一、机械安全基本要求
机械设备在规定的整个使用期内，不得发生由于机械设备自身缺陷所引起的、目前已为人们认识的各类危及人身安全的事故和对健康造成损害的职业病，避免给操作者带来不必要的体力消耗、精神紧张和疲劳。无论是机器预定功能的设计还是安全防护的设计，都应该遵循以下两个基本途径：选用适当的设计结构，尽可能避免危险或减小风险；通过减少对操作者涉入危险区的需要，限制人们面临危险。
1．足够的抗破坏能力、良好的可靠性和对环境的适应性
（1）合理的机械结构型式。机械设备的结构型式一定要与其执行的预定功能相适宜，不能因结构设计不合理而造成机械正常运行时的障碍、卡塞或松脱；不能因元件或软件的暇疵而引起微机数据的丢失或死机；不能发生任何能够预计到的与机械设备的设计不合理的有关事件。
（2）足够的抗破坏能力。机械的各组成受力零部件及其连接，应满足完成预定最大载荷的足够强度、刚度和构件稳定性，在正常作业期间不应发生由于应力或工作循环次数产生断裂破碎或疲劳破坏、过度变形或垮塌；还必须考虑在此前提下机械设备的整体抗倾覆或防风抗滑的稳定性，特别是那些由于有预期载荷作用或自身质量分布不均的机械及那些可在轨道或路面行驶的机械，应保证在运输、运行、振动或有外力作用下不致发生倾覆，防止由于运行失控而产生不应有的位移。
（3）对使用环境具有足够的适应能力。机械设备必须对其使用环境（如温度、湿度、气压、风载、雨雪、振动、负载、静电、磁场和电场、辐射、粉尘、微生物、动物、腐蚀介质等）具有足够的适应能力，特别是抗腐蚀或空蚀，耐老化磨损，抗干扰的能力，不致由于电气元件产生绝缘破坏，使控制系统零部件临时或永久失效，或由于物理性、化学性、生物性的影响而造成事故。
（4）提高机械的可靠性。可靠性是指机器或其零部件在规定的使用条件下和规定期限内，执行规定功能而不出现故障的能力。传统机械设计只按产品的性能指标进行设计，而可靠性设计除要保证性能指标外，还要保证产品的可靠性指标，即产品的无故障性、耐久性、维修性、可用性和经济性等，可靠性是体现产品耐用和可靠程度的一种性能，与安全有直接关系。
2．不得产生超过标准规定的有害物质
（1）有毒有害物质。应采用对人无害的材料和物质（包括机械自身的各种材料、加工原材料、中间或最终产品、添加物、润滑剂、清洗剂，以及与工作介质或环境介质反应的生成物及废弃物）。对不可避免的毒害物（例如粉尘、有毒物、辐射、放射性、腐蚀等），应在设计时考虑采取密闭、排放（或吸收）、隔离、净化等措施。在人员合理暴露的场所，其成分、浓度应低于产品安全卫生标准的规定，不得构成对人体健康的有害作用，也不得对环境造成污染。
（2）预防物理性危害。机械产生的噪声、振动、过热和过低温度等指标，都必须控制在低于产品安全标准中规定的允许指标，防止对人的心理及生理危害。
（3）防火防爆。有可燃气体、液体、蒸气、粉尘或其他易燃易爆或发火性物质的机械生产设备，应在设计时考虑防止跑、冒、滴、漏，根据具体情况配置监测报警、防爆泄压装置及消防安全设施，避免或消除摩擦撞击、电火花和静电积聚等，防止由此造成的火灾或爆炸危险。
3．可靠有效的安全防护
任何机械都有这样那样的危险，当机械设备投入使用时，生产对象（各种物料）、环境条件以及操作人员处于动态结合情况下的危险性就更大。只要存在危险，即使操作者受过良好的技术培训和安全教育，有完善的规程，也不能完全避免发生机械伤害事故的风险。因此，必须建立可靠的物质屏障，即在机械上配置一种或多种专门用于保护人的安全的防护装置、安全装置或采取其他安全措施。当设备或操作的某些环节出现问题时，靠机械自身的各种安全技术措施避免事故的发生，保障人员和设备安全。危险性大或事故率高的生产设备，必须在出厂时配备好安全防护装置。
4．履行安全人机学的要求
