机械中危险和有害因素的识别及机械事故的原因分析

一、危险和有害因素

1. 危险和有害因素概念

《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB 13861—2009）中，危险和有害因素是指能对人造成伤亡或影响人的身体健康甚至导致疾病的因素。

由于危险是引起伤害的外界客观因素，所以，人们常称之为危险因素。客观危险对人身心的不利作用和影响的后果由其种类、性质状态、量值大小、作用强度以及作用时间与方式等因素决定。

根据外界因素对人的作用机理、作用时间和作用效果，在狭义概念上，通常将其分为危险因素和有害因素。

1）危险因素

危险因素是指直接作用于人的身体，可能导致人员伤亡后果的外界因素，强调危险事件的突发性和瞬间作用。例如物体打击、刀具切割、电击等。直接危害即狭义安全问题，强调突发性和瞬间作用。

2）有害因素

有害因素是指通过人的生理或心理对人的健康间接产生的危害，可能导致人员患病的外界因素。例如粉尘、噪声、振动、辐射危害等。间接危害即狭义卫生问题，强调在一定时间范围内的积累作用。

事故隐患泛指现存系统中可导致事故发生的物的危险状态以及人的不安全行为和管理上的缺陷。

机械设备及其生产过程中存在的危险因素和有害因素，在很多情况下是来自同一源头的同一因素，由于转变条件和存在状态不同、量值和浓度不同、作用的时间和空间不同等原因，其后果有很大差别。有时表现为人身伤害，这时常被视为危险因素；有时由于影响健康引发职业病，所以又被视为有害因素；有时两者兼而有之，强行区分危险因素和有害因素容易造成认识混乱，反而不利于危险因素的识别和安全风险分析评价。为便于管理，现在对此分类的趋势是对危险因素和有害因素不更加细区分而统称为危险有害因素，或将二者并为一体统称危险因素。

2. 危险和有害因素产生的原因

危险和有害因素造成事故或灾难后果，本质上是由于存在着能量和有害物质，且能量或有害物质失去控制（泄漏、散发、释放等）。因此，能量和有害物质存在并失控是危险和有害因素产生的根源。

二、危险和有害因素的分类

“危险”一词常常与其他词联合使用来限定其起源或预料其具体的损伤及危害健康的性质。但是，对危险因素表述的随意性，往往会给机械危险因素的识别工作造成混乱，所以应该按标准对其进行规范的分类。我国现行有效的相关安全标准有《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB 13861—2009）和《机械安全基本概念与设计通则》（GB/T 15706—2007）等。

1. 按导致事故和职业危害的原因分类

《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB/T 13861—2009）将生产过程中的危险和有害因素按照危险和有害因素的性质进行分类，共分为4大类：人的因素、物的因素、环境因素、管理因素。

1）人的因素

人的因素是指与生产各环节有关的，来自人员自身或人为性质的危险和有害因素。

2）物的因素

物的因素是指机械、设备、设施、材料等方面存在的危险和有害因素。

3）环境因素

环境因素是指生产作业环境中的危险和有害因素。

4）管理因素

管理因素是指管理和管理责任缺失所导致的危险和有害因素。

2. 按机械设备自身的特点分类

《机械安全基本概念与设计通则》（GB/T 15706—2007）根据ISO国际标准，参考工业发达国家的普遍做法，按机械设备自身的特点、能量形式及作用方式，将机械加工设备及其生产过程中的不利因素，分为机械的危险有害因素和非机械的危险有害因素两大类。

1）机械的危险有害因素

机械的危险有害因素是指机械设备及其零部件（静止的或运动的）直接造成人身伤亡事故的灾害性因素。例如，由钝器造成挫裂伤、锐器导致的割伤、高处坠落引发的跌伤等机械性损伤。

2）非机械的危险有害因素

非机械的危险有害因素是指机械运行生产过程及作业环境中可导致非机械性损伤事故或职业病的因素。例如，电气危险、热危险、噪声和振动危险、辐射危险，由机械加工、使用或排出的材料和物质产生的危险，在设计时由于忽略人类工效学产生的危险等。

无论是导致直接危害还是间接危害的影响因素，《机械安全基本概念与设计原则》（GB/T 15706—2007）标准不再细分危险因素与有害因素，一律称为危险因素。此标准第一次将未履行安全人机学原则产生的危险明确为危险因素之一。

