李言堂

作者通聯(lián)：萊茵技術(shù)-商檢（青島）有限公司 山東青島市嶗山區(qū)株洲路175號(hào)2號(hào)樓6 層 266101

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一、載重汽車輪胎成型機(jī)安全防護(hù)

1.載重汽車輪胎成型機(jī)（圖1）

圖1 輪胎成型機(jī)外觀

輪胎成型機(jī)橫向?qū)к壣希瑥淖蟮接乙来畏植加刑ンw貼合鼓、胎體傳遞環(huán)、成型轂、帶束層傳遞環(huán)和帶束層轂。橫向?qū)к壍那胺剑瑥淖蟮接乙来螢閴|膠供料架、卸胎機(jī)構(gòu)和胎面供料架。

橫向?qū)к壍暮蠓阶髠?cè)為主供料架，其底層依次分布六個(gè)料卷開(kāi)卷機(jī)構(gòu)，二層用于調(diào)整和檢修；右側(cè)為帶束層供料架，其底層依次分布四個(gè)料卷開(kāi)卷機(jī)構(gòu)，二層也用于調(diào)整和檢修。

2.分區(qū)及危險(xiǎn)識(shí)別

輪胎成型機(jī)的主要危險(xiǎn)為傳遞環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的撞擊危險(xiǎn)，三個(gè)鼓的纏繞危險(xiǎn)。在開(kāi)卷機(jī)構(gòu)處也存在纏繞危險(xiǎn)。表1 分別按工作區(qū)，主供料架二層，主供料架底層，帶束層料架二層，帶束層料架底層五個(gè)分區(qū)列明輪胎成型機(jī)的主要危險(xiǎn)源。

表1 輪胎成型機(jī)危險(xiǎn)源明細(xì)

3.安全方案設(shè)計(jì)

從使用方便性、防護(hù)有效性、成本經(jīng)濟(jì)性觀點(diǎn)出發(fā)，輪胎成型機(jī)采用防護(hù)圍欄，安全地毯，安全光柵，安全觸邊，聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)，安全腳踏和急停開(kāi)關(guān)七類安全裝置。

安全地毯的使用場(chǎng)合和選型時(shí)應(yīng)注意，在設(shè)備主操作區(qū)鋪滿安全地毯，并根據(jù)實(shí)際工作需要將其劃分為SM1-SM5 五個(gè)區(qū)域。主要危險(xiǎn)是傳遞環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的沖擊危險(xiǎn)，其次是表1 工作區(qū)內(nèi)的其他運(yùn)動(dòng)引起的危險(xiǎn)。該區(qū)域采取的安全方案是當(dāng)操作者踩到安全地毯的某一區(qū)域時(shí)，該區(qū)域以及緊鄰區(qū)域的危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)都要停下來(lái)，并禁止這些運(yùn)動(dòng)再次被啟動(dòng)，只有操作者退出此區(qū)域并按下操作屏上的復(fù)位按鈕后，機(jī)器才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但貼合鼓和帶束層轂除外，原因是這個(gè)工位的工作需要操作人員介入，根據(jù)歐洲機(jī)械指令附錄I，1.2.5 節(jié)[1]的規(guī)定，貼合鼓和帶束層轂的正翻轉(zhuǎn)必須是腳踏點(diǎn)動(dòng)控制，并且低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

二、兩個(gè)最容易忽視的問(wèn)題

1.點(diǎn)動(dòng)控制方式

目前的點(diǎn)動(dòng)操作是由腳踏開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，急停裝置例如拉繩開(kāi)關(guān)安裝在操作區(qū)的上方，急停按鈕安裝在離地1m 以上操作盒上，方便用手來(lái)操作。在現(xiàn)場(chǎng)，用塑料棒模擬人手指被千層輥和貼合轂（圖2）拖入時(shí)，由于本能反映，操作者會(huì)一直狠踩腳踏點(diǎn)動(dòng)，以此作為身體的支撐點(diǎn)，想把手臂拽出來(lái)，由于腳踏點(diǎn)動(dòng)一直被踩著，點(diǎn)動(dòng)控制反而不起作用。人急于拽出手臂也無(wú)暇去找急停設(shè)備。受操作者加力踩腳踏開(kāi)關(guān)這一細(xì)節(jié)啟發(fā)，選擇復(fù)位按鈕與腳踏開(kāi)關(guān)在一起的安全腳踏開(kāi)關(guān)（圖3），來(lái)使操作者從此危險(xiǎn)中解脫出來(lái)。這種安全腳踏開(kāi)關(guān)，正常操作時(shí)踏板處在初始和中間位置即可工作，腳踏力一般在10N。操作者驚慌時(shí)腳踏力會(huì)＞100N，而觸發(fā)第三位置，并一直保持在該位置，相當(dāng)于急停開(kāi)關(guān)的作用。危險(xiǎn)情況消除后，按下其上的復(fù)位按鈕，腳踏開(kāi)關(guān)回復(fù)到初始位置。

