Основными требованиями безопасности, предъявляемыми к конструкции машин и механизмов, являются: безопасность для здоровья и жизни человека, надежность, удобство эксплуатации. Общие требования безопасности к производственному оборудованию установлены ГОСТ 12.2.003—74*. Их выполнение делает машины и механизмы безопасными не только при эксплуатации, но и при монтаже, ремонте, транспортировании и хранении. Согласно этому стандарту безопасность производственного оборудования должна обеспечиваться:
выбором принципов действия, конструктивных схем, безопасных элементов конструкции и т. п.;
применением в конструкции средств механизации, автоматизации и дистанционного управления;
применением в конструкции средств защиты;
выполнением эргономических требований;
включением требований безопасности в техническую документацию по монтажу, эксплуатации, ремонту, транспортированию и хранению;
применением в конструкции соответствующих материалов.
Выполнение указанных требований в полном объеме возможно лишь в том случае, когда их учет производится на этапе проектирования. Поэтому у нас в стране принят соответствующий порядок постановки продукции на производство, в соответствии с которым во всех видах проектной документации должны быть предусмотрены требования безопасности. Они содержатся в специальном разделе технического задания, технических условий и стандартов на выпускаемое оборудование (ГОСТ 15.001—88).
|
|
Выбор принципа действия машины должен производиться с учетом потенциально возможных опасных и вредных факторов. При повышенной опасности поражения электрическим током следует отдать предпочтение устройствам с гидро- или пневмоприводом, при высоких уровнях шума — редукторам, где используются специальные зубчатые зацепления с пониженным шумо* образованием, при высоких уровнях вибраций — механизмам с равномерно вращающимися элементами (вместо кривошипное шатунных и кулачковых) и т. д.
При выборе конструктивного решения и отдельных систем оборудования необходимо учитывать следующие требования. Все движущиеся части оборудования по возможности заключают в корпуса (станины), которые должны быть компактны, иметь минимум острых кромок и граней, а также выступающих частей.
Внешние контуры защитных устройств должны вписываться в контуры основного оборудования. Нужно стараться, чтобы эти защитные устройства позволяли решать несколько задач одновременно и по возможности конструктивно совмещались с машинами и агрегатами, являясь их составной частью. Так, корпуса машин и механизмов, станины станков должны обеспечивать не только ограждение последних, но и способствовать снижению уровня их шума и вибрации. Ограждение абразивного круга заточного станка должно конструктивно совмещаться с системой местной вытяжной вентиляции.
|
|
В оборудовании не должны использоваться системы и элементы, являющиеся источником опасных и вредных факторов, а при необходимости'их применения должны предусматриваться соответствующие средства защиты.
Электропривод при наличии его в агрегате должен выполняться с учетом «Правил устройства электрических установок». При использовании рабочих тел, работающих под давлением, не равном атмосферному, должны соблюдаться «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора. Для безопасного подъема и передвижения узлов и агрегатов при монтаже, демонтаже и ремонте отдельные крупногабаритные части машин должны иметь специальные устройства (петли, лапы и др.), которые располагают с учетом положения центра масс груза.
При выборе элементов, работающих под нагрузкой, важным является учет их надежности и жесткости.
Надежность машин и механизмов определяется вероятностью их отказа, в результате которого наступает прекращение их функционирования, не предусмотренное регламентированными условиями производства или конструкторской документацией. Такого рода нарушения могут явиться причиной аварий, травм. Конструкционная прочность машин и агрегатов определяется прочностными характеристиками как материала конструкции, так и его крепежных соединений (сварные швы, заклепки, штифты, шпонки, резьбовые соединения), а также условиями их эксплуатации (наличие смазочного материала, коррозия под действием окружающей среды, наличие чрезмерного износа и т. д.).
На этапе проектирования все указанные устройства и узлы рассчитывают на прочность с учетом их жесткости и вида воздействующих нагрузок (статические, динамические). При этом большую роль играет правильный выбор запаса прочности. Его значения зависят от условий эксплуатации, наличия при работе машин усталостных напряжений и ряда других факторов.
Надежность во многом определяется герметичностью входящих в оборудование систем, работающих под давлением, например устройств для крепления заготовок станков. Меры по обеспечению герметичности подробно рассмотрены в п. 2.4.
Выбор конструкционных материалов машин и механизмов также производится с учетом потенциально возможных опасных и вредных факторов. В оборудовании для производств, где возможно образование взрывоопасных сред, не должны использоваться искрящие материалы. Обычные конструкционные материалы не должны использоваться в установках, работающих под давлением, на агрессивных рабочих телах или в условиях особо низких температур. Выбор в качестве конструкционных > пожароопасных материалов (например, магния) создает большие сложности на этапе как эксплуатации, так и изготовления оборудования.