三、由机械产生的危险

由机械产生的危险是指机械本身和在机械使用过程中产生的危险，可能来自机械自身、燃料原材料、新的工艺方法和手段、人对机器的操作过程，以及机械所在的场所和环境条件等多方面。根据《机械安全基本概念与设计通则》（GB/T 15706—2007）标准，由机械产生的机械危险和非机械危险主要有以下几个方面。

1. 机械危险

由于机械设备及其附属设施的构件、零件、工具、工件或飞溅的固体、流体物质等的机械能（动能和势能）作用可能产生伤害的各种物理因素，以及与机械设备有关的滑绊、倾倒和跌落危险。

2. 电气危险

电气危险的主要形式是电击、燃烧和爆炸。电气危险产生的情况有人体与带电体的直接接触或接近高压带电体，静电现象，带电体绝缘不充分而产生漏电，线路短路或过载引起的熔化粒子喷射、热辐射和化学效应，以及由于电击所导致的惊恐使人跌倒、摔伤等。

3. 温度危险

温度危险包括人体与超高温物体、材料、火焰或爆炸物接触，以及热源辐射所产生的烧伤或烫伤；高温生理反应；低温冻伤和低温生理反应；高温引起的燃烧或爆炸等。

产生温度危险的条件有环境温度，冷、热源辐射或直接接触高、低温物体（材料、火焰或爆炸物等）。

4. 噪声危险

噪声危险的主要危险源有机械噪声、电磁噪声和空气动力噪声等。

根据噪声的强弱和作用时间不同，可造成耳鸣、听力下降、永久性听力损伤，甚至爆震性耳聋等；对生理的影响（包括对神经系统、心血管系统的影响）；使人产生厌烦、精神压抑等不良心理反应；干扰语言和听觉信号，从而可能继发其他危险等。

5. 振动危险

振动危险按振动作用于人体的方式可分为局部振动和全身振动。振动可对人体造成生理和心理的影响，严重的振动可能产生生理严重失调等病变。

6. 辐射危险

辐射危险是指某些辐射源可杀伤人体细胞和机体内部的组织，轻者会引起各种病变，重者会导致死亡。各种辐射源可分为电离辐射和非电离辐射两类。

电离辐射包括X射线、γ射线、α粒子、β粒子、质子、中子、高能电子束等。

非电离辐射包括电波辐射（低频、无线电射频和微波辐射）、光波辐射（红外线、紫外线和可见光辐射）和激光等。

7. 材料和物质产生的危险

接触或吸入有害物，可能是有毒、腐蚀性或刺激性的液、气、雾、烟和粉尘等；生物（如霉菌）和微生物（病毒或细菌）、致害动物、植物等；火灾与爆炸危险；料堆（垛）坍塌、土/岩滑动造成淹埋所致的窒息危险。

8. 未履行安全人机工程学原则产生的危险

由于机械设计或环境条件不符合安全人机工程学原则，存在与人的生理或心理特征、能力不协调之处，可能产生以下危险：

（1）对生理的影响：超负荷、长期静态或动态操作姿势、超劳动强度导致的危险。

（2）对心理的影响：由于精神负担过重而紧张、生产节奏过缓而松懈、思想准备不足而恐惧等心理作用产生的危险。

（3）对人操作的影响：表现为操作偏差或失误而导致的危险等。

（4）其他影响：不符合卫生要求的气温、湿度、气流、照明等作业环境。

9. 综合性危险

存在于机械设备及生产过程中的危险有害因素涉及面很宽，既有设备自身造成的危害，又有材料和物质产生的危险，也有生产过程中人的不安全因素，还有工作环境恶劣、劳动条件差（如负荷操作）等原因带来的灾害，表现为复杂、多样、动态、随机的特点。有些单一危险看起来微不足道，但当它们组合起来时就可能发展为严重危险。

四、机械危险的主要伤害形式和机理

1. 机械伤害

机械危险对人员造成伤害的实质，是机械能（动能和势能）的非正常做功、传递或转化，即机械能量失控导致人员伤害。机械能是物质系统由于相互之间存在作用而具有的能量。

1）动能

动能是指物体由于做机械运动而具有的能量。

单纯移动机械零件的动能可用式（3−1）计算：

式中 T——机械零件的功能，J；

m——机械零件的质量，kg；

v——机械零件的速度，m/s。

绕定轴单纯转动机械零件的动能可用式（3−2）计算：

式中 J——机械零件的转动惯量，kg·m2；

ω——机械零件的转动角速度，rad/s。

机械既移动又转动、做复杂运动的机械零件，其总动能可用式（3−3）计算：

式中 vc——机械零件质心的速度，m/s；

Jc——机械零件对通过质心且垂直于运动平面的轴的转动惯量，kg·m2。

2）势能

势能亦称位能，指物质系统由于各物体之间（或物体内各部分之间）存在相互作用而具有的能量。可分为引力势能（在重力场中也称重力势能）、弹性势能等。系统的势能由各物体的相对位置决定。

