Гидравлический испытательный стенд преднамеренно создает условия, которые могут включать высокое давление, большой поток, механическое движение, хранение гидравлической энергии, горячее масло, вращающиеся компоненты и отказ компонентов. Следовательно, безопасность не может рассматриваться как аксессуар, добавленный после проектирования гидравлической схемы и конструкции машины.
Лучший подход заключается в том, чтобы начать с опасностей, создаваемых фактической процедурой испытаний, а затем создать несколько уровней защиты вокруг них. ISO 12100 следует этому подходу оценки рисков и снижения рисков при проектировании машин, в то время как ISO 4413 охватывает значительные опасности, связанные с системами и компонентами гидравлической энергии.
Для гидравлического испытательного стенда это обычно означает рассмотрение содержания давления, механической защиты, защиты от гидравлического давления, контроля хранимой энергии, связанных с безопасностью управлений, аварийной остановки и безопасного доступа для обслуживания как одной интегрированной системы.
Начните с испытательного опасного фактора, а не с защиты
Распространенной ошибкой является решение о том, что стенду для испытаний “нужен защитный кожух”, прежде чем определить, от чего именно этот кожух должен защищать. Правильная концепция защиты зависит от компонента, который испытывается, и от того, как может произойти отказ.
Во время испытания цилиндров основными опасностями могут быть движение цилиндра, отказ приспособления, высвобожденная механическая сила, отказ шланга или фитинга, и выброс масла. Стенд для испытаний насоса или гидравлического двигателя может ввести вращающиеся валы и соединения в дополнение к подаваемому под давлением маслу, в то время как стенд для испытаний клапанов или шлангов может ставить больший акцент на выброс жидкости и разрыв компонентов.
Вот почему первой задачей проектирования должна быть оценка рисков, охватывающая нормальные испытания, настройку, загрузку компонентов, подключение, разряжение, обслуживание, предсказуемое неправильное использование и возможный отказ компонентов. ISO 12100 конкретно предоставляет методологию для выявления опасностей, оценки и анализа рисков и снижения этих рисков на протяжении всего процесса проектирования и использования машин.
После этого защиту следует проектировать вокруг идентифицированной опасности, а не просто вокруг внешних размеров машины.
Как должна быть спроектирована защита?
Физическая защита предназначена для отделения оператора и других сотрудников от опасной зоны во время испытаний. В зависимости от стенда для испытаний это может включать фиксированные панели, двери доступа, закрытые испытательные камеры, экраны вокруг вращающихся компонентов или комбинацию этих методов.
Защита также должна соответствовать возможному направлению опасности. Прозрачная смотровая панель, например, может улучшить видимость, но её материал, толщина, способ крепления и расположение должны соответствовать контролируемому риску. Большая зона испытаний для гидравлических цилиндров может потребовать иной концепции ограждения, чем компактная испытательная станция для клапанов.
В Соединенных Штатах общие требования OSHA к машинной защите требуют один или несколько методов защиты для защиты операторов и других сотрудников от опасностей машин, а руководство OSHA по гидравлическим прессам также подчеркивает, что защитные устройства не должны создавать дополнительных опасностей.
Для испытательного оборудования защита также должна поддерживать фактический рабочий процесс. Операторам все еще нужен разумный доступ для загрузки компонентов, смены приспособлений, подключения шлангов и проведения инспекции. Защита, которая настолько неудобна, что операторы склонны ее обойти, не является хорошим инженерным решением.
Защита и системы безопасности должны работать совместно
Доступная дверь может обеспечить физическое разделение, но на автоматизированном или высоконапорном испытательном стенде она также может взаимодействовать с системой управления машиной.
Например, конструкция может предотвратить запуск высоконапорного испытания, пока дверь тестовой зоны открыта. Если дверь открыть во время опасного этапа испытания, система безопасности может потребовать остановить соответствующую операцию и перевести машину в определенное безопасное состояние.
