作、超載和外部環(huán)境突變,如停電而引起的故障和事故,或控制故障和事故的影響范圍。
⑦采用狀態(tài)監(jiān)測,故障診斷技術(shù)和自動控制技術(shù)。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的作用。為了使設(shè)備長期保持出廠時的精度和功能,現(xiàn)代設(shè)備應(yīng)具有適應(yīng)條件變化的功能,以及恢復(fù)喪失的工作性能和輸出參數(shù)變化的功能,可以采用自動化技術(shù)自動補(bǔ)償零部件的磨損量,使機(jī)械長期保持標(biāo)準(zhǔn)工作精度。自動化技術(shù)還廣泛應(yīng)用自動監(jiān)測、自動報警、自動排除故障、自動停機(jī)、自動切換備用設(shè)備、自動噴水滅火等場合。
⑧充分考慮人的因素。機(jī)械是由人操作的,機(jī)械與人形成了人機(jī)系統(tǒng)。與機(jī)械出現(xiàn)故障一樣,人機(jī)操作不是絕對可靠的。人的可靠性一般要低于機(jī)械的可靠性。設(shè)計時應(yīng)充分考慮人的特點和能影響他正確操作的因素。要根據(jù)人的正常工作能力如反應(yīng)能力、接受信息和處理信息的能力、耐疲勞性、容許限度、人的局限性等,設(shè)計合理的作業(yè)環(huán)境和操作方法。
人對各種刺激的反應(yīng)時間大體范圍是:視覺信號50~225ms,聽覺信號120~180ms,溫度觸覺信號150~240ms,疼痛信號400~1000ms。由此可見,人對聽覺信號反應(yīng)最快,設(shè)備采用聽覺報警信號,可以使操作者盡早引起注意。
設(shè)備的顯示器應(yīng)使人容易看到和聽到,而且在長期觀察和監(jiān)聽時不易疲勞。設(shè)備操縱動作應(yīng)合乎人的習(xí)慣,如手柄向上扳就是操縱運動部件向上運動。操縱力要適當(dāng),用力過小易于意外啟動或停機(jī),用力過大,使操作者費力而容易受傷或疲勞。
控制器和顯示器要集中,數(shù)量盡可能少。人的差錯率與操作的復(fù)雜程度和工作量成正比。應(yīng)盡量發(fā)揮機(jī)械控制器和傳感器對信號感覺靈敏、反應(yīng)速度快,能夠準(zhǔn)確重復(fù)完成大量規(guī)定動作等特點,減少操作者的勞動強(qiáng)度。
由于生理、心理、體力、疾病等因素,操作者出現(xiàn)誤操作是不可避免的。為了保證安全,應(yīng)考慮到一旦操作失誤可能引起的后果,在設(shè)計中采取必要的預(yù)防措施。
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文章名稱:《機(jī)械設(shè)備的安全設(shè)計》
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