機械安全可接觸表面溫度確定熱表面溫度限值的工學數據

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1、機械安全 可接觸表面溫度 確定熱表面溫度限值的工學數據 GB／T 18153—2000 國家質量技術監(jiān)督局2000—07—24批準 2000—12—01實施 ? ? 前言 ? 本標準等效采用歐洲標準EN 563：1994《機械安全 可接觸表面溫度 確定熱表面溫度限值的工效學數據》。 本標準與EN 563主要有以下五點不同： 將引用標準的導語按GB／T 1．1—1993進行了修改； 將引用的三項歐洲標準改為相應的國家標準； 在引用標準中取消了在EN 563：1994正文中未出現的prEN 614； 原標準EN 5

2、63：1994提示的附錄A是EN 563的科學背景，提示的附錄F是參考文獻，均與實施本標準無關，予以刪除； 依據標準范圍的限定，刪除了燒傷風險以外的疼痛方面文字。 本標準的附錄A是標準的附錄。 本標準的附錄B、附錄C、附錄D是提示的附錄。 本標準由國家經濟貿易委員會安全生產局提出。 本標準由全國機械安全標準化技術委員會歸口。 本標準由中國標準研究中心與機械工業(yè)部機械科學研究院負責起草。 本標準主要起草人；張銘續(xù)、李 勤、石俊偉、馬賢志、逄征虎。 ? ? EN前言 ? 本歐洲標準由秘書處設在DIN的CEN／

3、TC 122人類工效學技術委員會制定。 本歐洲標準是依據歐共體委員會和歐洲自由貿易聯(lián)盟對CEN的委托制定的，并保證歐共體指令的基本要求。 本標準是機械安全標準系列中的B1類標準，這意味著，在確定系列中的C類標準的要求時應該使用它；此外，本標準在相應的C類標準不存在時，應當對設計和結構規(guī)范的確定產生影響。盡管本標準是專為機械安全所寫，本B1類標準可以用于其它合適的應用領域。 標明“標準的”附錄是標準正文的一部分，標明“提示的”附錄，僅僅給出信息。在本標準中，附錄B是標準的附錄，附錄A、附錄C、附錄D、附錄E和附錄F是提示的附錄。 本歐洲標準或是以相同文本出

4、版或是簽署贊同而賦予國家標準的資格，至遲應在1994年12月完成，取消與之矛盾的國家標準不遲于1994年12月。 根據CEN／CENELEC內部法規(guī)，下述國家必須執(zhí)行本歐洲標準：奧地利、比利時、丹麥、芬蘭、法國、德國、希臘、冰島、愛爾蘭、意大利、盧森堡、荷蘭、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士和英國。 ? ? ? 0 引言 運行時是熱的、可接觸到的機械表面是燒傷風險源，接觸該熱表面，可以是有意識的，例如操縱機器手柄；也可能是機器附近的人員無意識發(fā)生的。在GB／T 15706中規(guī)定了機械安全設計通用指南，考慮到了防止傷害，包括防止熱傷害在內的措施。 為了評價

5、熱表面引起的燒傷風險，知道皮膚同熱表面接觸時導致燒傷的因素和影響是必要的，最重要的因素是： ——表面溫度： ——構成表面的材料； ——皮膚同表面接觸的時間。 還可能有其他較為次要的因素。在本標準中規(guī)定了皮膚同熱表面接觸時評價燒傷風險的數據，如果在其它標準或規(guī)則中有必要規(guī)定熱表面溫度限值，也可以使用這些數據。 本標準中規(guī)定的數據是以科學研究為基礎的，并且反映了接觸熱表面時人類皮膚的特性。 ? 1 范圍 本標準規(guī)定了人類工效學數據及其在確定熱表面溫度限值和評價燒傷風險時的應用。 在GB／T 15706的適用范圍內，本標準適

