载重汽车轮胎成型机安全防护方案探讨

2013-07-13李言堂

设备管理与维修 2013年3期

关键词：安全门成型机供料

李言堂

作者通联：莱茵技术-商检（青岛）有限公司山东青岛市崂山区株洲路175号2号楼6 层 266101

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一、载重汽车轮胎成型机安全防护

1.载重汽车轮胎成型机（图1）

图1 轮胎成型机外观

轮胎成型机横向导轨上，从左到右依次分布有胎体贴合鼓、胎体传递环、成型毂、带束层传递环和带束层毂。横向导轨的前方，从左到右依次为垫胶供料架、卸胎机构和胎面供料架。

横向导轨的后方左侧为主供料架，其底层依次分布六个料卷开卷机构，二层用于调整和检修；右侧为带束层供料架，其底层依次分布四个料卷开卷机构，二层也用于调整和检修。

2.分区及危险识别

轮胎成型机的主要危险为传递环往复运动的撞击危险，三个鼓的缠绕危险。在开卷机构处也存在缠绕危险。表1 分别按工作区，主供料架二层，主供料架底层，带束层料架二层，带束层料架底层五个分区列明轮胎成型机的主要危险源。

表1 轮胎成型机危险源明细

3.安全方案设计

从使用方便性、防护有效性、成本经济性观点出发，轮胎成型机采用防护围栏，安全地毯，安全光栅，安全触边，联锁开关，安全脚踏和急停开关七类安全装置。

安全地毯的使用场合和选型时应注意，在设备主操作区铺满安全地毯，并根据实际工作需要将其划分为SM1-SM5 五个区域。主要危险是传递环往复运动引起的冲击危险，其次是表1 工作区内的其他运动引起的危险。该区域采取的安全方案是当操作者踩到安全地毯的某一区域时，该区域以及紧邻区域的危险运动都要停下来，并禁止这些运动再次被启动，只有操作者退出此区域并按下操作屏上的复位按钮后，机器才能正常运转，但贴合鼓和带束层毂除外，原因是这个工位的工作需要操作人员介入，根据欧洲机械指令附录I，1.2.5 节[1]的规定，贴合鼓和带束层毂的正翻转必须是脚踏点动控制，并且低速运转。

二、两个最容易忽视的问题

1.点动控制方式

目前的点动操作是由脚踏开关实现的，急停装置例如拉绳开关安装在操作区的上方，急停按钮安装在离地1m 以上操作盒上，方便用手来操作。在现场，用塑料棒模拟人手指被千层辊和贴合毂（图2）拖入时，由于本能反映，操作者会一直狠踩脚踏点动，以此作为身体的支撑点，想把手臂拽出来，由于脚踏点动一直被踩着，点动控制反而不起作用。人急于拽出手臂也无暇去找急停设备。受操作者加力踩脚踏开关这一细节启发，选择复位按钮与脚踏开关在一起的安全脚踏开关（图3），来使操作者从此危险中解脱出来。这种安全脚踏开关，正常操作时踏板处在初始和中间位置即可工作，脚踏力一般在10N。操作者惊慌时脚踏力会＞100N，而触发第三位置，并一直保持在该位置，相当于急停开关的作用。危险情况消除后，按下其上的复位按钮，脚踏开关回复到初始位置。

图2 千层辊和贴合毂拖入危险点

图3 安全脚踏

2.确定地毯宽度

现场调查发现，大多数工厂安全地毯的宽度是400mm，与技术人员交流后，发现400mm 宽度的选择是没有依据的。根据 ISO 13855:2010[2]第七章‘ 安全地毯布置的计算方法’的要求，安全地毯的最小宽度不能＜750mm（考虑大部分人的跨步尺寸，以防止跨过而没有踩踏地毯）。假设从地毯的外边缘到危险运动部件的距离为S，则有式1。

式中 1600——人的步行速度，mm/s

T——从地毯触发到危险部件停下来的时间，ms

1200——人站在地毯最外边缘探身后，手指可以碰到的最大距离，mm

考虑到传递环的主要危险是对身体撞击，应只考虑跨步尺寸750mm（参见ISO 13855:2010），不应采用1200mm。公式1 应调整为式2：

从安全地毯和控制器查得相应时间为tc=35ms；由停止时间测试仪测得从控制仪给出信号到传递环停下来的时间为tf=374ms，则T=tc+tf=409ms，S=1400mm。停止时间测试仪器及装置见图4、图5。