人机界面是指在机器上人、机进行信息交流和相互作用的界面。显示装置、控制（操纵）装置、人的作业空间和位置以及作业环境，是人机要求集中体现之处，应满足人体测量参数、人体的结构特性和机能特性、生理和心理条件，合乎卫生要求。其目的是保证人能安全、准确、高效、舒适地工作，减少差错，避免危险。
5．维修的安全性
（1）机械的可维修性。机器出现故障后，在规定的条件下，按规定程序或手段实施维修，可以保持或恢复其执行预定功能状态，这就是机器的可维修性。设备的故障会造成机器预定功能丧失，给工作带来损失，而危险故障还会引发事故。从这个意义上讲，解决了危险故障，恢复安全功能，就等于消除了安全隐患。
（2）维修作业的安全。在按规定程序实施维修时，应能保证人员的安全。由于维修作业是不同于正常操作的特殊作业，往往采用一些超常规的做法，如移开防护装置，或是使安全装置不起作用。为了避免或减少维修伤害事故，应在控制系统设置维修操作模式；从检查和维修角度，在结构设计上考虑内部零件的可接近性；必要时，应随设备提供专用检查、维修工具或装置；在较笨重的零部件上，还应考虑方便吊装的设计。
二、实现机械安全的措施
机械设备安全应考虑其"寿命"的各阶段，包括设计、制造、安装、调整、使用（设定、示教、编程或过程转换、运转、清理）、查找故障和维修、拆卸及处理；还应考虑机器的各种状态，包括正常作业状态、非正常状态和其他一切可能的状态。决定机械产品安全性的关键是设计（机械产品设计和制造工艺设计）阶段采用安全措施，还要通过使用阶段采用安全措施来最大限度地减小风险。
1．由设计者采取的安全措施
（1）本质安全技术。这是指在机械的功能设计中采用的、不需要额外的安全防护装置而直接把安全问题解决的措施，因此也称为直接安全技术措施。本质安全技术是机械设计优先考虑的措施。
（2）安全防护。直接安全技术措施不能或不完全能实现安全时，必须在生产设备总体设计阶段设计出一种或多种专门用来保证人员安全的装置，也称为间接安全技术措施。
（3）使用信息。本质安全技术和安全防护都无效或不完全有效的那些风险，可通过使用文字、标记、信号、符号或图表等信息，向人们作出说明，提出警告，并将遗留风险通知用户，局称指示性（说明性）安全技术措施。
（4）附加预防措施：
①着眼紧急状态的预防措施。如急停装置、陷入危险时的躲避和援救保护措施；
②附加措施，如机器的可维修性、断开动力源和能量泄放措施；机器及其重型零部件容易而安全的搬运措施、安全进入机器的措施、机器及其零部件稳定性措施等。
2．由用户采取的安全措施
（1）个人劳动防护用品。个人防护用品是保护劳动者在机器的使用过程中的人身安全与健康所必备的一种防御性装备，在意外事故发生时对避免伤害或减轻伤害程度能起到一定的作用。按防护部位不同，劳动防护用品可分为九大类：安全帽、呼吸护具、眼防护具、听力护具、防护鞋、防护手套、防护服、防坠落护具和护肤用品。使用个人劳动保护用品时应注意：
①根据接触危险能量的作业类别和可能出现的伤害，按规定正确选配。该用的一定要坚持佩戴，不该用的坚决不用，否则不但没有保护作用，还可能造成不应有的危害。
②防护用品一定要达到保护功能的要求并合乎使用条件的技术指标。使用中应注意有效使用期，及时检查报废，否则起不到应有的防御作用。
③个人防护用品既不是也不可取代安全防护装置，它不具有避免或减少面临危险的功能，只是当危险来临时起一定的防御作用，必要时，可与安全防护装置配合使用。
（2）作业场地与工作环境的安全性。作业场地是指利用机械进行作业活动的地点、周围区域及通道。作业场地与工作环境的安全要求如下：
①机器布局应方便操作，机器之间、机器与固定建筑物之间应保持安全距离；通道宽敞无阻，充分考虑人和物的合理流向，满足物料输送的需要并有利于安全。
②作业场地不得过于狭小，工、卡、量具应按规定摆放，原材料、成品、半成品应堆放整齐、平稳，防止坍塌或滑落。