6、用于機械的熱表面，在正常使用期間該表面是能接觸的或是可能觸摸到的。 本標準規(guī)定了涉及有關情況的數據，在該情況下，裸露皮膚和熱表面間的接觸會燒傷或是可能引起燒傷。這些數據可供燒傷風險評價。 本標準還提供了用于確定防止皮膚燒傷的熱表面溫度限值的數據，該數據也可以用于專業(yè)機械標準的制定，其中要求把溫度限值作為風險評價結果。 本標準的數據適用于相對人體皮膚有較高熱容量的物體表面。 本標準不適用于大面積皮膚(大約占全身皮膚的10％或更多)和熱表面接觸的情況。 本標準也不適用于頭部10％以上皮膚的接觸，或導致面部重要部位燒傷的接觸。 注1：有時，

7、對個體而言與熱表面接觸的結果可能更為嚴重，例如： a)由導氣管節(jié)流閥產生的燒傷； b)大面積燒傷(全身皮膚10％以上)可能因體液損失而損傷循環(huán)系統(tǒng)， c)頭部或全身大比例的受熱，即使在沒有燒傷的情況下，可能引起不能接受的熱緊張。 本標準適用于成年人的健康皮膚。 本標準未提供防止疼痛的數據。 注2：當皮膚同熱表面接觸時，如果未超過本標準規(guī)定的燒傷閾值，通常是沒有燒傷風險，但是，可能出現疼痛，如果還需要防止疼痛，表面溫度值應該取自合適的其他來源。 ? 2 引用標準 下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條

8、文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。 GB／T 15706．1—1995 機械安全 基本概念與設計通則 第1部分：基本術語、方法學 GB／T 15706．2—1995 機械安全 基本概念與設計通則 第2部分：技術原則與規(guī)范 GB／T 16856—1997 機械安全 風險評價的原則 ? 3 定義 本標準采用下列定義。 3．1 表面溫度 surface temperature(Ts) 以攝氏度為單位測量的表面溫度。 3．2 接觸時間 conta

9、ct period(t) 從與表面發(fā)生接觸到與表面脫離的持續(xù)時間。 3．3 熱慣性 thermal inertia 材料的密度、熱傳導率和特定熱容量乘積。 3．4 材料表面特性 material properties of the surface 材料物理／化學成分和表面的特征(光滑、平坦)及形狀。 3．5 燒傷的分度 burn classification 根據燒傷深度分為三度： a)表皮燒傷 superficial partial thickness burn 是最表層的燒傷，表皮角質層、透明層、顆粒層以至棘細

10、胞層完全被破壞，但是生發(fā)層健在； b)深層燒傷 deep partial thickness burn 皮膚的基本部分和所有的腺壞死，僅有毛囊深處或汗腺殘存； c)全層燒傷 who1e thickness burn 皮膚全層已經破壞，皮膚附件全部壞死。 3．6 燒傷閾 burn threshold 在規(guī)定的接觸時間內，以皮膚與熱表面接觸無燒傷和引起表層部分燒傷間的溫度界限定義的表面溫度。 ? 4 燒傷閾 4．1 通則 本章給出了燒傷閾的表面溫度數據。通過將測量得到的表面溫度值與4．2中規(guī)定數據進行比較，可以作出燒傷

11、風險的評價(見GB／T 16856)。4．2中規(guī)定的燒傷閾也能用于防止燒傷和確定機器表面溫度限值，應用舉例見附錄C(提示的附錄)。 注：燒傷的發(fā)生與皮膚溫度和皮膚溫度升高的時間有關。但是，用簡單方法測量皮膚與機器熱表面接觸時的皮膚溫度不現實，因而在本標準中，不是規(guī)定皮膚的溫度值，而是規(guī)定同皮膚接觸導致燒傷的機器熱表面溫度(燒傷閾)，以便用相應測量設備測量。 皮膚同熱表面接觸時，導致燒傷的表面溫度與組成表面的材料有關、與皮膚同表面接觸的時間長短有關，如圖1所示。圖1顯示出幾類材料的這一關系，每類材料有類似的熱傳導性能，因而也有類似的燒傷閾。 ? 圖1 皮膚接觸熱表面