Применение в конструкциях машин средств механизации и автоматизации управления позволяет резко снизить травматизм. Широкое применение в машиностроении получили станки с числовым программным управлением (ЧПУ), где человек выполняет лишь функции наладчика или ремонтника. На деревообрабатывающем оборудовании все в больших масштабах применяются автоматические системы подачи заготовок с помощью автоподат-чиков. В кузнечно-прессовом оборудовании кроме такого рода систем используют специальные механизированные устройства (манипуляторы) для удаления отштампованных деталей из матрицы штампа.
Применение в конструкции машин средств защиты — одно из основных в настоящее время направлений по обеспечению безопасности оборудования. В нем используют ограждающие, предохранительные и тормозные средства защиты, средства автоматического контроля и сигнализации, а также знаки безопасности и дистанционное управление.
|
|
Общими требованиями, предъявляемыми к средствам защиты, являются: исключение вероятности воздействия опасных и снижение воздействия вредных производственных факторов на га-ботающих, учет индивидуальных особенностей оборудования, инструмента, приспособлений или технологических процессов, для которых они предназначены; надежность, прочность, улс.С-ство обслуживания машин и механизмов в целом, включая средства защиты.
Рассмотрим отдельные виды средств защиты более подробно.
Оградительные устройства — класс средств защиты, препятствующих попаданию человека в опасную зону. Оградительные устройства применяют для изоляции систем привода машин и агрегатов, зоны обработки заготовок на станках, прессах, штампах, оголенных токоведущих частей, зон интенсивных излучений (тепловых, электромагнитных, ионизирующих), зон выделения вредностей, загрязняющих воздушную среду, и т. п. Ограждают также рабочие зоны, расположенные на высоте (леса и т. п.). Конструктивные решения оградительных устройств весьма многообразны. Они зависят от вида оборудования, расположения человека в рабочей зоне, специфики опасных и вредных факторов, сопровождающих технологический процесс. В соответствии с ГОСТ 12.4.125—83, классифицирующим средства защиты от механического травмирования, оградительные устройства подразделяют: по конструктивному исполнению — на кожухи, дверцы, щиты, козырьки, планки, барьеры и экраны; по способу их изготовления — на сплошные, несплошные (перфорированные, сетчатые, решетчатые) и комбинированные; по способу их установки — на стационарные и передвижные.
Стационарные ограждения лишь периодически демонтируют для выполнения вспомогательных операций (смена рабочего инструмента, смазывание, проведение контрольных измерений деталей и т. п.). Их выполняют так, чтобы они пропускали обрабатываемую деталь, но препятствовали бы прохождению рук работающего в технологический проем. Такое ограждение может быть полным, когда локализуется опасная зона вместе с самой машиной, или частичным, когда изолируется только опасная зона машины. Примерами поллого ограждения являются ограждения распределительных устройств электрооборудования, кожуха галтовочных барабанов, корпуса электродвигателей, насосов и т, п. (рис. 2.15, а), частичного — ограждение фрез (рис. 2.15, б) или рабочей зоны станка (рис. 2.15, б).
|
|
Возможно применение подвижного (съемного) ограждения, которое представляет собой устройство, сблокированное с рабочими органами механизма или машины, вследствие чего оно за
крьтает доступ в рабочую зону при наступлении опасного момента. В остальное время доступ в указанную зону открыт. Особенно широкое распространение получили такие оградительные устройства в станкостроении (например, в станках с ЧПУ 652 ОФЗ-36).
Переносные ограждения являются временными. Их используют при ремонтных и наладочных работах для защиты от случайных прикосновений к токоведущим частям, а также от механических травм и ожогов. Кроме того, их применяют на постоянных рабочих местах сварщиков для защиты окружающих от воздействия электрической дуги и ультрафиолетовых излучений (сварочные посты). Выполняются они чаще всего в виде щитов высотой 1,7 м.
Конструкция и материал ограждающих устройств определяются особенностями оборудования и технологического процесса в целом. Ограждения выполняют в виде сварных и литых кожухов, решеток, сеток на жестком каркасе, а также в виде жестких сплошных щитов (щитков, экранов).