③地面平整，无坑凹，无油垢水污，废屑应及时清理；室外作业场地应有必要的防雨雪遮盖；有障碍物或悬挂突出物，以及机械可移动的范围内应设防护或加醒目标志。
④保证足够的作业照明度，满足通风、温度、湿度要求，严格控制尘、毒、噪声、振动、辐射等有害物，使其不得超过规定的卫生标准。
（3）安全管理措施。它包括对人员的安全教育和培训；建立安全规章制度；对设备（特别是重大、危险设备）的安全监察等。
由用户采取的安全措施对减小设计的遗留风险是很重要的，但是这些措施与技术措施相比，可靠性相对较低，它们都不能用来代替在设计阶段可用来消除危险、减小风险的措施。
三、通过选用适当的设计结构尽可能避免或减少危险
通过设计减小风险，是指在机器的设计阶段，从零件材料到零部件的合理形状和相对位置，从限制操纵力、运动件的质量与速度到减少噪声和振动，采用本质安全技术与动力源，应用零部件间的强制机械作用原理，履行安全人机工程学原则等多项措施，通过选用适当的设计结构，尽可能避免或减小危险；也可以通过提高设备的可靠性、操作机械化或自动化，以及实行在危险区之外的调整、维修等措施。总之，通过采用使机器达到本质安全的措施，来减少或限制操作者涉入危险区的需要，从而降低人们面临危险的概率；通过机器的设计和制造，把实现机器的预定功能与实现机器使用安全的目标结合起来，以达到机械本质安全的目的。
1．采用本质安全技术
本质安全技术，是指利用该技术进行机器预定功能的设计和制造，不需要采用其他安全防护措施，就可以在预定条件下执行机器的预定功能时满足机器自身安全的要求。
（1）避免锐边、尖角和凸出部分。在不影响预定使用功能前提下，机械设备及其零部件应尽量避免设计成会引起损伤的锐边、尖角、粗糙的、凸凹不平的表面和较突出的部分。金属薄片的棱边应倒钝、折边或修圆。可能引起刮伤的开口端应包覆。
（2）安全距离的原则。利用安全距离防止人体触及危险部位或进入危险区，是减小或消除机械风险的一种方法。在规定安全距离时，必须考虑使用机器时可能出现的各种状态、有关人体的测量数据、技术和应用等因素。机械的安全距离包括两类距离要求：
①防止可及危险部位的最小安全距离。它是指作为机械组成部分的有形障碍物与危险区的最小距离，用来限制人体或人体的某部位的运动范围。当人体某部位可能越过障碍物或通过机械的开口去触及危险区时，安全距离足够长，限制其不可能触碰到机械的危险部位，从而避免了危险。
②避免受挤压或剪切危险的安全距离。当两移动件相向运动或移动件向着固定件运动时，人体或人体的某部位在其中可能受到挤压或剪切。这时，可以通过增大运动件间最小距离，使人的身体可以安全地进入或通过；也可以减小运动件间的最小距离，使人的身体部位伸不进去，从而避免了危险。
（3）限制有关因素的物理量。在不影响使用功能的情况下，根据各类机械的不同特点，限制某些可能引起危险的物理量值来减小危险。例如，将操纵力限制到最低值，使操作件不会因破坏而产生机械危险；限制运动件的质量或速度，以减小运动件的动能；限制噪声和振动等。
（4）使用本质安全工艺过程和动力源。对预定在爆炸气氛中使用的机器，应采用全气动或全液压控制系统和操纵机构，或"本质安全"电气装置，也可采用电压低于"功能特低电压"的电源，以及在机器的液压装置中使用阻燃和无毒液体。
2．限制机械应力
机械选用的材料性能数据、设计规程、计算方法和试验规则，都应该符合机械设计与制造的专业标准或规范的要求，使零件的机械应力不超过许用值，保证安全系数，以防止由于零件应力过大而被破坏或失效，避免故障或事故的发生。同时，通过控制连接、受力和运动状态来限制应力。
（1）连接应力。采用可靠的紧固方法，对诸如螺栓连接、焊接等，通过采用正确计算、结构设计和紧固方法来限制应力，防止运转状态下连接松动、破坏，紧固失效。
（2）防止超载应力。通过在传动链预先采用"薄弱环节"预防超载（例如，采用"易熔"塞、限压阀、断路器等限制应力），避免主要受力件因超载而被破坏。