12、時燒傷閾和接觸時間關系示意圖 ? 燒傷閾曲線上的點表明，當皮膚同熱表面接觸時，對應某一具體的接觸時間，有一個介于不使皮膚傷害和發(fā)生表皮燒傷之間的表面溫度。通常，曲線以下的表面溫度值不導致燒傷，曲線以上的表面溫度值將導致皮膚的燒傷。 圖1只是示意性的、不能精確顯示燒傷閾數據，精確的燒傷閾值須從圖2至圖6和表1取得。 對于短時間接觸，燒傷閾不能從圖1至圖6曲線取得，但是能從分布導出，這是考慮到如下事實：對于短時間接觸，介于無燒傷和燒傷發(fā)生瞬間的溫度分界的知識不完整。燒傷閾取決于以下幾個因素：接觸處的皮膚厚度、皮膚表面的濕度(出汗)、皮膚的沾染物(例如：潤滑油脂)、接

13、觸力、劃為一類材料的熱傳導特性間的差別和燒傷閾值科學測定的不確定性。然而，這些影響比起不同材料類別的熱傳導特性影響要小。 對于較長時間接觸，其不確定性小于較短時間接觸，因而，規(guī)定了較長時間接觸燒傷閾精確值。 對于長時間接觸，各類材料之間在燒傷閾數據方面的差別不存在。 4．2燒傷閾數據 4．2．1 接觸時間小于1 s的燒傷閾 目前尚無接觸時間小于1 s的燒傷可靠數據，圖2至圖6的曲線不能提供接觸時間小于1s的燒傷閾。 注：在5．3．2中規(guī)定了關于很短接觸時間的標準應用。 4．2．2 接觸時間在1 s和10s之間的燒傷閾 4．2．2．1 通則

14、 在短時間(1 s～10s)接觸條件下，不是以數據規(guī)定燒傷閾分布，而是以曲線反映燒傷閾分布與接觸時間的關系。熱傳導率特性相同的材料燒傷閾合并顯示在一個范圍。 4．2．2．2 無涂敷層金屬 圖2是無涂敷層金屬光滑表面的燒傷閾，粗糙金屬表面的燒傷閾值可能高于光滑表面，但是不超過所示燒傷閾分布上限2℃。 4．2．2．3 有涂敷層金屬 圖3a和圖2b給出金屬涂敷層的效果數值，該值是在無涂敷層金屬燒傷閾之上的溫度增量，欲得到有涂敷層金屬的燒傷閾，必須把圖3a或圖3b中的溫度增量△Ts和圖2中的無涂敷金屬的燒傷閾Ts相加。 ? 圖2 皮膚接觸裸露(無涂敷層)金

15、屬熱光滑表面時燒傷閾分布 ? 圖3a 金屬涂敷50pm、100pm和150μm厚度蟲膠后，燒傷閾分布在圖2基礎上的增量 ? 圖3b 金屬涂敷耐綸11型聚酰胺纖維(厚度400μm)、粉末(60μm和90μm)和搪瓷(160μm)后，燒傷閾分布在圖2基礎上的增量 ? 4．2．2．4 陶瓷、玻璃和石材 圖4給出陶瓷、陶質玻璃、玻璃、瓷料和石材(大理石和混凝土)燒傷閾分布。 大理石和混凝土的燒傷閾在該分布下限附近，玻璃的燒傷閾在該分布上限附近。 ? 圖4 皮膚接觸陶瓷、玻璃和石材熱光滑表面時的燒傷閾分布 ? 4．2．2．5 塑料