Размеры ячеек в сетчатом и решетчатом ограждении определяются в соответствии ГОСТ 12.2.062—81*. Величины безопасного расстояния от движущихся деталей до поверхности ограждения следующие:
Наибольший диаметр окружности, '
вписанной в отверстие решетки Безопасное
(сетки), мм расстояние, им
До 8 Не менее 15
Св. 8 до 10 Св. 15 до 35
Св. 10 до 25 -. Св. 35 до 120
Св. 25 до 40.• Св. 120 до 200
В качестве материала ограждений используют металлы, пластмассы, дерево. При необходимости наблюдения за рабочей зоной, кроме' сеток и решеток, применяют сплошные оградительные устройства из прозрачных материалов (оргстекла, триплекса и т. д.).
Чтобы выдерживать нагрузки от отлетающих при обработке частиц и случайные воздействия обслуживающего персонала, ограждения должны быть достаточно прочными и хорошо крепиться к фундаменту или частям машины. При расчете на прочность ограждений машин и агрегатов для обработки металлов и дерева необходимо учитывать возможность вылета и удара об ограждение обрабатываемых заготовок.
Расчет ограждений типа экранов, предназначенных для защиты от тепловых, электромагнитных, ионизирующих излучений, а также от звуковых и ультразвуковых колебаний, ведется по специальным методикам. Основой расчета является обеспечение ослабления излучений до допустимых соответствующими санитарными нормами пределов (см. гл. 3).какого-либо параметра, характеризующего режим работы оборудования, за пределы допустимых значений. Таким образом, при аварийных режимах (увеличение давления, температуры, рабочих скоростей, силы тока, крутящих моментов и т. и.) исключается возможность взрывов, поломок, воспламенений. В соответствии с ГОСТ 12.4.125—83 предохранительные устройства по характеру действия подразделяют на блокировочные и ограничительные.
Блокировочные устройства по принципу действия подразделяют на механические, электронные, электрические, электромагнитные, пневматические, гидравлические, оптические, магнитные и комбинированные.
Ограничительные устройства по конструктивному исполнению подразделяют на муфты, штифты, клапаны, шпонки, мембраны, пружины, сильфоны и шайбы.
Блокировочные устройства препятствуют проникновению человека в опасную зону либо на время пребывания его в этой зоне устраняют опасный фактор.
Особенно большое значение этот вид средств защиты Имеет на рабочих местах агрегатов и машин, не имеющих ограждений, а также там, где работа может вестись при снятом или открытом
ограждении.
Механическая блокировка представляет собой систему, обеспечивающую связь между ограждением и тормозным (пусковым) устройстве. Например, для снятия ограждения 1 кривошипно-шатунного механизма (рис. 2.16) необходимо затормозить и полностью остановить привод механизма. Это осуществляется отключением электродвигателя или переводом ремня с рабочего на холостой шкив. При этом рычаг 2 тормоза дает возможность запорной планке 3 выйти из направляющего канала 4. При снятом ограждении агрегат невозможно растормозить, а следовательно, и пустить его ход. По этому принципу блокируются двери в помещениях испытательных стендов, а также другие особо опасные помещения, где пребывание людей во время работы оборудования запрещено.
Электрическая блокировка применяется на электроустановках с напряжением от 500 В и выше, а также на различных видах технологического оборудования с электроприводом. Она обеспечивает включение оборудования только при наличии ограждения. При осуществлении электрической блокировки в ограждение датчиков является единственным средством для обеспечения требуемых условий безопасности. Не менее важны высокая стабильность и большой срок службы источников излучения, в качестве которых используют изотопы, способные работать без замены десятки лет. Кроме того, изотопы не требуют никакого ухода и не меняют своих свойств при изменении внешних условий.
Пневматическая система блокировки широко применяется в агрегатах, где рабочие тела находятся под повышенным давлением: турбинах, компрессорах, воздуходувках и т. п. Ее основным преимуществом* является малая инерционность. На рис. 2.20 приведена принципиальная схема пневматической блокировки.. Аналогична по принципу действия гидравлическая блокировка.
Примерами ограничительных устройств являются элементы механизмов и машин, рассчитанные на разрушение (или несрабатывание) при перегрузках. К слабым звеньям таких устройств относятся: срезные штифты и шпонки, соединяющие вал маховиком, шестерней или шкивом; фрикционные муфты, не передающие движения при больших крутящих моментах; плавкие предохранители в электроустановках; разрывные мембраны в установках с повышенным давлением и т. п.,
Слабые звенья делятся на две основные группы: звенья с автоматическим восстановлением кинематической цепи после того, как контролируемый параметр пришел в норму (например, муфты трения), и звенья с восстановлением кинематической цепи путем замены слабого зве.на (например, штифты и шпонки).
