기계안전 일반
1. 기계의 위험
가. 기계의 위험요인 및 일반적인 안전사항
1) 운동 및 동작에 의한 위험의 분류
가) 회전동작 : 회전동작은 플라이 휠, 팬, 풀리, 축 등과 같이 회전운동
나) 횡축동작 : 횡축동작은 운동부와 고정부 사이에 형성되며 작업점 또는 기계적 결합부분에 위험성이 존재
다) 왕복동작 : 왕복동작은 운동부와 고정부 사이에 위험이 형성되며 운동부 전후좌우 등에 존재
라) 진동 : 가공품이나 기계부품에 의한 진동에 의한 위험이 존재
2) 기계설비의 위험점 분류
가) 협착점(squeeze point) : 협착점은 기계의 왕복운동을 하는 운동부와 고정부 사이에 형성되는 위험점
나) 끼임점(shear point) : 기계의 회전 운동 부분과 고정부 사이에 위험점으로 연삭숫돌과 작업대, 교반기의 교반날개와 몸체사이 및 반복되는 링크기구 등
다) 절단점(cutting point) : 회전하는 운동부 자체의 위험이나 운동하는 기계부분 자체의 위험에서 초래되는 위험점
예) 밀링커터와 회전 둥근 톱날
라) 물림점(nip point) : 롤, 기어, 압연기와 같이 두 개의 회전체 사이에 신체가 물리는 위험점(물림점)
마) 접선물림점(tangential nip point) : 회전하는 부분이 접선방향으로 물려 들어갈 위험이 만들어지는 위험점
바) 회전말림점(trapping point) : 회전하는 물체의 길이, 굵기, 속도 등이 불규칙한 부위와 돌기 회전부위에 장갑 및 작업복 등이 말려드는 위험점이 형성
3) 위험점 5요소
가) 함점(trap) : 기계요소의 운동에 의해서 트랩점이 발생하지 않는가?
나) 충격(impact) : 움직이는 속도에 의해서 사람이 상해를 입을 수 있는 부분은 없는가?
다) 접촉(contact) : 날카로운 물체, 연마제, 뜨겁거나 차가운 물체 또는 흐르는 전류에 사람이 접촉함으로써 상태를 입을 수 있는 부분은 없는가?
라) 말림 혹은 얽힘(entanglement) : 가공 중에 기계로부터 기계요소나 가공물이 튀어나올 위험은 없는가?
마) 튀어나옴(ejection) : 기계요소와 피가공재가 튀어나올 위험이 있는가?
2. 기계의 안전조건
가. 외형의 안전화
: 외형의 안전화를 위해서는 먼저 묻힘형이나 덮개를 설치해야 한다.(안전보건규칙 제87조)
1) 사업주는 기계의 원동기, 회전축, 기어, 풀리, 플라이 휠, 벨트 및 체인 등 근로자가 위험에 처할 미칠 우려가 있는 부위에 덮개, 울, 슬리브 및 건널다리 등을 설치해야 함
2) 회전축, 기어, 풀리 밒 플라이휠 등에 부속하는 키, 핀 등의 기계요소는 묻힘형으로 하거나 해당 부위에 덮개를 설치해야 함
3) 벨트의 이음부분에 돌출된 고정구를 사용해서는 안 됨
4) 사업주는 제1항의 건널 다리에는 안전난간 및 미끄러지지 아니하는 구조의 발판을 설치해야 함
5) 원동기 및 동력전달장치는 별실 또는 구획된 장소에의 격리
6) 기계설비의 위험 요소를 쉽게 인지할 수 있도록 주의를 요하는 안전색채를 사용
예) 시동단추식 스위치는 녹색, 정지단추식 스위치는 적색, 가스배관은 황색, 물배관은 청색
나. 작업, 작업점, 기능상의 안전
1) 작업의 안전화 : 작업 중의 안전은 그 기계설비가 자동, 반자동, 수동에 따라서 다르며 기계 또는 설비의 작업환경과 작업방법을 검토하고 작업위험분석을 하여 작업을 표준 작업화할 수 있도록 해야 함.
