一、機械安全基本要求
機械設備在規(guī)定的整個使用期內，不得發(fā)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(yè)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?shù)脑O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(qū)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(huán)境的適應性
?。?）合理的機械結構型式。機械設備的結構型式一定要與其執(zhí)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(shù)據的丟失或死機；不能發(fā)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。
?。?）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(wěn)定性，在正常作業(yè)期間不應發(fā)生由于應力或工作循環(huán)次數(shù)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(wěn)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(fā)生傾覆，防止由于運行失控而產生不應有的位移。
?。?）對使用環(huán)境具有足夠的適應能力。機械設備必須對其使用環(huán)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(tǒng)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(guī)定的使用條件下和規(guī)定期限內，執(zhí)行規(guī)定功能而不出現(xiàn)故障的能力。傳統(tǒng)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(xiàn)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(guī)定的有害物質
?。?）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(huán)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(wèi)生標準的規(guī)定，不得構成對人體健康的有害作用，也不得對環(huán)境造成污染。
?。?）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(guī)定的允許指標，防止對人的心理及生理危害。
?。?）防火防爆。有可燃氣體、液體、蒸氣、粉塵或其他易燃易爆或發(fā)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(jiān)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(huán)境條件以及操作人員處于動態(tài)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(guī)程，也不能完全避免發(fā)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(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，靠機械自身的各種安全技術措施避免事故的發(fā)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(yè)空間和位置以及作業(yè)環(huán)境，是人機要求集中體現(xiàn)之處，應滿足人體測量參數(shù)、人體的結構特性和機能特性、生理和心理條件，合乎衛(wèi)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
?。?）機械的可維修性。機器出現(xiàn)故障后，在規(guī)定的條件下，按規(guī)定程序或手段實施維修，可以保持或恢復其執(zhí)行預定功能狀態(tài)，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(fā)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(yè)的安全。在按規(guī)定程序實施維修時，應能保證人員的安全。由于維修作業(yè)是不同于正常操作的特殊作業(yè)，往往采用一些超常規(guī)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(tǒng)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(xiàn)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(tài)，包括正常作業(yè)狀態(tài)、非正常狀態(tài)和其他一切可能的狀態(tài)。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。
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(yōu)先考慮的措施。
?。?）安全防護。直接安全技術措施不能或不完全能實現(xiàn)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。
?。?）附加預防措施：
?、僦劬o急狀態(tài)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；
②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(wěn)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(fā)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：
①根據接觸危險能量的作業(yè)類別和可能出現(xiàn)的傷害，按規(guī)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。
?、诜雷o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。
③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。
?。?）作業(yè)場地與工作環(huán)境的安全性。作業(yè)場地是指利用機械進行作業(yè)活動的地點、周圍區(qū)域及通道。作業(yè)場地與工作環(huán)境的安全要求如下：
?、贆C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。
?、谧鳂I(yè)場地不得過于狹小，工、卡、量具應按規(guī)定擺放，原材料、成品、半成品應堆放整齊、平穩(wěn)，防止坍塌或滑落。
?、鄣孛嫫秸?，無坑凹，無油垢水污，廢屑應及時清理；室外作業(yè)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。
④保證足夠的作業(yè)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(guī)定的衛(wèi)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(guī)章制度；對設備（特別是重大、危險設備）的安全監(jiān)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?shù)脑O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?shù)脑O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(qū)之外的調整、維修等措施?？傊?，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(qū)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(xiàn)機器的預定功能與實現(xiàn)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(zhí)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?？赡芤鸸蝹拈_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(qū)，是減小或消除機械風險的一種方法。在規(guī)定安全距離時，必須考慮使用機器時可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)、有關人體的測量數(shù)據、技術和應用等因素。機械的安全距離包括兩類距離要求：