Срабатывание слабого звена приводит к останову машины на аварийных режимах, что позволяет исключить поломки, разрушения и, следовательно, травматизм.
Из других ограничительных средств защиты отметим предохранительные клапаны и затворы, используемые в установках, работающих под давлением (см. п. 2.2).
Тормозные устройства подразделяют: по конструктивному исполнению — на колодочные, дисковые, конические и клиновые; по способу срабатывания — на ручные, автоматические и полуавтоматические; по принципу действия — на механические, электромагнитные, пневматические, гидравлические и комбинированные; по назначению — на рабочие, резервные, стояночные и экстренного торможения.
В большинстве видов производственного оборудования машиностроительных заводов используют колодочные и дисковые тормоза (рис. 2.21). Конические (конусные) тормоза находят В соответствии с ГОСТ 12.2.009—80* на металлорежущих станках для сигнализации должны применяться светофильтры следующих цветов:
красный цвет — запрещающий, сигнализирует о необходимости немедленного вмешательства, указывает устройство, которое прервало процесс;
желтый цвет — предупреждающий, указывает на приближение одного кз параметров (тока, температуры и т. п.) к предельным значениям либо на предстоящий переход на автоматический режим работы;
зеленый цвет — извещающий, свидетельствует о нормальном режиме работы;
синий цвет — сигнализирующий, используется для элементов производственной технической информации;
белый (молочный) цвет или бесцветный прозрачный светофильтр указывает на наличие напряжения и т. п.
Монтаж электрооборудования станков выполняют проводами, имеющими изоляцию следующих цветов:
силовые цепи — черный (темно-коричневый);
цепи управления, сигнализации, измерения и местного освещения переменного тока — красный (оранжевый, розовый);
цепи управления, сигнализации, измерения и местного освещения постоянного тока — синий (фиолетовый);
цепи заземления—двухцветный зелено-желтый (зеленый);
цепи, соединенные с нулевым проводом — голубой (серый, белый).
В поточных и автоматизированных линиях красные сигнальные лампы устанавливают на машинах и установках, которые не контролируются обслуживающим персоналом. Зеленые сигнальные лампы должны включаться на временно не работающем оборудовании.
Информативную сигнализацию используют также для согласования действий работающих, в частности, крановщиков и стропальщиков. Такая же сигнализация применяется в шумных производствах, где нарушена речевая связь.
Подвидом информативной сигнализации являются всякого рода схемы, указатели, надписи. Последние могут пояснять назначение отдельных конструктивных элементов машин и механизмов либо указывать величину допустимой нагрузки (например, скорость ветра, выше которой работа грузоподъемного крана вне производственного помещения не допускается). Как правило, надписи делают непосредственно на оборудовании либо непосредственно в зоне его обслуживания на специальных табло.
Устройства предупредительной сигнализации предназначены для предупреждения о возникновении опасности. Чаще всего в них используют световые и звуковые сигналы, поступающие от различных приборов, регистрирующих ход технологического процесса, в том числе уровень опасных и вредных факторов.
Большое применение находит предупреждающая сигнализация, опережающая включение оборудования или подачу высокого напряжения. Она предусматривается в производствах, где перед началом работы в опасной зоне могут находиться люди (участки испытания двигателей, автоматические линии сборочных цехов, ли/ейные цеха и т. д.). К предупреждающей сигнализации относятся указатели и плакаты «Не включать — работают люди», «Не входить», «Не открывать — высокое напряжение» и др.
Указатели желательно выполнять в виде световых табло с переменной по времени (мигающей) подсветкой.
Подвидом предупредительной сигнализации является сигнальная окраска. Травмоопасные элементы оборудования выделяют чередующимися (под углом 45° к горизонтали) полосами желтого и черного цвета. На станках в красный цвет окрашивают обратные стороны дверец ниш для электрооборудования, а также поверхности схода стружки.
Сигнальная окраска, как и окраска установок и систем, работающих под давлением, является примером цветовой сигнализации. В световой сигнализации используют источники света, в звуковой — сирены и звонки (например, в мостовых кранах цехов машиностроительных заводов). Знаковую сигнализацию применяют, в частности, для увязки действий крановщиков и стропальщиков. При комбинированной сигнализации используют отдельные сочетания перечисленных систем.
Знаки безопасности установлены ГОСТ 12.4.026—76*. Они могут быть запрещающими, предупреждающими, предписывающими и указательными и отличаются друг от друга формой и цветом. В производственном оборудовании применяют предупредительные знаки, представляющие собой желтый треугольник с черной полосой по периметру, внутри которого располагается какой-либо символ (черного цвета). Например, при электрической опасности это знак молнии, при прочих опасностях — восклицательный знак.