2) 작업점의 안전화 : 일이 물체에 행해지는 점 혹은 일감이 직접 가공되는 부분을 작업점이라 하며 이와 같은 작업점은 특히 위험하므로 방호장치나 자동제어 및원격장치를 설치할 필요가 있음
3) 기능상의 안전화 : 최근 기계는 반자동 또는 자동 제어당치를 갖추고 있어서 에너지 변동에 따라 오동작이 발생하여 주요 문제로 대두되므로 이에 따른 기능의 안전화가 요구되고 있음
예) 전압 강하 시 기계의 자동정지
다. 구조부분의 안전화
1) 재해의 원이
가) 재료의 결함
* 조직의 결함으로 인해 예상 강도를 얻지 못함
* 재료 내부의 미소 크랙으로 인해 피로파괴
* 가공조건이나 사용환경에 부적합한 재료의 사용
나) 설계 시의 잘못
: 설계 잘못의 주된 원인으로서 부하예측과 강도계산의 오류를 생각할 수 있으며 이들을 고려하여 적절한 안전계수를 도입해야 함
다) 가공의 잘못
* 필요한 기계적 특성을 얻기 위하여 고급강 재료에 처리하는 열처리의 결함
* 용접부위의 크랙의 혼입과 같은 용접가공 불량이나 용접 후의 열처리 잘못으로 인한 잔류응력이 취성 파괴를 일으킴
* 기계가공 상의 잘못으로 인한 응력집중은 피로파괴의 원인
2) 안전율
가) 안전율(safety factor) 혹은 안전계수
: 응력계산 및 재료의 불균질 등에 대한 부정확을 보충하고 각 부분의 불충분한 안전율과 더불어 경제적 치수결정에 대단히 중요한 것으로 다음과 같이 표시된다.
나) 안전율이나 허용응력을 결정 시 고려사항
: 안전율이나 허용응력을 결정하려면 재질, 하중의 성질, 하중과 응력계산의 정확성, 공작방법 및 정밀도, 부품형상 및 사용 장소등을 고려해야 한다.
Cardullo(카둘로) 신뢰할만한 안전율을 얻으려면 이에 영향을 주는 각 인자를 상세하게 분석하여 합리적인 값을 결정해야 한다고 봄
와이어로프는 안전율을 로프의 가닥수와 와이어로프의 파단하중의 곱을 최대사용하중으로 나누어 구할 수 있다고 함.
라. 보전작업의 안전화
1) 고장예방을 위한 정기점검
2) 보전용 통로나 작업장의 확보
3) 부품교환의 철저화
4) 분해 시 차트화
5) 주유방법의개선이 필요
마. 본질안전조건
: 본질안전은 근로자가 동작상 과오나 실수를 하여도, 기계설비에 이상이 발생되어도 안전성이 확보되어 재해나 사고가 발생하지 않도록 설계되는 기본적 개념
1) 품프루프(Fool Proof)
: 작업자가 기계를 잘못 취급하여 불안전 행동이나 실수를 하여도 기계설비의 안전기능이 작용되어 재해를 방지할 수 있는 기능
풀프루프 가드의 종류에는 인터록가드, 조절가드, 고정가드
2) 페일세이프(fail safe)
: 기계나 그 부품에 고장이나 기능불량이 생겨도 항상 안전하게 작동하는 구조와 기능을 추구하는 본질적 안전
3) 인터록장치(interlock device)
: 기계의 각 작동부분 상호 간을 전기적, 기구적, 유공압장치 등으로 연결해서 기계의 각 작동부분이 정상으로 작동하기 위한 조건이 만족되지 않을 경우 자동적으로 그 기계를 작동할 수 없도록 하는 장치
3. 기계의 방호
가. 방호장치의 종류
1) 위험장소에 설치되는 방호장치
가) 격리형 방호장치 : 작업자가 작업점에 접촉되어 재해를 당하지 않도록 기계설비 외부에 차단벽이나 방호망을 설치하는 것으로 작업장에서 가장 많이 사용하는 방식으로, 완전 차단형 방호장치, 덮개형 방호장치, 안전 방책이 대표적인 예
나) 위치제한형 방호장치 : 조작자의 신체부위가 위험한계 밖에 있도록 기계의 조작장치를 위험구역에서 일정거리 이상 떨어지게 한 방호장치
다) 접근거부형 방호장치 : 작업자의 신체부위가 위험한계 내로 접근하면 기계의 동작위치에 설치해놓은 기구가 접근하는 신체부위를 안전한 위치로 되돌리는 것
라) 접근반응형 방호장치 : 작업자의 신체부위가 위험한계로 들어오게 되면 이를 감지하여 작동 중인 기계를 즉시 정지시키거나 스위치가 꺼지도록 하는 기능을 가짐
마) 포집형 방호장치 : 목재가공기의 반발예정방치와 같이 위험장소에 설치하여 위험원이 비산하거나 튀는 것을 방지하는 등 작업자로부터 위험원을 차단하는 방호장치
나. 작업점의 방호
1) 방호장치를 설치할 때는 신뢰성, 작업성, 보수성의 난이를 고려해야 함
2) 작업점은 작업점과 작업자 사이에 장애물을 설치하여 접근을 방지한다(차단벽이나 망).
