机械安全--与人体部位接近速度.doc

机械安全与人体部位接近速度相关防护设施的定位
GB/T 19876－2005
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会2005－08－03发布　　2006－04－01实施
前言
　　本标准修改采用国际标准ISO 13855：2002《机械安全与人体部位接近速度相关防护设施的定位》(英文版）。
　　本标准根据ISO 13855:2002重新起草，其结构和内容与ISO 13855:2002一致，但按照我国标准的编写规则对国际标准做了编辑性修改。本标准与ISO 13855：2002的主要差异如下:
——取消了国际标准前言；
-—对国际标准的引言进行了部分修改;

—-对第2章中引用的相关国际标准，已转化成我国国家标准的均直接引用相应的国家标准；
-—取消了附录C,附录C列出了一些国际标准与欧洲标准的对应关系，对于理解本标准的作用不大，故予以取消。
　　本标准的附录A和附录B都是资料性附录。
　　本标准由全国机械安全标准化技术委员会（SAC／T208)提出并归口。
　　本标准起草单位：机械科学研究院中机生产力促进中心。
　　本标准主要起草人：陈建民、宁燕、聂北刚、李勤。
引　　言
　　一定类型的防护设施减小风险的有效性，在一定程度上与其被正确配置在有关危险区设施的相关部件有关。在确定这类配置时，通常还要考虑到下列因素:
—-识别危险和评价风险的需要；
—-使用者的实际经验，包括事故统计和现行的国家标准；
——技术现状和今后可能的发展；
-—所使用的设施类型；
——所用防护设施的响应时间;
——防护设施动作后使机器达到安全状态，例如停机状态所需的时间；
——人体各部位的生物力学和人体测量数据
-—人体部位从危险区附近传感装置或致动装置移开时所取的路径；
——在装置和危险区间有人的可能性;
—-未发觉接近危险区的可能性。
　　如果上述各方面进一步扩展，在本标准中所反映的技术现状亦应予以改进。
　　本标准给出的指导所依据的前提，要通过恰当引用C类标准和通过完成风险评价选用恰当的装置。
　　在实施时,计算得出的距离应为人员接近危险区面临的风险提供足够的保护,这类风险会由任何一种机械危险产生，如挤压、剪切、切割或割断、缠绕、吸入或陷入、摩擦或磨损、刺穿或扎穿以及撞击等。
　　本标准未覆盖针对由固态或液态材料喷射引起的机械危险和由诸如毒物的泄漏泄放、电、辐射等引起的非机械性危险所形成风险的防护。
　　如果本标准用于非工业目的，设计者应该考虑到这些数据是基于工业实践经验的。
　　本标准是基于成人的速度和较低的探测指数制定的,在有关场合，为了计算儿童可能触及的距离，只有取得儿童接近速度方面的具体数据才行.
1 范围
　　本标准提供了基于人的手臂数据与接近速度所得到的参数,并提供了确定从防护装置的传感器或致动装置到危险区最小距离的方法.
　　这些特定装置是：
a）GB／T 15706．1—1995中3．23．5所规定的自动停机装置（特别是电敏防护装置、压敏垫），包括用来辅助触发运行的那些装置.
b）GB／T 15706．1-1995中3．23．4所规定的并在GB／T 19671－2005中所包含的双手操纵装置。
　　注:本标准将单手致动的止动控制装置不视为防护设施.
　　本标准不适用于拟在小于计算距离的危险区旁，不借助工具移动的防护设施,如悬吊式双手控制装置。
　　根据本标准所得到的最小距离不适用于在一个已具有防护装置或电敏式防护装置的防护区域中探测是否有人存在的防护设施
2 规范性引用文件
　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准.