16、圖5給出塑料(尼龍、有機玻璃、聚四氟乙烯和聚氯乙烯塑料)燒傷閾分布。 注：塑料有很不相同的熱導率等級，是由化學成分決定的。圖5給出大多數固體塑料燒傷閾分布，然而，那些與4．2．2．5中給出的材料熱傳導特性顯著不同的塑料不能使用圖5的燒傷閾。 ? 圖5 皮膚接觸塑料熱光滑表面時的燒傷閾分布 ? 4．2．2．6 木材 圖6給出木材燒傷閾分布。 低濕度的軟木，適用分布上限的數值；高含水的硬木，適用分布下限的數值。 4．2．3 接觸時間大于或等于1 min的燒傷閾 表1是與表面保持接觸時間大于或等于1 min的燒傷閾。 ? 表1 與表面

17、保持接觸時間大于或等于1 min的燒傷閾 接觸時間 材料 燒傷閾值，℃ 1 min 10 min 8h或更長 無涂敷金屬 51 ? ? 涂敷金屬 陶瓷、玻璃和石材 ? ? ? 塑料 ? ? ? 木材 注：接觸時間1 min的51℃數值也適用于本表未給出的高熱導率其它材料。 43℃對于接觸時間是8h或更長的所有材料適用，只有在人體的較小部分(小于人體總皮膚表面的10％)或是頭部較小部分(小于頭部皮膚表面的10％)接觸熱表面時才允許；如果接觸面積不僅是局部、或如果是面部致命部分接觸熱表面(例如，導氣管)，即使表面溫度不超過43℃，也可能發(fā)生嚴重損

18、害。 ? 圖6 皮膚接觸木材熱光滑表面時的燒傷閾分布 ? 5 應用 5．1 通則 為了評價皮膚同機械熱表面接觸的燒傷風險，必須按5．2測量該表面溫度，再從本標準取得燒傷閾值，為此，還必須考慮到表面材料的特性和預期接觸時間。在5．3中規(guī)定了正確選擇燒傷閾值的程序，由5．4敘述的測量表面溫度和燒傷閾值比較得出是否有燒傷風險的判斷。 為了在C類標準中確定防止燒傷的表面溫度限值，可以根據5．3選擇這些數值。 5．2 表面溫度測量 5．2．1 程序 表面溫度應該在皮膚與機械接觸的表面上測量。 測量應該在機器正常運行條件下進行，而且應該把

19、正常運行范圍的最遠邊沿包括在內，以便提供最高表面溫度。 注：測量表面溫度時，應該注意在傳感器和表面之間接觸良好，為此，施加適當的力和使用導熱糊是必要的，接觸面應處在表面上的平面處，并且接觸面與該平面不允許傾斜；只有在表面和傳感器之間達到溫度平衡、顯示值保持穩(wěn)定才可以讀取測量值，為了較快的達到平衡，在進行有效測量前，在熱表面的不同點上，允許加熱測量儀器的接觸傳感器。 5．2．2 測量儀器 測量表面溫度應該使用小熱容量接觸式金屬傳感器電測溫度計。該溫度計：量程不大于50℃，儀器的準確度至少為土1℃；量程大于50℃，應至少為土2℃。 注：本標準數據是使用上述推薦的測

20、量儀器測定的，不適于和用其他方法得到的結果作比較。 5．3 選擇合適的燒傷閾值 5．3．1 通則 為了選擇合適的燒傷閾值應該執(zhí)行5．3．2和5．3．3給出的程序。 5．3．2 確定接觸時間 應該區(qū)別發(fā)生接觸是無意識，還是有意識(如接觸控制器)。 即使無意識接觸的偶然事件，應使用最小接觸時間1s；如果有意識延長作用時間(如，在限制活動范圍的環(huán)境工作，老年人或殘疾人)，應該選擇較長的接觸時間，推薦4s，見附錄A(標準的附錄)。 如果是有意識接觸熱表面，接觸的最長時間或是測量，或是估算得出，應該把該時間作為實際接觸時間的基礎。應該優(yōu)先給出最長時間的