3) 동력기계의 표준방호덮개는 가공물 등의 낙하에 의한 위험방지, 위험부위와 신체의 접촉방지, 방음이나 집진의 목적으로 설치한다.
4. 기능적 안전
가. 정의
: 기능적 안전은 기계설비가 이상이 있을 때 기계를 급정지시키거나 방호장치가 작동되도록 하는 소극적인 대책과 전기회로를 개선하여 오동작을 방지하거나 별도의 완전한 회로에 정상기능을 찾을 수 있도록 하는 것
나. 대책
1) 소극적 대책 : 이상이 발생했을 때 1차적으로 취할 수 있는 대책은 소극적인 대책으로 발생 시 기계를 급정지시키거나 방호장치가 작동하도록 하는 것으로 유해 또는 위험한 작업을 필요로 하거나 동력에 의해 작동하는 기계 기구는 유해 위험 방지를 위한 방호조치를 하며, 방호조치하지 않고는 양도, 대여, 설치, 사용하거나 양도, 대여의 목적으로 진열하는 것을 금지한다.
2) 적극적인 대책
: 적극적인 대책으로 회로를 개선하여 오동작을 사전에 방지하거나 또는 별도의 안전한 회로에 의한 정상기능을 찾도록 하는 것으로,
가) fail-safe의 기능면에서의 분류
1 : fail-passive : 부품이 고장 났을 경우 기계가 정지하는 방향으로 이동
2 : fail-active : 기계는 경보를 울리는 가운데 짧은 시간 동안 운전이 가능
3 : fail-operational : 기계의 추후 보수가 이루어질 때까지 안전한 기능을 유지
나) 기능적 fail-safe란
: 철도신호의 경우 고장 발생 시 청색신호가 적색신호로 변경되어 열차가 정지할 수 있도록 하는데 신호가 바뀌지 못하고 청색으로 있다면 사고 발생의 원인이 될 수 있으므로 철도신호 고장 시에 반드시 적색신호로 바뀌도록 해준다.
1. 기계의 위험
가. 기계의 위험요인 및 일반적인 안전사항
1) 운동 및 동작에 의한 위험의 분류
가) 회전동작 : 회전동작은 플라이 휠, 팬, 풀리, 축 등과 같이 회전운동
나) 횡축동작 : 횡축동작은 운동부와 고정부 사이에 형성되며 작업점 또는 기계적 결합부분에 위험성이 존재
다) 왕복동작 : 왕복동작은 운동부와 고정부 사이에 위험이 형성되며 운동부 전후좌우 등에 존재
라) 진동 : 가공품이나 기계부품에 의한 진동에 의한 위험이 존재
2) 기계설비의 위험점 분류
가) 협착점(squeeze point) : 협착점은 기계의 왕복운동을 하는 운동부와 고정부 사이에 형성되는 위험점
나) 끼임점(shear point) : 기계의 회전 운동 부분과 고정부 사이에 위험점으로 연삭숫돌과 작업대, 교반기의 교반날개와 몸체사이 및 반복되는 링크기구 등
다) 절단점(cutting point) : 회전하는 운동부 자체의 위험이나 운동하는 기계부분 자체의 위험에서 초래되는 위험점
예) 밀링커터와 회전 둥근 톱날
라) 물림점(nip point) : 롤, 기어, 압연기와 같이 두 개의 회전체 사이에 신체가 물리는 위험점(물림점)
마) 접선물림점(tangential nip point) : 회전하는 부분이 접선방향으로 물려 들어갈 위험이 만들어지는 위험점
바) 회전말림점(trapping point) : 회전하는 물체의 길이, 굵기, 속도 등이 불규칙한 부위와 돌기 회전부위에 장갑 및 작업복 등이 말려드는 위험점이 형성
3) 위험점 5요소
가) 함점(trap) : 기계요소의 운동에 의해서 트랩점이 발생하지 않는가?
나) 충격(impact) : 움직이는 속도에 의해서 사람이 상해를 입을 수 있는 부분은 없는가?
다) 접촉(contact) : 날카로운 물체, 연마제, 뜨겁거나 차가운 물체 또는 흐르는 전류에 사람이 접촉함으로써 상태를 입을 수 있는 부분은 없는가?