重力势能取决于位置的高度差，可用式（3−4）计算：

V=mgh （3−4）

式中 g——重力加速度，m/s2；

h——物体离坠落地的高度，m。

弹性势能是因物体发生形变而产生的能量。以弹簧为例，其弹性势能可用式（3−5）计算：

式中 k——弹簧的弹性系数，N/m；

l0，l——分别为弹性体的弹簧变形前的长度及变形后的长度，m。

物体的动能和势能可以通过力的做功实现互相转化。无论机械伤害以什么形式存在，总是与质量、速度、运动形式、位置和相互作用力等物理量有关。

2. 机械伤害的基本类型

1）卷绕和绞缠的危险

引起这类伤害的是做回转运动的机械部件，如轴类零件，包括联轴器、主轴、丝杠等；回转件上的突出形状，如安装在轴上的凸出键、螺栓或销钉、手轮上的手柄等；旋转运动的机械部件的开口部分，如链轮、齿轮、皮带轮等圆轮形零件的轮辐，旋转凸轮的中空部位等。旋转运动的机械部件将人的头发、饰物（如项链）、手套、肥大衣袖或下摆随回转件卷绕，继而引起对人的伤害，如图3−2所示。

图3−2 卷绕和绞缠的危险

2）挤压、剪切和冲击的危险

引起这类伤害的是做往复直线运动的零部件。其运动轨迹可能是横向的，如大型机床的移动工作台、牛头刨床的滑枕、运转中的带链等；也可能是垂直的，如剪切机的压料装置和刀片、压力机的滑块、大型机床的升降台等。两个物件相对运动状态可能是接近型，距离越来越近，甚至最后闭合；也可能是通过型，当相对接近时，错动擦肩而过。做直线运动特别是相对运动的两部件之间、运动部件与静止部件之间产生对人的夹挤、冲撞或剪切伤害，如图3−3所示。

图3−3 挤压、剪切和冲击的危险

3）引入或卷入、碾轧的危险

引起这类伤害的是相互配合的运动副，例如，啮合的齿轮之间以及齿轮与齿条之间，带与带轮、链与链轮进入啮合部位的夹紧点，两个做相对回转运动的辊子之间的夹口引发的引入或卷入；轮子与轨道、车轮与路面等滚动的旋转件引发的碾轧等，如图3−4所示。

4）飞出物打击的危险

引起这类伤害的是由于发生断裂、松动、脱落或弹性位能等机械能释放，使失控的物件飞甩或反弹对人造成伤害。例如，轴的破坏引起装配在其上的带轮、飞轮等运动零部件坠落或飞出；由于螺栓的松动或脱落，引起被紧固的运动零部件脱落或飞出；高速运动的零件破裂，碎块甩出；切削废屑的崩甩等。另外，还有弹性元件的位能引起的弹射，例如，弹簧、带等的断裂；在压力、真空下的液体或气体位能引起的高压流体喷射等。

图3−4 引入或卷入、碾轧的危险

5）物体坠落打击的危险

引起这类伤害的是处于高位置的物体具有势能，当它们意外坠落时，势能转化为动能而造成伤害。例如，高处掉落的零件、工具或其他物体；悬挂物体的吊挂零件破坏或夹具夹持不牢引起物体坠落；由于质量分布不均衡、重心不稳，物体在外力作用下发生倾翻、滚落；运动部件运行超行程脱轨导致的伤害等。

6）切割和擦伤的危险

引起这类伤害的是切削刀具的锋刃，零件表面的毛刺，工件或废屑的锋利飞边，机械设备的尖棱、利角、锐边，粗糙的表面（如砂轮、毛坯）等，无论物体的状态是运动还是静止的，这些由于形状产生的危险都会构成潜在的危险。

