機(jī)械設(shè)備安全防護(hù)裝置選型安裝及安全距離確定方法研究

王賀銘

（上海安費(fèi)諾永億通訊電子有限公司，上海 201108）

隨著科技發(fā)展，機(jī)械生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的人身傷害事件也越來越顯著，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了一定的損失和巨大的壓力。防護(hù)裝置作為機(jī)器的組成部分，配備在機(jī)器上能防止危險(xiǎn)因素引起人身傷害，因此選用合適的安全防護(hù)裝置并正確安裝，同時(shí)兼顧充足的安全距離，在安全生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 安全防護(hù)裝置選型方法

1.1 防護(hù)裝置分類介紹

根據(jù)防護(hù)裝置安裝方式、防護(hù)功能等可分為固定式防護(hù)裝置和活動(dòng)式防護(hù)裝置。

固定式防護(hù)裝置安裝時(shí)不推薦速卸鎖扣、帶帽螺釘、滾花螺釘和蝶形螺母等類型緊固件，多用于機(jī)器馬達(dá)傳動(dòng)處部位的防護(hù)，其中距離防護(hù)裝置多用于設(shè)備周界防護(hù)等部位。

活動(dòng)式防護(hù)裝置多用于設(shè)備操作面，但為提高可靠性，通常與帶鎖定功能的防護(hù)裝置組合使用，特點(diǎn)是在防護(hù)裝置閉合并鎖定之前無法啟動(dòng)設(shè)備。

1.2 安全裝置選型

考慮以人為本，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)滿足以下基本要求：

1.2.1 考慮機(jī)器全生命周期內(nèi)可預(yù)見的操作和機(jī)器環(huán)境方面的因素，設(shè)計(jì)足夠堅(jiān)固和耐用。

1.2.2 防護(hù)裝置邊緣處不能有毛刺或尖銳部分，不能引起額外的危險(xiǎn)。

1.2.3 應(yīng)妥善考慮可合理預(yù)見的人機(jī)交互(如觀察、加載、維護(hù)、維修或潤滑等)，如對(duì)在設(shè)備運(yùn)行過程中需要操作者目視觀察，則防護(hù)裝置不應(yīng)對(duì)此行為阻礙。

1.2.4 考慮人類工效學(xué)原則，如防護(hù)裝置需要拆卸搬運(yùn)且輔助吊裝時(shí)，需考慮標(biāo)準(zhǔn)吊裝附件安裝吊裝附件的螺紋孔、額定重量等。

2 安全距離確定方法

安全距離是安全防護(hù)裝置距離危險(xiǎn)區(qū)的最小距離，以聯(lián)鎖防護(hù)裝置中的安全光柵舉例說明。安全距離確定原則：

（1）安全防護(hù)距離的起點(diǎn)是設(shè)備危險(xiǎn)部位的邊緣處，終點(diǎn)是聯(lián)鎖防護(hù)裝置的位置。

（2）設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)是動(dòng)態(tài)的，如果原先識(shí)別出的設(shè)備危險(xiǎn)發(fā)生了變化，如設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、人員操作方式等，原有風(fēng)險(xiǎn)控制措施也要進(jìn)行更新，安全防護(hù)距離也會(huì)隨之會(huì)發(fā)生變化。

設(shè)備安全距離計(jì)算：

設(shè)備安全距離S=K×T+C，公示中S 為最近危險(xiǎn)點(diǎn)到下一個(gè)開口點(diǎn)的最小安全距離，單位毫米。K 是由人體或人體某個(gè)部位靠近的速度得出的參數(shù)，單位為毫米/秒。K 值可以通過下表中的S 來確定，見表1。

表1 設(shè)備安全距離參數(shù)

T 是整個(gè)系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間，單位為秒。C 是附加距離，單位毫米。安全光柵若豎直安裝，則C=8×(d-14mm)。安全光柵水平安裝時(shí)C=1200-0.4×H，C 通常不能小于850mm，H 不能超過1000mm。

3 方法應(yīng)用實(shí)例

選擇1 臺(tái)裝配機(jī)為研究對(duì)象，光電保護(hù)裝置的性能等級(jí)應(yīng)至少為c 級(jí)。接下來根據(jù)安全光柵安裝方式和安裝高度不同，來計(jì)算光電保護(hù)裝置的最小安全距離。

3.1 方案一：垂直靠近/垂直進(jìn)入防護(hù)區(qū)域平面

如圖1 所示，底部光束的高度為H，頂部光束的高度為b，原則上H≤300mm 以防止人員從防護(hù)區(qū)域下方進(jìn)入。b≥900mm 以防止人員跨越進(jìn)入到防護(hù)區(qū)域。底部光束高度H＞300mm，則垂直于安全光柵的A1 和A2 方向需要額外加裝光電防護(hù)裝置。

圖1 垂直靠近/垂直進(jìn)入防護(hù)區(qū)域平面

假使危險(xiǎn)區(qū)域高度a=1600mm，操作位開口高度為430mm，判斷安全光柵保護(hù)高度≥450mm。防護(hù)對(duì)象人體手指，分辨率d=20mm，品牌A 光柵響應(yīng)時(shí)間為18 毫秒，品牌B 光柵響應(yīng)時(shí)間為7 毫米，機(jī)器得到指令后停止時(shí)間均為150 毫秒。則計(jì)算可知A 停機(jī)時(shí)間T=168 毫秒，B 停機(jī)時(shí)間T=157 毫秒。K=2000 毫米/秒，安全光柵A 安全距離S=384毫米，B 安全距離S=362 毫米。