圖2 千層輥和貼合轂拖入危險(xiǎn)點(diǎn)

圖3 安全腳踏

2.確定地毯寬度

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)工廠安全地毯的寬度是400mm，與技術(shù)人員交流后，發(fā)現(xiàn)400mm 寬度的選擇是沒(méi)有依據(jù)的。根據(jù) ISO 13855:2010[2]第 七 章‘ 安全地毯布置的計(jì)算方法’的要求，安全地毯的最小寬度不能＜750mm（考慮大部分人的跨步尺寸，以防止跨過(guò)而沒(méi)有踩踏地毯）。假設(shè)從地毯的外邊緣到危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)部件的距離為S，則有式1。

式中 1600——人的步行速度，mm/s

T——從地毯觸發(fā)到危險(xiǎn)部件停下來(lái)的時(shí)間，ms

1200——人站在地毯最外邊緣探身后，手指可以碰到的最大距離，mm

考慮到傳遞環(huán)的主要危險(xiǎn)是對(duì)身體撞擊，應(yīng)只考慮跨步尺寸750mm（參見(jiàn)ISO 13855:2010），不應(yīng)采用1200mm。公式1 應(yīng)調(diào)整為式2：

從安全地毯和控制器查得相應(yīng)時(shí)間為tc=35ms；由停止時(shí)間測(cè)試儀測(cè)得從控制儀給出信號(hào)到傳遞環(huán)停下來(lái)的時(shí)間為tf=374ms，則T=tc+tf=409ms，S=1400mm。停止時(shí)間測(cè)試儀器及裝置見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 停止時(shí)間測(cè)試儀器

圖5 停止時(shí)間測(cè)試裝置

三、安全光柵的選型和安裝要求

LB1-LB4，LB6-LB9和 LB11 -LB12 是每個(gè)開(kāi)卷工位安裝的安全光柵。由于開(kāi)卷小車要經(jīng)常出入該工位，所以選擇安全光柵作為保護(hù)措施方 便 操 作。LB5，LB10和LB13為 二層巡視平臺(tái)的樓梯口處安裝的安全光柵；LB14為成品小車的進(jìn)出口處安裝的安全光柵。

開(kāi)卷工位發(fā)生過(guò)操作者的手臂被絞斷的事故，所以該區(qū)域也是重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域。該區(qū)域采取的安全方案是當(dāng)操作者進(jìn)出這一區(qū)域時(shí)，進(jìn)出口的光柵被阻斷，該區(qū)域的危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)都要停下來(lái)，并禁止這些運(yùn)動(dòng)再次被起動(dòng)，只有操作者退出這個(gè)區(qū)域并按下復(fù)位按鈕后，機(jī)器才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是墊布纏繞除外，原因是這個(gè)工作也需要操作人員的介入，根據(jù)歐洲機(jī)械指令附錄I，1.2.5 節(jié)的規(guī)定，墊布纏繞輥必須是點(diǎn)動(dòng)控制，由于本身轉(zhuǎn)速很低，點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速和自動(dòng)轉(zhuǎn)速是一樣的。在選用安全光柵時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)。

（1）開(kāi)卷工位的操作盒上只允許設(shè)點(diǎn)動(dòng)按鈕和急停按鈕。

（2）復(fù)位按鈕的安裝位置必須在危險(xiǎn)區(qū)外，既可以使站在該復(fù)位位置的操作者觀察到該危險(xiǎn)區(qū)，又要保證處在危險(xiǎn)內(nèi)的人員無(wú)法復(fù)位它。例如圖2中的Reset（LB1-5）就是LB1-LB5 安全光柵的復(fù)位按鈕安裝位置。

（3）每一工位的安全光柵采用兩束光，離地高度分別為400mm和900mm。見(jiàn)ISO 13855 附錄E。

四、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)安裝要求

圖6中SQ1 是二層樓梯口處的安全門，SQ2 是防護(hù)圍欄上的安全門。該區(qū)域采取的安全方案是當(dāng)安全門打開(kāi)后，該區(qū)域的危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)都要停下來(lái)，并禁止這些運(yùn)動(dòng)再次被起動(dòng)，只有操作者退出將這個(gè)區(qū)域，并按下復(fù)位按鈕后，機(jī)器才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。選用安全門時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)。