GB／T 15706．1-1995 机械安全基本概念与设计通则第1部分：基本术语、方法学（eqv ISO／TR 12100—1:1992）
GB／T 15706．2—1995 机械安全基本概念与设计通则第2部分：技术原则与规范（eqv ISO／TR 12100-2：1992）
GB／T 16856-1997 机械安全风险评价的原则(eqvprEN 1050:1997)
GB／T 19671-2005 机械安全双手操纵装置功能状况及设计原则(ISO 13851：2002，MoD）
GB 12205．1—1997 机械安全防止上肢触及危险区的安全距离（eqv ISO／DIS 13852：1996）
GB／T 19436．1—2004 机械电气安全电敏防护装置第1部分一般要求及试验（IEC 61496-1：1997，IDT)
3 术语和定义
GB／T 15706．1—1995和GB／T 15706．2-1995确定的以及下列术语和定义适用于本标准。
3．1
　　致动 actuation
　　探测到人体或其某一部位移动时防护装置的实际动作。
3．2
　　全系统停机性能overall system stopping performance
T
　　从感应致动到危险状态停止，或到机器呈现安全状态所经历的时间或过程。该时间或过程至少由两个时间阶段构成:
T=t1+t2
　　式中，t1为从感应致动到输出信号，开关装置处于断开状态所需的最大时间；t2为机器最长响应时间，即：从防护设施收到输出信号后机器到停止或危险消除所需的时间；t2受各种因素如温度、阀门开关时间、元件老化等的影响.
［GB／T 19436．1-2004，3．20］
　　注:图1给出了t1与t2间的关系。t1和t2分别为防护设施和机器的功能.它们由设计和测量所确定。
1-—防护设施致动；
2—-防护设施动作；
3——危险消除。
图1 t1和t2间的关系
3．3
　　探测能力 detection capability
d
　　供应商所规定的、引发电敏式防护设施（ESPE）致动的传感功能参数限值。
［GB／T 19436．1－2004，3．6]
3．4
　　电敏式防护设施 electro—sensitive protective equipment
ESPE
　　为防止脱扣和感应人的存在而在一起共同工作的装置和（或）元件集成.它至少由一个敏感装置一些控制／监视装置和输出信号开关装置构成.
［GB／T 19436．1-2004，3．1]
4 方法
　　图2为确定防护装置、传感装置或致动装置正确的流程图，具体如下:
a）识别危险并评价风险（见GB／T 15706．1—1995和GB／T 16856—1997).
b)如果有机器C类标准，从该标准中选择一种特定形式的防护装置，并使用该标准所规定的距离。
c）如果没有C类标准或C类标准没有规定最小距离,那么使用本标准给出的公式，计算所选防护装置的最小距离。应遵照A类或B类相关标准选择适当类型的防护设施。
d）应在机器设计中选用这个距离.
e)装置的安装方式应能确保不经其探测则不可能进入危险区。
f)检查所确定的位置,是否存在允许有人处于防护装置的传感装置和危险区之间时而未被探测到的情况。如果有这种情况，可能需要依据风险情况采取一些补充措施。
图2 方法流程图
5 最小距离计算公式
　　用下面给出的通用公式（1）,计算从危险区到所探测的点、线、平面或区域的最小距离S，单位为毫米(mm）：
S=（K×T)+C　　………………(1）
　　式中：
K——从有关人体或人体部位的接近速度导出的参数,单位为毫米每秒(mm/s)(见附录B)；
T——全系统停机性能,单位为秒（s）（见3．2)；
C—-附加距离，单位为毫米（mm)，根据在防护设施致动之前朝危险区闯入的情况所给出的。实例见附录A。
6 采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施的最小距离的计算
　　本标准的使用者应根据对某一特定机器适当的c类标准，为其选用电敏式防护设施。如果没有相应的C类标准，使用者应根据GB／T 16856进行风险评价。
　　本条款根据人对着探测区的接近方向,主要考虑3种情况:
a)与防护面垂直接近(见图3）;
S——最小距离；
1——危险区；
2—-探测区；
3-—接近方向;
4-—固定式防护装置.
图3 垂直接近的3个例子
b）平行接近(见图4)；
c）呈角度接近(见图5）.