查詢表2，根據(jù)框內(nèi)數(shù)據(jù)，384 和362 毫米均介于0～450之間，故選C=450mm 所對(duì)應(yīng)的防護(hù)區(qū)域的頂端高度b=1800mm。安裝高度為H=1800-450=1350mm＞300mm，此時(shí)需要水平位置需額外再加裝1 對(duì)安全光柵。

表2 防護(hù)區(qū)域高度表

3.2 方案二：平行方向靠近/進(jìn)入防護(hù)區(qū)域平面

將安全光柵安裝位置變換為水平方向，防護(hù)的對(duì)象、安全光柵分辨率和參數(shù)不變。

K=1600 毫米/秒，安全距離S= K×T+( 1200-0.4×H)，分析發(fā)現(xiàn)隨著安全光柵安裝高度H 降低，其他所有參數(shù)不變前提下，安全距離S 會(huì)減小。由于此時(shí)S 等同認(rèn)為是安全光柵長度L，故查詢某品牌安全光柵，發(fā)現(xiàn)有3 種長度類型的安全光柵a，b，c 可供選擇，長度和參數(shù)如下：1050mm T=183ms；1200mm T=185ms；1350mm T=187ms

a 安全光柵 S=1050mm，T=183ms， 計(jì)算得 H=(KT+1200-S)÷0.4=1107mm，不符合H 要求，不可取。

b 安全光柵S=1200mm，T=185ms，計(jì)算得H=740mm，符合H 的要求，此方式可取。

c 安全光柵S=1350mm，T=187ms，計(jì)算得H=373mm，符合H 的要求，此方式可取。

考慮成本因素，選取b 型光柵。

3.3 方案三：以一定角度方向靠近

第三種情況，防護(hù)的對(duì)象、安全光柵分辨率、型號(hào)和機(jī)器響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)不變前提下，嘗試尋找最佳角度來計(jì)算尋找安全光柵的最小安全距離S。

如果傾角=60°（如圖2（a）），危險(xiǎn)區(qū)域高度仍為a=1600mm，操作位的開口高度為30mm，防護(hù)對(duì)象為手指，d=20mm，查詢品牌光柵響應(yīng)時(shí)間7.4 毫秒后，則安全距離S為最不利點(diǎn)位置，S=K×T+8×（d-14）=362.8 毫米。

圖2

若選用傾角=45°，斜邊安全光柵的長度=450÷Sin45° ≈636mm，查詢品牌光柵的響應(yīng)時(shí)間8.3 毫秒后，則安全距離S=364.6 毫米。

若傾角=30°（如圖2（b）），判斷“正交”后安全光柵保護(hù)高度至少為450mm，則斜邊安全光柵的長度=450÷Cos30°≈520mm。防護(hù)對(duì)象為手指，分辨率選d=20mm，查詢品牌光柵的響應(yīng)時(shí)間7.4 毫秒，選取安裝高度1000mm，則安全距離S= K×T+( 1200-0.4×H) ≈652mm。

3.4 安全光柵安裝方案確定及效果

綜合以上幾種安全光柵的演算，總結(jié)如表3。

表3 各安裝方案優(yōu)劣分析

通過以上多種模式嘗試和計(jì)算后，在綜合考慮成本、設(shè)備操作安全、現(xiàn)有設(shè)備間距、人工效率等綜合因素后，最終選擇了以傾角60 度方式來安裝安全光柵。

傾角角度安裝安全光柵，不但提高設(shè)備安全等級(jí)，還解決受制于安全光柵安全間距過大造成操作人員不便的問題。隨后剩余設(shè)備均依照以上方式多管齊下舉措，百萬工時(shí)安全損工事故率從1.6 下降到0.58，并獲得集團(tuán)總部雜質(zhì)專訪。

3.5 安全光柵正確和錯(cuò)誤安裝的圖例演示

以下是分享安全光柵正確和錯(cuò)誤安裝的圖例：

（1）正確的安裝方式，見圖3。

圖3 安全光柵正確安裝示意

（2）錯(cuò)誤的安裝方式，見圖4。

圖4 安全光柵錯(cuò)誤安裝示意

4 結(jié)論

在設(shè)備上安裝安全光電裝置確實(shí)可以提高現(xiàn)場的安全防護(hù)等級(jí)，但使安全光柵發(fā)揮最大作用來保護(hù)現(xiàn)場作業(yè)人員安全，離不開正確的安全光柵選型、恰當(dāng)?shù)陌惭b方式和保證最小安全距離，以及與固定安全防護(hù)裝置的協(xié)同使用。

4.1 通過對(duì)機(jī)器設(shè)備安全防護(hù)裝置及安全距離確定方法展開研究，對(duì)防范機(jī)器事故發(fā)生具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

4.2 選用合適的安全防護(hù)裝置并通過正確的安裝方式，同時(shí)保證充足的安全距離，可以提高機(jī)器的安全防護(hù)等級(jí)。綜合考慮最經(jīng)濟(jì)、場地環(huán)境、生產(chǎn)效率時(shí)，優(yōu)先選用傾斜式較大傾角的安裝方式。優(yōu)先考慮生產(chǎn)效率和場地環(huán)境時(shí)，則選用豎直安裝方式為佳。