라) 말림 혹은 얽힘(entanglement) : 가공 중에 기계로부터 기계요소나 가공물이 튀어나올 위험은 없는가?
마) 튀어나옴(ejection) : 기계요소와 피가공재가 튀어나올 위험이 있는가?
2. 기계의 안전조건
가. 외형의 안전화
: 외형의 안전화를 위해서는 먼저 묻힘형이나 덮개를 설치해야 한다.(안전보건규칙 제87조)
1) 사업주는 기계의 원동기, 회전축, 기어, 풀리, 플라이 휠, 벨트 및 체인 등 근로자가 위험에 처할 미칠 우려가 있는 부위에 덮개, 울, 슬리브 및 건널다리 등을 설치해야 함
2) 회전축, 기어, 풀리 밒 플라이휠 등에 부속하는 키, 핀 등의 기계요소는 묻힘형으로 하거나 해당 부위에 덮개를 설치해야 함
3) 벨트의 이음부분에 돌출된 고정구를 사용해서는 안 됨
4) 사업주는 제1항의 건널 다리에는 안전난간 및 미끄러지지 아니하는 구조의 발판을 설치해야 함
5) 원동기 및 동력전달장치는 별실 또는 구획된 장소에의 격리
6) 기계설비의 위험 요소를 쉽게 인지할 수 있도록 주의를 요하는 안전색채를 사용
예) 시동단추식 스위치는 녹색, 정지단추식 스위치는 적색, 가스배관은 황색, 물배관은 청색
나. 작업, 작업점, 기능상의 안전
1) 작업의 안전화 : 작업 중의 안전은 그 기계설비가 자동, 반자동, 수동에 따라서 다르며 기계 또는 설비의 작업환경과 작업방법을 검토하고 작업위험분석을 하여 작업을 표준 작업화할 수 있도록 해야 함.
2) 작업점의 안전화 : 일이 물체에 행해지는 점 혹은 일감이 직접 가공되는 부분을 작업점이라 하며 이와 같은 작업점은 특히 위험하므로 방호장치나 자동제어 및원격장치를 설치할 필요가 있음
3) 기능상의 안전화 : 최근 기계는 반자동 또는 자동 제어당치를 갖추고 있어서 에너지 변동에 따라 오동작이 발생하여 주요 문제로 대두되므로 이에 따른 기능의 안전화가 요구되고 있음
예) 전압 강하 시 기계의 자동정지
다. 구조부분의 안전화
1) 재해의 원이
가) 재료의 결함
* 조직의 결함으로 인해 예상 강도를 얻지 못함
* 재료 내부의 미소 크랙으로 인해 피로파괴
* 가공조건이나 사용환경에 부적합한 재료의 사용
나) 설계 시의 잘못
: 설계 잘못의 주된 원인으로서 부하예측과 강도계산의 오류를 생각할 수 있으며 이들을 고려하여 적절한 안전계수를 도입해야 함
다) 가공의 잘못
* 필요한 기계적 특성을 얻기 위하여 고급강 재료에 처리하는 열처리의 결함
* 용접부위의 크랙의 혼입과 같은 용접가공 불량이나 용접 후의 열처리 잘못으로 인한 잔류응력이 취성 파괴를 일으킴
* 기계가공 상의 잘못으로 인한 응력집중은 피로파괴의 원인
2) 안전율
가) 안전율(safety factor) 혹은 안전계수
: 응력계산 및 재료의 불균질 등에 대한 부정확을 보충하고 각 부분의 불충분한 안전율과 더불어 경제적 치수결정에 대단히 중요한 것으로 다음과 같이 표시된다.
나) 안전율이나 허용응력을 결정 시 고려사항
: 안전율이나 허용응력을 결정하려면 재질, 하중의 성질, 하중과 응력계산의 정확성, 공작방법 및 정밀도, 부품형상 및 사용 장소등을 고려해야 한다.
Cardullo(카둘로) 신뢰할만한 안전율을 얻으려면 이에 영향을 주는 각 인자를 상세하게 분석하여 합리적인 값을 결정해야 한다고 봄
와이어로프는 안전율을 로프의 가닥수와 와이어로프의 파단하중의 곱을 최대사용하중으로 나누어 구할 수 있다고 함.