（3）避免交变应力。避免在可变应力（主要是周期应力）下零件产生疲劳。例如，钢丝绳滑轮组的钢丝绳在缠绕时，尽量避免其反向弯折导致的疲劳破坏。
（4）回转件的平衡。设计时，对材料的均匀性和回转精度应作出规定，并在使用前经过静平衡或动平衡试验，防止在高速旋转时引起振动，还可能使回转件的应力加大，甚至造成碎裂（如砂轮）。
3．材料和物质的安全性
用以制造机器的材料、燃料和加工材料在使用期间不得危及面临人员的安全或健康。
（1）承载能力。材料的力学特性，如抗拉强度、抗剪强度、冲击韧性、屈服极限等，应能满足执行预定功能的载荷作用的要求。
（2）对环境的适应性。材料应有良好的环境适应性，机械在预定的环境条件下工作时，应有抗腐蚀，耐老化、磨损的能力，不致于受物理性、化学性、生物性的影响而失效，从而避免事故的发生。
（3）材料的均匀性。根据零件的功能，保证材料的均匀性，防止由于工艺设计不合理，使材料的金相组织不均匀而产生残余应力，防止由于内部缺陷（如夹渣、气孔、异物、裂纹）给安全埋下隐患。
（4）避免材料的危险。在设计和制造选材时，应避免采用有毒性的材料或物质；应能避 免机器自身或由于使用某种材料而产生的气体、液体、粉尘、蒸气或其他物质造成的火灾和 爆炸风险；对可燃、易爆的液体及气体材料，应设计使其在填充、使用、回收或排放时减小危险或无危险。
4．履行安全人机工程学原则
在机械设计中，通过合理分配人机功能、适应人体特性、人机界面设计、作业空间的布置等方面履行安全人机工程学原则，提高机器的操作性能和可靠性，使操作者的体力消耗和心理压力尽量降到最低，从而减小操作差错。
5．设计控制系统的安全原则
机械在使用过程中，典型的危险工况有：意外启动；速度变化失控；运动不能停止；运动机器零件或工件掉下飞出；安全装置的功能受阻等。控制系统的设计应考虑各种作业的操作模式或采用故障显示装置，使操作者可以安全进行干预的措施，并遵循以下原则和方法：
（1）机构启动及变速的实现方式。机构的启动或加速运动应通过施加或增大电压或流体压力去实现，若采用二进制逻辑元件，应通过由"0"状态到"1"状态去实现；相反，停机或降速应通过去除或降低电压或流体压力去实现，若采用二进制逻辑元件，应通过"1"状态到"0"状态去实现。
（2）重新启动的原则。动力中断后重新接通时，如果机器自发启动会产生危险，就应采取措施，使动力重新接通时机器不会自行启动，只有再次操作启动装置机器才能运转。
（3）零部件的可靠性。这应作为安全功能完备性的基础，使用的零部件应能承受在预定使用条件下的各种干扰和应力，不会因失效而使机器产生危险的误动作。
（4）定向失效模式。这是指部件或系统主要失效模式是预先已知的，而且只要失效总是这些部件或系统，这样可以事先针对其失效模式采取相应的预防措施。
（5）"关键"件的加倍（或冗余）。控制系统的关键零部件，可以通过备份的方法，当一个零部件万一失效，用备份件接替以实现预定功能。当与自动监控相结合时，自动监控应采用不同的设计工艺，以避免共因失效。
（6）自动监控。自动监控的功能是保证当部件或元件执行其功能的能力减弱或加工条件变化而产生危险时，以下安全措施开始起作用：停止危险过程，防止故障停机后自行再启动，触发报警器。
（7）可重编程序控制系统中安全功能的保护。在关键的安全控制系统中，应注意采取可靠措施防止储存程序被有意或无意改变。可能的话，应采用故障检验系统来检查由于改变程序而引起的差错。
（8）有关手动控制的原则：
①手动操纵器应根据有关人类工效学原则进行设计和配置。
②停机操纵器应位于对应的每个启动操纵器附近。
③除了某些必须位于危险区的操纵器（如急停装置、吊挂式操纵器等）外，一般操纵器都应配置于危险区外。
④如果同一危险元件可由几个操纵器控制，则应通过操纵器线路的设计，使其在给定时间内，只有一个操纵器有效；但这一原则不能用于双手操纵装置。