（1）復(fù)位按鈕的安裝位置必須在危險(xiǎn)區(qū)外，既可以使站在該復(fù)位位置的操作者觀察到該危險(xiǎn)區(qū)，又要保證處在危險(xiǎn)內(nèi)的人員無(wú)法復(fù)位它。例如安全門裝置中的SQ1，就是安全門的復(fù)位按鈕安裝位置。

（2）安 全 門 上聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)必須是肯定斷開(kāi)形式的，帶有或標(biāo)志 。參 見(jiàn) ISO 14119 [3]。

（3）安 全 觸 邊選型。實(shí)際工作中對(duì)于安全觸邊的選型，技術(shù)人員也不清楚選型依據(jù)。危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的停車滑行距離可用公式3 求出，根據(jù)ISO 13856-2[4]附錄C，安全觸邊的最小過(guò)行程可按公式4 計(jì)算。

圖6 安全門與聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)

兩式中 S1——危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)的停車滑行距離，mm

V——危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)速度mm/s

T——總停車時(shí)間，s

t1——安全觸邊的響應(yīng)時(shí)間，s

t2——機(jī)器停車時(shí)間，s

S——最小過(guò)行程，mm

c——安全系數(shù)，一般選1.2

墊膠或胎面供料架的伸出速度V=60mm/s，t1=90ms，t2=265ms，則S1=10.65mm，S=12.78mm。即安全觸邊的最小過(guò)行程為12.8mm。查規(guī)格書(shū)發(fā)現(xiàn)SL/NO GP 58（L）EPDM的最小過(guò)行程值為19mm，這個(gè)值明顯大于要求的12.8mm。

（4）圍欄的設(shè)計(jì)和安裝要求。安裝圍欄，根據(jù)ISO 13857[5]，圍欄網(wǎng)格為32mm×32mm，高度1600mm。

五、安全性能等級(jí)的確定

根據(jù)ISO 13849-1[6]附錄A，利用S，F(xiàn)和P 三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，可以確定每個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域的性能級(jí)別要求值見(jiàn)表2。

以安全地毯區(qū)域內(nèi)的傳遞環(huán)快速往返運(yùn)動(dòng)為例，說(shuō)明性能級(jí)別的確定。因?yàn)閭鬟f環(huán)的撞擊為嚴(yán)重傷害（S2），操作者在該風(fēng)險(xiǎn)下暴露的時(shí)間很長(zhǎng)（F2），并且一旦發(fā)生撞擊幾乎不可能躲開(kāi)（P2），故從1 點(diǎn)開(kāi)始沿圖7 粗線對(duì)應(yīng)的性能級(jí)別為e。圖7中風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，S為傷害程度，P 是避免危險(xiǎn)或限制傷害的可能性，S1為輕傷(通?？赡娴膫?，P1在特定條件下可能性，S2嚴(yán)重(通常不可逆的損傷或死亡)，P2為幾乎不可能，F(xiàn) 頻率和/或暴露于危險(xiǎn)，F(xiàn)1很少-不太經(jīng)常和/或暴露時(shí)間短，F(xiàn)2頻繁-連續(xù)的和/或曝光時(shí)間很長(zhǎng)。

表2 性能級(jí)別要求值

圖7 安全功能性能等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)圖

六、安全電路的設(shè)計(jì)

為了更清楚地說(shuō)明問(wèn)題，以下安全電路只反映安全信號(hào)的輸入、邏輯處理單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。安全電路見(jiàn)圖8，安全地毯、安全光柵和安全門開(kāi)關(guān)分別為輸入信號(hào)，PONZ multi為安全PLC，繼電器K1和K2，Kinetix 6200 伺服驅(qū)動(dòng)器，M為電機(jī)，安全設(shè)備清單及參數(shù)見(jiàn)表3。一旦有安全信號(hào)輸入，K1和K2 由常閉轉(zhuǎn)換為分?jǐn)酄顟B(tài)，Kinetix 6200 驅(qū)動(dòng)電機(jī)緊急停止并置于安全狀態(tài)。

七、安全性能計(jì)算

有關(guān)安全設(shè)備的操作周期，見(jiàn)表4的假設(shè)。

圖8 安全電路示意圖

表3 安全設(shè)備清單及參數(shù)

表4 設(shè)備操作周期

德國(guó)社會(huì)意外傷害保險(xiǎn)職業(yè)安全和健康研究所（IFA）于2010年開(kāi)發(fā)了基于ISO 13849-1 性能級(jí)別計(jì)算軟件（Version 1.1.4）。將表4的安全數(shù)據(jù)輸入該軟件后的計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)圖9。

八、結(jié)論

上述安全方案，安全電路以及表5 安全部件的選型滿足ISO 13849-1的要求。

圖9 安全回路性能等級(jí)計(jì)算結(jié)果

表5 安全回路性能級(jí)別