图4 停止时间测试仪器

图5 停止时间测试装置

三、安全光栅的选型和安装要求

LB1-LB4，LB6-LB9和 LB11 -LB12 是每个开卷工位安装的安全光栅。由于开卷小车要经常出入该工位，所以选择安全光栅作为保护措施方便操作。LB5，LB10和LB13为二层巡视平台的楼梯口处安装的安全光栅；LB14为成品小车的进出口处安装的安全光栅。

开卷工位发生过操作者的手臂被绞断的事故，所以该区域也是重点保护区域。该区域采取的安全方案是当操作者进出这一区域时，进出口的光栅被阻断，该区域的危险运动都要停下来，并禁止这些运动再次被起动，只有操作者退出这个区域并按下复位按钮后，机器才能正常运转。但是垫布缠绕除外，原因是这个工作也需要操作人员的介入，根据欧洲机械指令附录I，1.2.5 节的规定，垫布缠绕辊必须是点动控制，由于本身转速很低，点动转速和自动转速是一样的。在选用安全光栅时，需要考虑以下几点。

（1）开卷工位的操作盒上只允许设点动按钮和急停按钮。

（2）复位按钮的安装位置必须在危险区外，既可以使站在该复位位置的操作者观察到该危险区，又要保证处在危险内的人员无法复位它。例如图2中的Reset（LB1-5）就是LB1-LB5 安全光栅的复位按钮安装位置。

（3）每一工位的安全光栅采用两束光，离地高度分别为400mm和900mm。见ISO 13855 附录E。

四、联锁开关安装要求

图6中SQ1 是二层楼梯口处的安全门，SQ2 是防护围栏上的安全门。该区域采取的安全方案是当安全门打开后，该区域的危险运动都要停下来，并禁止这些运动再次被起动，只有操作者退出将这个区域，并按下复位按钮后，机器才能正常运转。选用安全门时，需要考虑以下几点。

（1）复位按钮的安装位置必须在危险区外，既可以使站在该复位位置的操作者观察到该危险区，又要保证处在危险内的人员无法复位它。例如安全门装置中的SQ1，就是安全门的复位按钮安装位置。

（2）安全门上联锁开关的触点必须是肯定断开形式的，带有或标志。参见 ISO 14119 [3]。

（3）安全触边选型。实际工作中对于安全触边的选型，技术人员也不清楚选型依据。危险运动的停车滑行距离可用公式3 求出，根据ISO 13856-2[4]附录C，安全触边的最小过行程可按公式4 计算。

图6 安全门与联锁开关

两式中 S1——危险运动的停车滑行距离，mm

V——危险运动速度mm/s

T——总停车时间，s

t1——安全触边的响应时间，s

t2——机器停车时间，s

S——最小过行程，mm

c——安全系数，一般选1.2

垫胶或胎面供料架的伸出速度V=60mm/s，t1=90ms，t2=265ms，则S1=10.65mm，S=12.78mm。即安全触边的最小过行程为12.8mm。查规格书发现SL/NO GP 58（L）EPDM的最小过行程值为19mm，这个值明显大于要求的12.8mm。

（4）围栏的设计和安装要求。安装围栏，根据ISO 13857[5]，围栏网格为32mm×32mm，高度1600mm。

五、安全性能等级的确定

根据ISO 13849-1[6]附录A，利用S，F和P 三个风险参数，可以确定每个危险区域的性能级别要求值见表2。

以安全地毯区域内的传递环快速往返运动为例，说明性能级别的确定。因为传递环的撞击为严重伤害（S2），操作者在该风险下暴露的时间很长（F2），并且一旦发生撞击几乎不可能躲开（P2），故从1 点开始沿图7 粗线对应的性能级别为e。图7中风险参数，S为伤害程度，P 是避免危险或限制伤害的可能性，S1为轻伤(通常可逆的伤害)，P1在特定条件下可能性，S2严重(通常不可逆的损伤或死亡)，P2为几乎不可能，F 频率和/或暴露于危险，F1很少-不太经常和/或暴露时间短，F2频繁-连续的和/或曝光时间很长。

表2 性能级别要求值

图7 安全功能性能等级风险图

六、安全电路的设计

为了更清楚地说明问题，以下安全电路只反映安全信号的输入、逻辑处理单元和执行机构。安全电路见图8，安全地毯、安全光栅和安全门开关分别为输入信号，PONZ multi为安全PLC，继电器K1和K2，Kinetix 6200 伺服驱动器，M为电机，安全设备清单及参数见表3。一旦有安全信号输入，K1和K2 由常闭转换为分断状态，Kinetix 6200 驱动电机紧急停止并置于安全状态。