机械的组成及安全

工作母机是制造机器和机械的机器，如车床、铣床、刨床和磨床等，是整个工业体系的基石和摇篮，处于产业链核心环节，决定着一个国家或地区的工业发展水平和综合竞争力。

一、机械的组成规律和工作原理

了解机械的组成规律和实现使用功能的工作原理，对确定机械作业危险区，分析工艺过程中人员暴露于危险作业区的时间和频次，以及作业人员介入的操作方式和性质，从而进行危险识别、安全风险评价，采取针对性安全管理措施、提出技术整改建议都是极为重要的，也是安全工作者专业技能的基本功之一。

1. 机械的组成规律

由于应用目的不同，不同功能的机械形成千差万别的种类系列，它们的组成结构差别很大，必须从机械最基本的特征入手，把握机械组成的基本规律。其组成结构如图 3−1所示。

图3−1 机械的组成结构

2. 机械的一般工作原理

机械的原动机将各种能量形式的动力源转变为机械能输入，经过传动机构转换为适宜的力、速度和运动形式，再传递给执行机构，通过执行机构与物料或作业对象的直接作用，完成制造或服务任务。控制系统对整个机械的工作状态进行控制调整，组成机械的各部分借助支承装置连接成一个有机的整体。机械各组成部分的功能如下：

1）原动机

原动机提供机械工作运动的动力源。常用的原动机有电动机、内燃机、人力或畜力（常用于轻小设备或工具，作为特殊场合的辅助动力）和其他形式等。

2）执行机构

执行机构也称为工作机构，是实现机械应用功能的主要机构。通过刀具或其他器具与物料的相对运动或直接作用，改变物料的形状、尺寸、状态或位置。执行机构是区别不同功能机械的最有特性的部分，它们之间的结构组成和工作原理往往有很大的差别。执行机构及其周围区域是操作者进行作业的主要区域，称为操作区。

3）传动机构

传动机构用来将原动机与执行机构联系起来，传递运动和力（力矩），或改变运动形式。对于大多数机械，传动机构将原动机的高转速低扭矩转换成执行机构需要的较低速度和较大的力（力矩）。常见的传动机构有齿轮传动、带传动、链传动、曲柄连杆机构等。传动机构包括除执行机构之外的绝大部分可运动零部件。不同功能机械的传动机构可以相同或类似，传动机构是机械具有共性的部分。

4）控制系统

控制系统是人机接口部位，可操纵机械的启动、制动、换向、调速等运动，或控制机械的压力、温度或其他工作状态，包括各种操纵器和显示器。显示器可以把机械的运行情况适时反馈给操作者，以便操作者通过操纵器及时、准确地控制、调整机械的状态，保证作业任务的顺利进行，防止事故发生。

5）支承装置

支承装置用来连接、支承机械的各个组成部分，承受工作外载荷和整个机械的质量，是机械的基础部分，有固定式和移动式两类。固定式支承装置与地基相连（如机床的基座、床身、导轨、立柱等），移动式支承装置可带动整个机械运动（如可移动机械的金属结构、机架等）。支承装置的变形、振动和稳定性不仅影响加工质量，还直接关系作业的安全。

附属装置包括安全防护装置、润滑装置、冷却装置、专用的工具装备等，它们对保护人员安全、维持机械的稳定正常运行和进行机械维护保养起着重要的作用。

二、机械的使用环节、状态与危险区

在机械使用的各个环节和不同状态下，都存在表现不同的危险有害因素，既可能在机械实现预定功能运行期间存在（如危险运动件的运动、焊接时的电弧等），也可能意外地出现，使操作者不得不面临这样或那样的损伤或危害健康的风险。这种风险在机械使用的任何阶段和各种状态下都有可能发生。