21、測量，如果不能由測量確定最長時間，則應該從表A1選擇有代表性的接觸時間；對有意識和熱表面接觸的情況，接觸時間不短于4s。 5．3．3 選擇燒傷閾 使用已確定的接觸時間，從接觸時間1s至10s的圖2至圖6的曲線上、或是從接觸時間等于大于1min的表1中取得燒傷閾。 接觸時間在10s和1min之間者，可以在圖2至圖6中指定材料的10s燒傷閾值(見4．2．2)和表1中1min的燒傷閾值(見4．2．3)之間作插值計算。 接觸時間大于1min、介于表1規(guī)定間隔之內者，適于在較短和較長的接觸時間對應的燒傷閾值之間作插值計算。 對于以確定溫度限值為目的者，推薦按下

22、述方法進行：在圖2至圖6中某材料組的燒傷閾值分布之內，如果接觸熱表面的概率高，選擇分布下端附近的溫度值；當接觸表面概率低時，選擇分布高端附近的溫度值。 對于圖2至圖6和表1中未提到的材料，有時可以根據其熱傳導性能估算。有關材料的熱慣性[見附錄D(提示的附錄)]必須可與金屬、陶瓷制品、玻璃材料、塑料或木材的熱慣性相比，該材料和熱慣性相同的材料組燒傷閾值一致，達到此目的前提是，所研究材料的熱慣性等級可以測量，或是與本標準所給材料熱慣性相比可作足夠準確估算。如果所研究材料熱慣性等級全然不知，不能從本標準中推導出燒傷閾值，這可能特別適用于塑料(例如，苯乙烯)，其熱傳導性能和4．2介紹的塑料材

23、質有顯著的區(qū)別。 5．4 比較 如果根據5．2測量的表面溫度高于按5．3選擇的燒傷閾，和熱表面接觸的皮膚傷害是可預料的；如果測量的溫度低于燒傷閾值，則皮膚一般不受傷害。 如果測量的表面溫度在圖2至圖6中陰影部分，燒傷可能發(fā)生，這與燒傷閾值特性固有不定性相關。 ? 6 說明和結論 6．1 表面溫度低于燒傷閾 如果測量的溫度低于燒傷閾，一般不需要燒傷防護措施。 6．2 表面溫度大于或等于燒傷閾 如果測量的表面溫度大于或等于燒傷閾，當皮膚同熱表面接觸時，有燒傷的風險。 如果需要采取防護措施，應采取的特別措施視具體操作情況而定，本標準

24、不作具體規(guī)定，但給出下述指南。防止引起燒傷的措施重要性隨著下述情況嚴重性增加而增大： ——測量表面溫度在燒傷閾之上越高； ——表面溫度超過燒傷閾的時間越長； ——易遭燒傷的人(例如，兒童)了解燒傷風險越少； ——迅速脫離接觸熱表面的反應可能性越??； ——接觸熱表面越容易； ——根據預期使用，接觸風險越高； ——發(fā)生接觸可能越頻繁， ——預期使用者對安全操作具有熱表面的機器初步知識越少。 上述要點并不全面，因此，應該評定每一情況。 有很多情況，機器的表面必須是熱的，而且為了操作還要能接近(例如，熱

25、輥)，在這些情況下，以降低表面溫度作防護措施不切合實際，此情況適用工程防護措施，最好采用個體防護措施，在附錄B(提示的附錄)中給出防護措施的示例。 在每一特定條件下應決定必須采用哪種防護措施，而且，全部伴隨情況都應考慮到，同時上面所述的各種因素也應考慮進去。在專用機械的標準中，如果有必要，應該規(guī)定合適的防護措施。 ? ? 附 錄 B (提示的附錄) 防 護 措 施 ? B1 燒傷防護措施 考慮到第6章的規(guī)定，可以單用或合用下述措施，推薦優(yōu)先采用工程措施。 a)工程措施： ——降低表面溫度； ——絕熱(例如，以木料，軟木