　　可以预见到，电敏式防护设施探测区中或与其相邻处缝隙能让人体或其体部位进入危险区,那么,在正确定位防护设施及所考虑附加的安全防护装备时，要对这种情况加以考虑。还应防止人从上方或绕过电敏式防护设施、其他防护设施和附加安全防护装备而进入危险区。
6．1 垂直方向接近探测区
6．1．1 采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施
　　从探测区到危险区的最小距离应不小于式(2）计算结果：
S＝（2 000 mm／s×T)+8(d－14 mm）…………………………（2）
　　通过公式（1）（见第5章)代换:
K＝2 000 mm／s；
C＝8(d－14 mm),但不小于0；
　　式中d是装置的探测能力，以毫米计。
　　该公式适用于S最大达500 mm的最小距离的计算。S的最小值不应小于100 mm。
　　如果使用公式(2）发现5值大于500 mm，则可使用式（3)计算：
S＝（1 600 mm／s×T）+8(d－14 mm）…………………………（3)
　　通过公式（1）(见第5章)代换:
K＝1 600 mm／s；
C＝8(d－14 mm),但不小于0，在这种情况下，S的最小值不小于500 mm。
　　在可预见的场合，采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施可能被用于非工业应用时，例如有儿童出现的场合，利用公式(2）计算得出的最小距离至少增加75 mm.应该注意，此时，公式（3)是不适用的。
6．1．2 在机器运行再启动时使用的采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施
　　在有机器运行再启动的情况下，使用的采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施,其探测能力应等于或小于30 mm，公式(2）（见6．1．1）适用，最小距离应大于150 mm.
　　如果探测能力等于或小于14 mm时，公式(2）应是适用的，且最小距离S应大于100 mm。
　　注1：GB／T 15706．1和GB／T 15706．2及相关的C类标准中给出了在有机器运行再启动情况下使用电敏式防护设施的条件。
　　注2:GB／T 19436．1—2004中给出了有关电敏式防护设施附加要求。
6．1．3 探测能力大于40 mm且小于等于70 mm的采用有源光电式防护装置的电敏式防护设施
　　这类设施不用来探测手的闯入,因此只在危险评价表明不需要探测手的闯入场合应用.
　　该种设施应按下列参数安装.
　　从探测区到危险区的最小距离在一定程度上取决于待探测的人体部位,并应用式(4）计算：
S＝（1 600 mm／s ×T)+850 mm…………………………（4）
　　通过公式（1)（见第5章）的代换：
K=1 600 mm／s：
C=85 mm。
　　在所有情况下，在风险评价阶段，对意外进入的风险都应加以考虑，除非最高处的光束高度大于或等于900 mm，最低处的光束高度小于或等于300 mm。
　　如果能预见到电敏式防护设施用于非工业场合时，如可能有儿童出现，则最低处光束的高度应小于或等于200 mm。
6．1．4 多路分道光束
　　多路分道光束，如由2，3或4分道光束构成组合光束，常常用来探测全身,而非人体局部的闯入。
　　如果危险评价表明这种分道光束是适用的，则应按公式（4)（见6．1．3)的计算，将这些光束配置在离危险区的最小距离处.
　　危险评价时，对于那些为避开这种设施而也许可能使用旁通的办法也应考虑到，如
——在最低处光束下爬过;
——从最高处光束上面越过；
——从两光束之间穿过；
——整个人体从两束光之间进入.
　　表1中给出的光束2、3和4的高度被认为是最为实用的
表1 光束的高度　　单位为毫米
光束数
基准面(如地板）以上的高度
4
300,600，900，1 200
3
300,700，1 100
2
400,900
6．1．5 单路高度光束
　　只有在平行于地面，且光束被直立姿势的人体阻挡的情况下才考虑使用这类光束。
　　当危险评价表明允许单独使用单路高度光束时,使用式（5)计算最小距离：
S=（1 600 mm／s×T)+1 200 mm…………………………（5）
　　距地面或参考面750 mm的高度（见GB 12265．1－1997,4．1．1)是工业上解决从光束上面跨过或从光束下意外进入的实用方案。
H——基准面上方探测区高度；
S——最小距离；
1——危险区；
2--探测区;
3——接近方向；
4——固定式防护装置；
5—-探测区的起始.
图4 平行接近探测区
6．2 平行接近探测区
　　使用下式计算最小距离
S=（1 600mm/s×T）+（1 200mm－0．4H）…………………（6)
　　通过公式（1)（见第5章)代替：
K＝1 600 mm／s：
C＝1 200 mm－0．4H,但不小于850mm，式中H是基准面(例如地板）上方探测区的高度,以毫米为单位.