라. 보전작업의 안전화
1) 고장예방을 위한 정기점검
2) 보전용 통로나 작업장의 확보
3) 부품교환의 철저화
4) 분해 시 차트화
5) 주유방법의개선이 필요
마. 본질안전조건
: 본질안전은 근로자가 동작상 과오나 실수를 하여도, 기계설비에 이상이 발생되어도 안전성이 확보되어 재해나 사고가 발생하지 않도록 설계되는 기본적 개념
1) 품프루프(Fool Proof)
: 작업자가 기계를 잘못 취급하여 불안전 행동이나 실수를 하여도 기계설비의 안전기능이 작용되어 재해를 방지할 수 있는 기능
풀프루프 가드의 종류에는 인터록가드, 조절가드, 고정가드
2) 페일세이프(fail safe)
: 기계나 그 부품에 고장이나 기능불량이 생겨도 항상 안전하게 작동하는 구조와 기능을 추구하는 본질적 안전
3) 인터록장치(interlock device)
: 기계의 각 작동부분 상호 간을 전기적, 기구적, 유공압장치 등으로 연결해서 기계의 각 작동부분이 정상으로 작동하기 위한 조건이 만족되지 않을 경우 자동적으로 그 기계를 작동할 수 없도록 하는 장치
3. 기계의 방호
가. 방호장치의 종류
1) 위험장소에 설치되는 방호장치
가) 격리형 방호장치 : 작업자가 작업점에 접촉되어 재해를 당하지 않도록 기계설비 외부에 차단벽이나 방호망을 설치하는 것으로 작업장에서 가장 많이 사용하는 방식으로, 완전 차단형 방호장치, 덮개형 방호장치, 안전 방책이 대표적인 예
나) 위치제한형 방호장치 : 조작자의 신체부위가 위험한계 밖에 있도록 기계의 조작장치를 위험구역에서 일정거리 이상 떨어지게 한 방호장치
다) 접근거부형 방호장치 : 작업자의 신체부위가 위험한계 내로 접근하면 기계의 동작위치에 설치해놓은 기구가 접근하는 신체부위를 안전한 위치로 되돌리는 것
라) 접근반응형 방호장치 : 작업자의 신체부위가 위험한계로 들어오게 되면 이를 감지하여 작동 중인 기계를 즉시 정지시키거나 스위치가 꺼지도록 하는 기능을 가짐
마) 포집형 방호장치 : 목재가공기의 반발예정방치와 같이 위험장소에 설치하여 위험원이 비산하거나 튀는 것을 방지하는 등 작업자로부터 위험원을 차단하는 방호장치
나. 작업점의 방호
1) 방호장치를 설치할 때는 신뢰성, 작업성, 보수성의 난이를 고려해야 함
2) 작업점은 작업점과 작업자 사이에 장애물을 설치하여 접근을 방지한다(차단벽이나 망).
3) 동력기계의 표준방호덮개는 가공물 등의 낙하에 의한 위험방지, 위험부위와 신체의 접촉방지, 방음이나 집진의 목적으로 설치한다.
4. 기능적 안전
가. 정의
: 기능적 안전은 기계설비가 이상이 있을 때 기계를 급정지시키거나 방호장치가 작동되도록 하는 소극적인 대책과 전기회로를 개선하여 오동작을 방지하거나 별도의 완전한 회로에 정상기능을 찾을 수 있도록 하는 것
나. 대책
1) 소극적 대책 : 이상이 발생했을 때 1차적으로 취할 수 있는 대책은 소극적인 대책으로 발생 시 기계를 급정지시키거나 방호장치가 작동하도록 하는 것으로 유해 또는 위험한 작업을 필요로 하거나 동력에 의해 작동하는 기계 기구는 유해 위험 방지를 위한 방호조치를 하며, 방호조치하지 않고는 양도, 대여, 설치, 사용하거나 양도, 대여의 목적으로 진열하는 것을 금지한다.
2) 적극적인 대책
: 적극적인 대책으로 회로를 개선하여 오동작을 사전에 방지하거나 또는 별도의 안전한 회로에 의한 정상기능을 찾도록 하는 것으로,
가) fail-safe의 기능면에서의 분류
1 : fail-passive : 부품이 고장 났을 경우 기계가 정지하는 방향으로 이동
2 : fail-active : 기계는 경보를 울리는 가운데 짧은 시간 동안 운전이 가능
3 : fail-operational : 기계의 추후 보수가 이루어질 때까지 안전한 기능을 유지
나) 기능적 fail-safe란
: 철도신호의 경우 고장 발생 시 청색신호가 적색신호로 변경되어 열차가 정지할 수 있도록 하는데 신호가 바뀌지 못하고 청색으로 있다면 사고 발생의 원인이 될 수 있으므로 철도신호 고장 시에 반드시 적색신호로 바뀌도록 해준다.