26、，纖維材料包覆)； ——保護裝置(屏障或柵欄)； ——表面結構(例如，糙化，用棱或散熱片)。 b)組織措施： ——警示標志(報警信號，視覺和聽覺報警信號)； ——指導，培訓； ——技術文件，使用說明。 c)個人防護措施： ——個人防護裝備。 ? B2 防護措施舉例 以內燃機為動力的便攜式、手持機具防護措施。 選擇內燃機為動力的便攜式、手持機具說明燒傷風險防護措施的各種要求，從不同防護措施考慮，便攜式動力機具分為三個區(qū)域是合理、必要的：汽缸和消聲器，手柄和前二者之間的過渡。 汽缸和

27、消聲器。在燃燒過程中，值得重視的大量熱能傳遞到汽缸外表面，而且被冷空氣擴散；同時，廢氣通過消聲器，使消聲器溫度遠高于皮膚與熱表面接觸的燒傷閾。防止?jié)撛跓齻L險的措施是：消聲器安置遠離操縱者直接可及處，和／或提供汽缸和消聲器防護罩，避免操作者和熱表面直接接觸。 手柄。人同手柄是有意識地發(fā)生接觸，因此，手柄的表面溫度必須低，不產生燒傷，即使接觸手柄超過較長時間也應如此。此外，表面溫度必須低于導致疼痛的水平，為此，要求技術防護措施，包括手柄和熱機器間的絕熱和使用高燒傷閾值材料，例如塑料和木材等(見4．2)。 過渡表面。手柄和熱汽缸或消聲器之間過渡表面防護措施的技術要求更為復雜。與

28、手柄相對的熱組件上表面應該特別仔細檢查。無意識同上表面接觸的風險可能比接觸動力機具的外表面更大，一種防護措施是減少和動力工具上表面無意識接觸的可能性，利用手柄和熱組件上表面間的充足距離能達到此目的，或是敷以防護屏避免無意識接觸。當防護屏溫度高于4．2給出的數值時，進一步的防止燒傷風險措施是必要的，在這種情況下，設計要使防護屏熱傳導率降低，使用特殊的表面性能可以實現，如：結構，肋筋或涂敷。 ? ? ? 附 錄 D (提示的附錄) 選擇材料的熱性能 ? 表D1 精選材料的熱性能 材 料 熱傳導率 W／m·K 特定熱容量 103J／kg·K 密 度 1

29、03kg／m3 熱慣性 100J2／s·m4．K2 皮革(均值) 水 金屬 鋁 鋼(均值) 鋼 玻璃 普通玻璃 耐熱玻璃 硼化硅 石材 石頭 塊料 大理石 混凝土 塑料(均值) ABS樹脂 碳氟化合物 尼龍6，尼龍11，尼龍66 二乙醇 醋酸纖維素 聚苯乙烯GP 聚乙烯(均值) 酚醛樹脂(均值) 聚丙烯 木材(均值) 槐木 樺木 橡木 松木 0.545 0.60 ? 203 85.5 45.3 0.88 1.13 1.22 0.92 ? ? 0.63 2.30 2.43 0.25 0.18 0.

30、25 0.21 0.23 0.26 0.12 0.32 0.42 0.12 0.18 0.18 0.17 0.19 0.16 4.609 4.19 ? 0.872 0.377 0.461 0.670 0.838 0.838 0.838 ? ? 0.838 0.880 0.922 1.55 1.51 0.922 2.10 1.47 1.51 1.43 2.10 1.38 1.93 1.72 1.80 1.59 1.72 1.76 0.9 1.0 ? 2.71 8.9 7.8 2.6 2.25 2

31、.2 2.3 ? ? 1.7 2.7 2.47 1.28 1.04 2.13 1.11 1.43 1.28 1.05 0.93 1.25 0.9 0.66 0.65 0.71 0.70 0.60 2.28 1.53 ? 481 286 163 1.51 2.14 1.28 1.77 ? ? 0.90 5.48 5.51 0.49 0.21 0.49 0.49 0.46 0.49 0.18 0.61 0.72 0.21 0.233 0.205 0.193 0.230 0.169 ? ? 窗體頂部 窗體底部