Устройства дистанционного управления оборудованием позволяют осуществлять контроль и регулирование его работы с участков, достаточно удаленных от опасной зоны, и тем самым решать проблему обеспечения безопасности труда.
Устройства дистанционного управления подразделяют: по конструктивному исполнению — на стационарные и передвижные; но принципу действия — на механические, электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.
Выполнение эргономических требований способствует обеспечению удобства эксплуатации, а следовательно, снижению утомляемости и травматизма. Основными эргономическими требованиями к производственному оборудованию является учет физических возможностей человека и его антропометрических данных (рост, длина рук), а также создание максимальных удобств для работы с органами управления.
Органы управления производственным оборудованием должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.064 — 81. Они должны располагаться на такой высоте, а при встроенных в машины рабочих местах на таком расстоянии от них,-чтобы исключалась неудобная поза обслуживающего их персонала. Все виды органов управления должны быть хорошо различимы. Стандартами на отдельные виды производственного оборудования ограничиваются величины усилий, которые необходимы для нажатия педалей и рычагов, поворота маховиков, переключателей и выключателей систем управления, а также для снятия или открывания разного рода устройств. Так, на металлорежущих станках в соответствии с ГОСТ 12.2.009 — 80* усилия на рукоятках и рычагах (маховичках) органов управления при постоянном ручном управлении не должны превышать 40 Н, для фрикционных муфт в начале и конце перемещения— 80 Н. Требуемое усилие рывка для различных по назначению зажимных рычагов и рукояток в моменты конца зажима или начала разжима не должно превышать 500 Н. Защитные устройства, снимаемые при смене деталей и инструмента, при подналадке станка и в других случаях, должны иметь массу не более 6 кг и крепление, не требующее применения ключей и отверток. Защитные устройства открывающегося типа должны при установившемся движении перемещаться с усилием не больше 40 Н.
Форма рукояток управления, профиль сечения штурвалов должны быть удобны для охвата и учитывать усилия, необходимые для их перемещения. Кнопки, клавиши и педали управления должны профилироваться с учетом антропометрических характеристик соответственно пальцев рук и подошв ног. Сечение рукоятки рычагов для точного регулирования, перемещаемых всей рукой, должно иметь форму овала, а в остальных случаях око может иметь форму круга. Форма приводного элемента выключателей и переключателей типа «тумблер» должна быть цилиндрической, конусообразной или в виде параллелепипеда. При переводе приводного элемента из одной позиции в другую должен ощущаться перепад упругого сопротивления и должен быть слышен характерный щелчок.
Требования безопасности введены в техническую документацию по монтажу, эксплуатации, ремонту, транспортированию и хранению производственного оборудования. Включение указанных требований в ремонтную документацию стандартизовано ГОСТ 2.602 — 68*. в эксплуатационную— ГОСТ 2.601 — 68*. Требования безопасности при эксплуатации производственного оборудования подробно рассмотрены дальше
ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Общие требования безопасности к производственным процессам. Эти требования установлены ГОСТ 12.3.002—75*. Они включают: устранение непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками, полуфабрикатами, готовой продукцией и отходами производства, оказывающими вредное действие; замену технологических процессов и операций, связанных с возникновением опасных и вредных производственных факторов, процессами и операциями, при которых указанные факторы отсутствуют или обладают меньшей интенсивностью; комплексную механизацию и автоматизацию производства; применение дистанционного управления технологическими процессами и операциями при наличии опасных и вредных производственных факторов; герметизацию оборудования; применение средств коллективной защиты работающих; рациональную организацию труда и отдыха с целью профилактики монотонности и гиподинамии, а также ограничение тяжести труда; своевременное получение информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов на отдельных технологических операциях (системы получения информации о возникновении опасных и вредных производственных факторов необходимо выполнять по принципу устройств автоматического действия с выводом на системы предупреждающей сигнализации); внедрение систем контроля и управления технологическими процессами, обеспечивающими защиту работающих и аварийное отключение производственного оборудования; своевременное удаление и обезвреживание отходов производства, являющихся источниками опасных и вредных производственных факторов; обеспечение пожаро-и взрывобезопасиости.
Кроме того, безопасность производственных процессов во многом зависит от их организации, рациональности планировки цехов и участков и правильности организации рабочих мест, выполнения требований безопасности к производственным помещениям, хранению, транспортированию, складированию исходных материалов, заготовок и готовой продукции, а также к удалению отходов и их утилизации и, наконец, выполнения требований безопасности, предъявляемых к производственному персоналу