Важный момент заключается в том, что реакция должна определяться оценкой риска. Простое подключение обычного концевого выключателя к входу PLC не создает автоматически адекватную функцию безопасности. ISO 13849-1:2023 предоставляет методологию для проектирования и интеграции компонентов, связанных с безопасностью, в системы управления, включая электрические, гидравлические, пневматические и механические технологии, но не предписывает единственный универсальный уровень производительности для каждого применения.
Это различие особенно важно для испытательных стендов, управляемых PLC. Обычная программа управления машиной и функции управления, связанные с безопасностью, не должны автоматически восприниматься как одно и то же.
Как должна быть спроектирована защита от гидравлического давления?
При проектировании следует учитывать как требуемое испытательное давление, так и предсказуемые переходные условия. Устройства ограничения давления должны предотвращать намеренное превышение проектного эксплуатационного диапазона гидравлической системы, в то время как процедура испытания должна избегать создания ненужных скачков давления или зажатых участков с высоким давлением.
Как общий инженерный принцип, безопасное рабочее давление отдельных компонентов не должно превышаться ожидаемым давлением системы. OSHA (Управление по охране труда и здоровья) явно указывает это требование для гидравлического оборудования на механических прессах, в то время как ISO 4413 предоставляет более широкие требования к безопасности для гидравлических систем и компонентов.
Защита от перепрессовки также может требовать более одного уровня. Обычная система управления может регулировать требуемое испытательное давление, в то время как независимая функция ограничения давления обеспечивает защиту в случае сбоя нормального управления. Точная архитектура зависит от оценки риска, уровня давления, гидравлической схемы и применимых требований безопасности.
Необходимо учитывать хранение гидравлической энергии
Остановка насоса не обязательно означает, что гидравлический испытательный стенд безопасен для открытия.
Давление может оставаться зажатым в камере цилиндра, шланге, аккумуляторе, полости коллектора, испытательном компоненте или изолированном участке трубы. Загруженный гидравлический цилиндр тоже может содержать механическую энергию, даже когда силовой агрегат больше не работает.
Поэтому машину следует оснащать определенным методом перехода от испытательного состояния к безопасному доступному состоянию. Это может включать контролируемую разрядку, подтверждение того, что давление упало до приемлемого уровня, и предотвращение непреднамеренного движения до того, как оператор сможет войти в испытательную зону.
Это особенно важно, когда используется блокируемая защита. Открытие двери не должно просто отключать электрическую энергию, если за защитой все еще остается значительное гидравлическое давление.
Для технического обслуживания и сервиса управление опасной энергией также должно рассматриваться отдельно от нормального рабочего управления. Рекомендации OSHA по машинам подчеркивают связь между защитой машин и контролем опасной энергии во время обслуживания.
Аварийная остановка является функцией безопасности, а не обычной кнопкой остановки
Гидравлический испытательный стенд также должен учитывать, как можно остановить опасную операцию при возникновении аномальной ситуации.
ISO 13850 устанавливает функциональные требования и принципы проектирования для функций аварийной остановки машин, в то время как IEC 60204-1 охватывает электрическое, электронное и программируемое электронное оборудование, используемое на машинах, и включает требования, связанные с аварийной остановкой и цепями управления.
Однако аварийная остановка не должна рассматриваться как замена защите, защите от перепрессовки или правильно спроектированной системе безопасности. ISO 13850 сама по себе различает функцию аварийной остановки от других защитных мер, таких как экранирование или ограничение движения.
Для гидравлического испытательного стенда требуемая реакция может включать остановку гидравлической мощности, перевод клапанов в соответствующее состояние, предотвращение дальнейшего увеличения давления или остановку опасного механического движения. Наиболее безопасная реакция специфична для применения, поскольку немедленное отключение питания не всегда совпадает с безопасным устранением накопленной гидравлической энергии.
Мониторинг безопасности должен поддерживать систему защиты от давления
Датчики также могут играть важную роль в подтверждении того, работает ли система в рамках заданного тестового диапазона.
Датчики давления могут использоваться для мониторинга фактического тестового давления, в то время как датчики температуры могут обнаруживать аномальную температуру масла. Положение двери, положение приспособления или другие сигналы статуса также могут быть интегрированы в архитектуру управления, если это требуется оценкой рисков.