⑤在有风险的地方，操纵器的设计或防护应做到不是有意识的操作不会动作。
⑥操作模式的选择。如果机械允许使用几种操作模式以代表不同的安全水平（如允许调整、维修、检验等），则这些操作模式应装备能锁定在每个位置的模式选择器。选择器的每个位置都应相应于单一操作或控制模式。
（9）特定操作的控制模式。对于必须移开或拆除防护装置，或使安全装置的功能受到抑制才能进行的操作（如设定、示教、过程转换、查找故障、清理或维修等），为保证操作者的安全，必须使自动控制模式无效，采用操作者伸手可达的手动控制模式（如止-动、点动或双手操纵装置），或在加强安全条件下（如降低速度、减小动力或其他适当措施）才允许危险元件运转并尽可能限制接近危险区。
6．防止气动和液压系统的危险
当采用气动、液压、热能等装置的机械时，必须通过设计来避免与这些能量形式有关的各种潜在危险。
（1）借助限压装置控制管路中最大压力不能超过允许值；不因压力损失、压力降低或真空度降低而导致危险。
（2）所有元件（尤其是管子和软管）及其连接应密封，要针对各种有害的外部影响加以防护，不因泄漏或元件失效而导致流体喷射。
（3）当机器与其动力源断开时，贮存器、蓄能器及类似容器应尽可能自动卸压，若难以实现，则应提供隔离措施或局部卸压及压力指示措施，以防剩余压力造成危险。
（4）机器与其能源断开后，所有可能保持压力的元件都应提供有明显识别排空的装置和绘制有注意事项的警告牌，提示对机器进行任何调整或维修前必须对这些元件卸压。
7．预防电的危险
电的安全是机械安全的重要组成部分，机器中电气部分应符合有关电气安全标准的要求。预防电的危险尤其应注意防止电击、短路、过载和静电。
四、减少或限制操作者涉入危险区的需要
1．设备的可靠性
可靠性是指机器或其零部件在规定的使用条件下和规定期限内执行规定的功能而不出现故障的能力。
（1）规定的使用条件。这是指机械设计时考虑的空间限制，包括环境条件（如温度、压力、湿度、振动、大气腐蚀等）、负荷条件（载荷、电压、电流等）、工作方式（连续工作或断续工作）、运输条件、存贮条件及使用维护条件等。
（2）规定的时间。这是指机械设备在设计时规定产品的时间性指标，如使用期、有效期。行驶里程、作用次数等。
（3）规定的功能。这是指机械设备的性能指标，是该机械若干功能全体的总和，而不是其中一个元件或一部分的功能。
可靠性应作为安全功能完备性的基础，这一原则适用于机器的零部件及机械各组成部分。提高机械的可靠性可以降低危险故障率，减少需要查找故障和检修的次数，不因为失效使机器产生危险的误动作，从而可以减少操作者面临危险的概率。
2．采用机械化和自动化技术
在生产过程中，用机械设备来补充、扩大、减轻或代替人的劳动，该过程便称为机械化过程。自动化则更进了一步，即机械具有自动处理数据的功能。机械化和自动化技术可以使人的操作岗位远离危险或有害现场，从而减少工伤事故，防止职业病；同时，也对操作人员提出了较全面的素质要求。
（1）操作自动化。在比较危险的岗位或被迫以机器特定的节奏连续参与的生产过程，使用机器人或机械手代替人的操作，使得工作条件不断改善。
（2）装卸搬运机械化。装卸机械化可通过工件的送进滑道、手动分度工作台等措施实现；搬运的自动化可通过采用工业机器人、机械手、自动送料装置等实现。这样可以限制由搬运操作产生的风险，减少重物坠落、磕碰、撞击等接触伤害。装卸应注意防止由于装置与机器零件或被加工物料之间阻挡而产生的危险，以及检修故障时产生的危险。
3．调整、维修的安全
在设计机器时，应尽量考虑将一些易损而需经常更换的零部件设计得便于拆装和更换；提供安全接近或站立措施（梯子、平台、通道）；锁定切断的动力；机器的调整、润滑、一般维修等操作点配置在危险区外，这样可减少操作者进入危险区的需要，从而减小操作者面临危险的概率。 |