7）碰撞和刮蹭的危险

引起这类伤害的是机械结构上的凸出、悬挂部分，如起重机的支腿、吊杆，机床的手柄，长、大加工件伸出机床的部分等。这些物件无论是静止的，还是运动的，都可能产生危险。

8）跌倒、坠落的危险

引起这类伤害的是地面堆物无序或地面凸凹不平导致的磕绊跌伤；接触面摩擦力过小（光滑、油污、冰雪等）造成打滑、跌倒；人从高处失足坠落，误踏入坑井坠落等。由于跌落引起二次伤害，后果将会更严重。

机械危险大量表现为人员与可运动件的接触伤害，各种形式的机械危险与其他非机械危险往往交织在一起。在进行危险识别时，应该从机械系统的整体出发，综合考虑机械的不同状态、同一危险的不同表现方式、不同危险因素之间的联系和作用，以及显现或潜在危险的不同形态等。

3. 机器产生机械危险的条件

机械能（动能和势能）传递和转化失控、运动载体或容器的破坏，以及人员的意外接触等，是机械危险事件发生的条件。在对机械本身和机械使用过程中产生的危险进行识别时，一定要分析产生机械危险的条件，从而消除产生危险的根源或降低事故发生的频率，减小伤害程度。

（1） 形状和表面性能。切割要素、锐边利角部分、粗糙或过于光滑的表面。

（2） 相对位置。与运动零部件可能产生接触的危险区域、相对位置或距离。

（3） 质量和稳定性。重力影响下可运动零部件的位能，由于质量分布不均而造成重心不稳和失衡。

（4） 质量和速度（加速度）。可控或不可控运动中的零部件的动能、速度和加速度的量。

（5） 机械强度。由于机械强度不够，零（构）件断裂、容器破坏或结构件坍塌。

（6） 位能积累。弹性元件（弹簧）以及在压力、真空下的液体或气体的势能。

五、事故原因分析

安全隐患可存在于机械的设计、制造、运输、安装、使用、报废、拆卸及处理等全寿命的各个环节和各种状态。机械事故的发生往往是多种因素综合作用的结果，用安全系统的认识观点，可以从物的不安全状态、人的不安全行为和安全管理上的缺陷找到原因。

1. 物的不安全状态（技术原因）

物的不安全状态构成生产中的客观安全隐患和危险是引发事故的直接原因。广义的物包括机械设备、工具，原材料、中间与最终成品、排出物和废料，作业环境和场地等。物的不安全状态可能来自机械设备寿命周期的各个阶段。

1）设计阶段

机械结构设计不合理、未满足安全人机工程学要求、计算错误、安全系数不够、对使用条件估计不足等导致的先天安全缺陷。

2）制造阶段

零件加工超差、粗制滥造，原材料以次充好、偷工减料，安装中的野蛮作业等，使机械及其零部件受到损伤而埋下隐患。

3）使用阶段

购买无生产许可的、有严重安全隐患或问题的机械设备；设备缺乏必要的安全防护装置，报废零部件未及时更换带病运行，润滑保养不良；拼设备，超机械的额定负荷、额定寿命运转，不良作业环境造成零部件腐蚀性破坏、机械系统功能降低甚至失效等。

2. 人的不安全行为

在机械使用过程中，人的不安全行为是引发事故的另一个重要的直接原因。人的行为受到生理、心理等多种因素的影响，表现是多种多样的。缺乏安全意识和安全技能差，即安全素质低下是人为引发事故的主要原因，例如，不了解所使用机械存在的危险、不按安全规程操作、缺乏自我保护和处理意外情况的能力等。指挥失误（违章指挥）、操作失误（操作差错、违章作业）、监护失误等是人的不安全行为常见的表现。在日常工作中，人的不安全行为常常表现在不安全的工作习惯上，例如，工具或量具随手乱放、测量工件不停机、站在工作台上装夹工件、越过运转刀具取送物料、攀越大型设备不走安全通道等。

3. 安全管理缺陷

安全管理是一个系统工程，包括领导者的安全意识水平，健全的安全管理组织机构和明确的安全生产责任制，对设备（特别是对危险设备和特种设备）的监管，对员工的安全教育和培训，安全规章制度的建立，制定事故应急救援预案，建立“以人为本”的职业安全卫生管理体系等。

物的不安全状态、人的不安全行为往往是事故发生的直接原因，安全管理缺陷是事故发生的间接原因，但它是深层次的原因。安全管理是生产经营活动正常运转的必要条件，同时又是控制事故、实现安全的极其重要的手段，每一起事故的发生，总可以从管理的漏洞中找到原因。