①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(qū)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(qū)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。
②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(tǒng)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(shù)據、設計規(guī)程、計算方法和試驗規(guī)則，都應該符合機械設計與制造的專業(yè)標準或規(guī)范的要求，使零件的機械應力不超過許用值，保證安全系數(shù)，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(fā)生。同時，通過控制連接、受力和運動狀態(tài)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(tài)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(huán)節(jié)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(guī)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(zhí)行預定功能的載荷作用的要求。
（2）對環(huán)境的適應性。材料應有良好的環(huán)境適應性，機械在預定的環(huán)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(fā)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(yè)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(tǒng)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?？刂葡到y(tǒng)的設計應考慮各種作業(yè)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(xiàn)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(xiàn)，若采用二進制邏輯元件，應通過由0狀態(tài)到1狀態(tài)去實現(xiàn)；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(xiàn)，若采用二進制邏輯元件，應通過1狀態(tài)到0狀態(tài)去實現(xiàn)。
（2）重新啟動的原則。動力中斷后重新接通時，如果機器自發(fā)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(tǒng)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(tǒng)，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）?？刂葡到y(tǒng)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(xiàn)預定功能。當與自動監(jiān)控相結合時，自動監(jiān)控應采用不同的設計工藝，以避免共因失效。
（6）自動監(jiān)控。自動監(jiān)控的功能是保證當部件或元件執(zhí)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(fā)報警器。
（7）可重編程序控制系統(tǒng)中安全功能的保護。在關鍵的安全控制系統(tǒng)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(tǒng)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：
①手動操縱器應根據有關人類工效學原則進行設計和配置。
②停機操縱器應位于對應的每個啟動操縱器附近。
③除了某些必須位于危險區(qū)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(qū)外。
④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。
⑤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。
⑥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(qū)。
6．防止氣動和液壓系統(tǒng)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關的各種潛在危險。
（1）借助限壓裝置控制管路中最大壓力不能超過允許值；不因壓力損失、壓力降低或真空度降低而導致危險。
（2）所有元件（尤其是管子和軟管）及其連接應密封，要針對各種有害的外部影響加以防護，不因泄漏或元件失效而導致流體噴射。
（3）當機器與其動力源斷開時，貯存器、蓄能器及類似容器應盡可能自動卸壓，若難以實現(xiàn)，則應提供隔離措施或局部卸壓及壓力指示措施，以防剩余壓力造成危險。
（4）機器與其能源斷開后，所有可能保持壓力的元件都應提供有明顯識別排空的裝置和繪制有注意事項的警告牌，提示對機器進行任何調整或維修前必須對這些元件卸壓。
7．預防電的危險
電的安全是機械安全的重要組成部分，機器中電氣部分應符合有關電氣安全標準的要求。預防電的危險尤其應注意防止電擊、短路、過載和靜電。
四、減少或限制操作者涉入危險區(qū)的需要
1．設備的可靠性
可靠性是指機器或其零部件在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定期限內執(zhí)行規(guī)定的功能而不出現(xiàn)故障的能力。
（1）規(guī)定的使用條件。這是指機械設計時考慮的空間限制，包括環(huán)境條件（如溫度、壓力、濕度、振動、大氣腐蝕等）、負荷條件（載荷、電壓、電流等）、工作方式（連續(xù)工作或斷續(xù)工作）、運輸條件、存貯條件及使用維護條件等。
（2）規(guī)定的時間。這是指機械設備在設計時規(guī)定產品的時間性指標，如使用期、有效期。行駛里程、作用次數(shù)等。
（3）規(guī)定的功能。這是指機械設備的性能指標，是該機械若干功能全體的總和，而不是其中一個元件或一部分的功能。
可靠性應作為安全功能完備性的基礎，這一原則適用于機器的零部件及機械各組成部分。提高機械的可靠性可以降低危險故障率，減少需要查找故障和檢修的次數(shù)，不因為失效使機器產生危險的誤動作，從而可以減少操作者面臨危險的概率。
2．采用機械化和自動化技術
在生產過程中，用機械設備來補充、擴大、減輕或代替人的勞動，該過程便稱為機械化過程。自動化則更進了一步，即機械具有自動處理數(shù)據的功能。機械化和自動化技術可以使人的操作崗位遠離危險或有害現(xiàn)場，從而減少工傷事故，防止職業(yè)?。煌瑫r，也對操作人員提出了較全面的素質要求。
（1）操作自動化。在比較危險的崗位或被迫以機器特定的節(jié)奏連續(xù)參與的生產過程，使用機器人或機械手代替人的操作，使得工作條件不斷改善。
（2）裝卸搬運機械化。裝卸機械化可通過工件的送進滑道、手動分度工作臺等措施實現(xiàn)；搬運的自動化可通過采用工業(yè)機器人、機械手、自動送料裝置等實現(xiàn)。這樣可以限制由搬運操作產生的風險，減少重物墜落、磕碰、撞擊等接觸傷害。裝卸應注意防止由于裝置與機器零件或被加工物料之間阻擋而產生的危險，以及檢修故障時產生的危險。
3．調整、維修的安全
在設計機器時，應盡量考慮將一些易損而需經常更換的零部件設計得便于拆裝和更換；提供安全接近或站立措施（梯子、平臺、通道）；鎖定切斷的動力；機器的調整、潤滑、一般維修等操作點配置在危險區(qū)外，這樣可減少操作者進入危險區(qū)的需要，從而減小操作者面臨危險的概率。