　　对于此种类型防护设施，探测区的高度H值不应大于1 000 mm,然而,当高度H值大于300 mm时（对有儿童出现的非工业场合为200 mm),在探测区下方存在意外未被探测到的风险，作危险评价时应对此予以考虑。
　　探测区的最小允许高度用式(7）计算：
H＝15（d－50 mm）…………………………(7）
　　这样,对于给定的探测区高度，相应的探测能力d用式(8）计算：
d＝H／15+50 mm…………………………（8）
　　即，如果探测区的高度已知或已确定，最大探测能力是可以计算的。例如，在计算L型电敏式防护设施的水平截面时,或者如果探测能力是已知的或已确定的时，则最小高度就能计算出来，直到最大允许高度1 000 mm。
6．3 呈角度接近探测区
　　如果防护设施的安装得使接进探测区的角度在其原设计接近方向的(垂直或水平)在±5°之内，那么就不认为是呈角度接近探测区，并应用相关公式计算即可（见6．1,6．2和6．4).
　　对于按接近方向大于角度±5°配置的探测区,应考虑与所预见的接近方法和所用的最适合的公式计算相关的风险.
　　当接近角度大于30°应视为垂直接近（见6．1和图5a）
　　当接近角度小于30°应视为平行接近(见6．2和图5b）
　　当呈角度地接近探测区被认为是被认为是平行时，6．2中联系H和d的公式(7)适用于最低处的光束或靠近参考面的光束（图6中的H)。在平行接近的情况下,计算最小距离S的公式适用于离危险区最远的光束。这个光束可用于最大高度达1000mm的探测区。
6．4 双位置设施
　　当探测区能很容易地被转换到与接近方向或垂直或水平的位置时，则应使用两个接近方向的最小距离（见A．4中例3）.
　　探测区的旋转轴应处在同时满足两种接近要求的点上,这个点必须不在那个最近的光束上.
　　当处于与接近方向(垂直于探测区）相垂直的位置时,使用公式（2)（见6．1．1）计算最小距离S，S在≤500 mm范围内。
　　如果使用公式(2）计算得到S值大于500mm，则可以用公式（3）（见6．1．1)计算，但最小距离为500 mm时除外。
　　当处于与接近方向（平行于探测区）相平行的位置时,使用公式（6）、（7）和(8计算最小距离S，最大达1 000 mm。
S--最小距离；
1——危险区；
2-—探测区；
3——接近方向;
4——固定式防护装置;
5--探测区起始端。
图5 接近探测区的角度
H—-探测区的高度（最低处的光束)；
S-—最小距离；
1——危险区；
2-—探测区；
3——接近方向；
4——固定式防护装置；
5—-探测区起始端。
图6探测区的高度(最低处的光束)
图7双位置设施
7 地面设置的停机装置最小距离计算方法
7．1 通用方法
　　依据适合的C类标准选择和使用由脚引发的地面设置的停机装置.如无C类标准，则取决于按GB／T 16856进行的风险评价。
　　地面设置的停机装置的例子包括压敏垫，压敏地板和有源光电式防护装置。
　　本条中对地面停机装置计算得出最小距离是假设进入危险区的接近速度为步行速度。有关从上面越过危险区的风险见附录B。
　　最小距离使用公式（6)计算（见6．2):
S=（1 600 mm／s×T)+（1 200 mm－0．4 H） ……………………（9）
　　式中，S是从危险区到离危险区最远的装置探测边缘的在水平最小距离，以毫米计，H是参考面，如地板上方的距离，以毫米计（见7．3）。
7．2 地板式装设
　　大多数情况下,停机装置都直接被安装在地板上，即H为零.安装在地板上的停机装置的最小距离应使用从公式（6）演变的公式（9）计算(见6．2)
S＝（1 600 mm／s ×T)+1 200 mm…………………………（10）
7．3台阶式装设
　　如果停机装置被安装在台阶上或高台上，那么最小距离可减少0．4H,H为台阶的高度，以毫米计.
8 双手控制装置
　　从最近的致动器到危险区域的最小距离应使用式(11）计算：
S＝（1 600 mm／s×T）+250 mm…………………………（11）
　　通过公式（1）(见第5章)代换:
K＝1 600 mm／s;
C=250 mm.
　　在致动器被驱动时，如能通过足够的阻挡，使手或手的一部分进入危险区的风险可以排除掉，那么，C可以为零,并有一个S为100 mm最小允许距离.
　　注：GB／T 19671《机械安全双手操纵装置功能状况及设计原则》已就防止舍弃预定控制操作的问题给出了阻挡方面的建议.其中,为防止手或手的一部分进入危险区所给出的措施并非在所有应用场合都是充分的.