1. 机械的使用环节

机械的全寿命周期可以分为机械产品形成和使用两个阶段。机械安全也体现在两个方面：一个方面是产品安全；另一个方面是使用安全。

机械产品形成阶段包括概念设计、产品设计、制造工艺设计、零件加工和装配总成。机械的使用环节不仅仅指执行预定使用功能的运转，广义的使用还包括编程和技术参数设定、示数、过程转换调整，清理、保养、査找故障和维修，由于转移作业场地而进行的拆卸、运输、安装，以及停止使用或报废处理等各个环节。机械安全的源头在设计，质量保证在制造。机械的安全性集中体现在使用阶段诸环节的各种状态。

2. 机械的状态

1） 正常工作状态

人们往往存在认识的误区，认为在机械的正常工作状态不应该有危险。其实不然。在机械完成预定功能的正常运转过程中，具备运动要素并产生直接后果，运转期间仍然存在着各种不可避免的危险，例如，零部件的相互配合运动、刀具锋刃的切割、重物在空中起吊、机械运转噪声和振动等，分别存在着绞碾夹挤、切割、重物坠落、环境恶化等危险有害因素。

2） 非正常工作状态

在机械作业运转过程中，多种原因会引起意外状态。有的可能是动力突然丧失，也可能是来自外界的干扰等，如意外启动或速度变化失控，外界磁场干扰使信号失灵，瞬时大风造成起重机倾覆等。机械的非正常工作状态往往没有先兆，可直接导致或轻或重的事故危害。

3） 故障状态

故障状态是指机械设备或零部件丧失了规定功能的状态。设备故障会造成整个机械设备的正常运行停止，有时关键机械的局部故障会影响整个流水线运转，甚至使整个车间停产，给企业带来经济损失。

从人员的安全角度看，故障状态可能会导致两种结果。有些故障的出现，对所涉及机械的安全功能影响很小，不会出现什么大的危险。例如，当机械的动力源或某零部件发生故障时，机械就会停止运转，机械处于故障保护状态，一切由于运动所导致的危险都不存在了。而有些故障的出现，会导致某种危险状态。例如，电气开关故障会产生不能停机的危险；砂轮轴的断裂会导致砂轮飞出的危险；速度或压力控制系统出现故障会导致速度或压力失控的危险等。

4） 非工作状态

非工作状态是指机器停止运转，处于静止状态。在大多数情况下，机械基本是安全的。但不排除环境照度不够导致的人员与机械悬凸结构的碰撞、跌入机坑的危险，结构坍塌，室外机械在风力作用下的滑移或倾覆，堆放的易燃易爆原材料在适宜环境条件下的燃烧爆炸等。

5） 检修保养状态

检修保养状态是指维护和修理所进行的作业活动，包括保养、修理、改装、翻建、检査、状态监控和防腐润滑等。尽管检修保养一般在停机状态下进行，但其作业的特殊性往往迫使检修人员采用一些超常规的操作行为，例如，攀高、钻坑、解除安全装置，或进入正常操作不允许进入的危险区等，使维护或修理很容易出现一些在正常操作时不会出现的危险。

3. 机械的危险区

机械的危险区是指使人员面临损伤或危害健康风险的机械内部或周围的某一区域。就大多数机械而言，机械的危险区主要在传动机构和执行机构及其周围区域。

传动机构和执行机构集中了机械上几乎所有的运动零部件。它们种类繁多，运动方式各异，结构形状复杂，尺寸大小不一，即使在机械正常状态下进行正常操作时，在传动机构和执行机构及其周围区域也有可能由于机械能遗散或非正常传递而形成危险区。

由于传动机构在工作中不需要与物料直接作用，在作业前调整好后，作业过程中基本不需要操作者频繁接触，所以，常用各种防护装置隔离或封装起来，只要保证防护装置的完好状态，就可以比较好地解决防止接触性伤害的安全问题。而执行机构及周围的操作区情况较为复杂，由于在作业过程中，需要操作者根据观察机器的运行状况不断地调整机械状态，人体的某些部位不得不经常进入或始终处于操作区，使操作区成为机械伤害的高发危险区，因此，成为安全防护的重点；又由于不同种类机械的工作原理区别很大，表现出来的危险有较大差异，因此，又成为安全防护的难点。

另外，采用移动式支承装置机械的安全防护，较固定式支承装置的机械更应引起重视。