Важное различие заключается в том, что измерение и безопасность не являются автоматически одной и той же функцией.. Датчик давления, используемый для генерации тестового отчета, не обязательно является независимым устройством защиты от избыточного давления. Точно так же предупреждение HMI не является тем же самым, что и функция защиты, связанная с безопасностью.
Таким образом, проект должен различать инструменты, используемые для измерения теста и устройства или контрольные функции, используемые для защиты людей и оборудования.. Если функция связана с безопасностью, необходимая архитектура и надежность должны определяться путем оценки рисков для машин и применимой методологии управления безопасностью.
Проектирование безопасности должно охватывать весь цикл испытаний
Гидравлический тестовый стенд представляет собой опасность не только при максимальном давлении. Загрузка и разгрузка тяжелых компонентов, изменение крепежей, подключение шлангов, выполнение циркуляции при низком давлении, начало испытания, сброс давления и техническое обслуживание машины могут создавать различные риски.
Полезный обзор по обеспечению безопасности должен, следовательно, охватывать полный рабочий процесс, а не ограничиваться только схемой высокого давления.
| Этап теста | Типичный акцент на безопасность |
|---|---|
| Загрузка компонентов | Вес, подъем, стабильность крепежа и места зажатия |
| Подключение шланга / адаптера | Правильное подключение и давление |
| Подготовка к тесту | Положение защиты, состояние крепежа и конфигурация цепи |
| Испытание на давление | Сдерживание давления, защита и защита от переизбытка давления |
| Динамическое тестирование | Механическое движение, вращающиеся части и автоматическая последовательность |
| Завершение тестирования | Контролируемое снижение давления и подтверждение безопасного состояния |
| Удаление компонентов | Остаточное давление, горячие поверхности и механическая поддержка |
| Обслуживание | Изоляция и контроль опасной энергии |
Посмотрев на весь цикл, также легче выявить ситуации, в которых оператор может быть вынужден войти в охраняемую зону, и какие условия должны быть выполнены перед тем, как будет разрешен доступ.
Применимые стандарты зависят от машины и рынка
Не существует единого стандарта, который замещал бы полную оценку рисков для каждого гидравлического тестового стенда. ISO 12100 предоставляет общую основу для оценки рисков машин, ISO 4413 касается безопасности гидравлической энергии, ISO 13850 охватывает принципы проектирования аварийной остановки, ISO 13849-1:2023 касается систем управления, связанных с безопасностью, а IEC 60204-1 рассматривает электрическое оборудование машин.
Дополнительные требования могут применяться в зависимости от типа испытательного стенда, страны, отрасли, задействованного давления оборудования, электрической системы или спецификации клиента. В Соединенных Штатах, например, общие положения OSHA о защите машин также могут быть актуальны для использования на рабочем месте.
По этой причине стандарты следует рассматривать как часть входных данных дизайна, а не как контрольный список, добавляемый после постройки машины.
Заключение
Безопасный дизайн гидравлического испытательного стенда требует больше, чем просто установка предохранительного клапана и окружение машины металлическим корпусом. Испытательный стенд должен быть спроектирован с учетом опасностей, создаваемых компонентом, испытательным давлением, гидравлической энергией, механическим движением, последовательностью операций и взаимодействием оператора.
Сильная концепция безопасности объединяет оценку рисков, соответствующую защиту, компоненты с допустимым давлением, защиту от избыточного давления, контролируемую депрессуризацию, элементы управления, связанные с безопасностью, экстренную остановку и безопасный доступ для обслуживания.. Эти меры должны работать совместно, а не рассматриваться как независимые варианты.
Следовательно, самый полезный вопрос при проектировании заключается не в том:
“Какие аксессуары безопасности следует добавить к испытательному стенду?”
А в том:
“Что может произойти на каждом этапе этого испытания, и какие независимые уровни защиты необходимы для снижения этого риска?”
Такой подход приводит к созданию гидравлического испытательного стенда, который не только способен достичь необходимого давления и потока, но и спроектирован для безопасного и контролируемого тестирования.