附录 A
（资料性附录)
计算实例
A．1 通则
　　本附录给出如何使用本标准的实例。
　　在实例中假设，适用的C类或相关机器的风险评价允许使用举例中选用的防护设施。
A．2 例1
　　某机器停机时间t2为60ms,装有一个探测能力为14mm，响应时间t1为30 ms垂直动作光电式防护装置的电敏式防护设施。
　　使用公式(2）
S=（2000mm/s×T)+8(d－14mm)…………(A．1）
　　式中，S是危险区到探测区的最小距离，以毫米计;
T为总响应时间，即（60+30)ms=90ms
d＝14 mm。
　　则：
S＝(2 000 mm/s×0。09s）+8(14－14)mm
S=180 mm
A．3 例2
　　与例1机器相同，但探测能力为30mm。
　　使用公式(2）
S=（2000mm/s×T)+8（d－14mm)………（A．2）
式中：
T为总响应时间，即（60+30）ms=90ms；
d=30 mm
则：
S=(2 000 mm／s×0.09s)+8（30－14）mm
S=180 mm+128 mm
S=308 mm
A．4 例3
　　机器要求一个双位置探测区，机器台高度1 000 mm。全系统停机性能T为100毫秒，帘幕探测能力d为40 mm.
垂直应用
　　使用公式（2）
S=（2 000 mm／s×T）+8(d－14 mm)…………………(A．3）
式中:
T=100 ms
d=40 mm。
则:
S=（2 000 mm／s×0．1 s)+8（40-14）mm
S=200 mm+208 mm
S=408 mm
　　由于结果小于500 mm，因此公式有效.
水平应用
　　使用公式（6）
S=（1 600 mm／s×T）+（1 200 mm－0．4H） …………………(A．4）
　　式中，（1 200 mm－0．4H)不小于850 mm
则：
S＝(1 600 mm／s×0．1 s）+850mm
S=160 mm+850 mm
S=1 010 mm
　　轴中心点应在距危险区408mm的水平距离位置。
　　探测区的最小长度为（1010－408)mm=602mm。
　　危险评价表明，在本例中,对于所得出的从轴中心到危险区之间为408mm的距离时，是否需要附加安全防护。
A．5 不同器件的比较例子
A．5．1 例4
　　利用有源光电式防护装置探测一个自动机器系统危险区的意外.
　　风险评价表明,一个单独的多路分道式光束装置是恰当的，并选用了一种三束光器件。
　　机器系统的停机时间为300ms,防护设施的响应时间为35ms.
　　从表1可知，光束应设置在地面上300mm，700mm和1100mm处,最小距离由公式（4)计算：
S=(1600mm/s×0.335s）+850mm………（A．5）
　　式中，T=335ms
则：
S=（1 600 mm/s×0。335s)+850mm
S=536 mm+850mm
S=1 386 mm
A．5．2 例5
　　与例4中机器相同，但通过一个装在地板上的压敏垫或一个垫在地板上的有源光电式防护装置替代三光束装置。
S=(1600mm/s×T)+1200mm…………………（A．6）
则：
S=（1 600 mm／s×0．335 s）+1 200mm
S=536 mm+1 200 mm
S=1 736 mm
A．6 例6
　　危险评价表明，一个双手控制装置适合用来防止对危险区的进入。装置和机器的总响应时间为90 ms。
　　使用公式（11)
S=（1 600 mm／s×0．09 s）+250 mm……………………(A．7）
则：
S=（1 600 mm／s×0．09 s)+250 mm
S=144 mm+250 mm
S=394 mm
　　如果采用充分的阻挡措施,最小距离S可减少到144 mm（见第8章)。
附录B
（资料性附录)
步行速度和步距
B．1 通则
　　由于人步入探测区，例如踏上压敏垫,而致动的设施的定位要受到接近速度和步距大小的影响.
　　步行速度和步距取决于不同人群的身体数据和人体测量数据。
B．2 接近速度
　　本标准假设，人走向危险区时具有一定的行进速度。
　　其他类型的接近,如跑步或跳跃等,应在风险评价时加以考虑.
B．3 步距
　　现有的研究数据表明，以步行速度行进时,从脚后跟触地处量出的两步间（即以同一只脚起步和停步）距离的95%长度约为1 900 mm。将这一长度被2除并减去5%的鞋长，则得到步距为700mm.如果假设，在探测区和步距间有必要规定一个修正值的话，比如说50 mm的允差，则得出探测区的最小宽度为750 mm.