第03章 体力工作负荷

人机工程学第三章体力工作负荷主要内容一、人体活动力量与耐力二、体力工作负荷及其测定三、体力工作时的能量消耗四、作业时氧耗动态五、劳动强度分级六、体力疲劳及其消除人机工程学第一节人体活动力量与耐力人体活动的最基本特征有三个：力量、耐力和能量代谢，三者联系密切。本节将着重介绍人体活动的力量特征和耐力特征。人机工程学一、人体活动力量人能够发挥出力的大小，决定于人体的姿势、着力部位以及力的作用方向。施力部位可把人体力量分为手部力量、脚（含腿）部力量、背部力量和颈部力量。人的操作是由手和脚来完成。因此，手部力量和脚部力量在所有各类力量中起着重要的作用。人机工程学1.手部力量1）握力：握力的大小在很大程度上反映手的用力能力。握力大小因年龄、性别等因素的变化而有很大的差异。表3-1是根据对一组被试的测定所得到的实验结果。从表3-1可以看出，人体力量与人的年龄、性别有关，年龄和性别对力量有很大的影响。人机工程学年龄/岁男性女性人数左手/N右手/N人数左手/N右手/N4—55—66—77—88—99—1010—1111—1212—1313—1414—1515—1616—1717—1820—2425—2930一3435—3940—4445—4950—5455—5960以上1042133128217148125124151243184186163981491229264526122372619.634.344.157.8281.3491.14115.64127.4178.36200.9239.12276.36303.8308.7392392.98393.96378.28371.42375.34347.9344.96305.7628.4238.2255.8669.5896.04104.86125.44142.1194.04219.52254.8298.9321.44335.1643.5425.32421.4398.86397.88403.76370.44364.56315.5662812012l2231221481011441531009749—8830311716282182315.6820.5827.4440.1852.9262.7280.3695.06144.06167.58198.94209.72209.72—231.28237.16254.8242.06236.18231.28237.16220.5195.0219.628.4236.2650.9665.6675.4695.06113.68160.72186.2221.48230.3229.32—248.92251.86267.54249.9246.96245.98247.94237.16198.94表3-1男女握力平均值人机工程学2）手的操纵力。手的操纵力与人的作业姿势、用力方向等因素有关。坐姿手操纵力：图3-1坐姿工作时不同角度的臂力测定人机工程学立姿手操纵力：图3-2立姿操纵时手的拉力和推力人机工程学卧姿手操纵力：表3-3卧姿不同肘角时手的最大臂力人机工程学常见手部操作动作及其力量极限：图3-4常见手部操作动作及其力量极限推荐值人机工程学2.脚部力量脚产生的力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。一般坐姿时，右脚最大蹬力平均可达2568N,左脚为2362N；膝部伸展角度在1300～1500或1600～1800之间时，脚蹬力最大。一般来说，右脚脚力大于左脚；男性脚力大于女性脚力。脚力控制器的操纵力最大不应超过264N。否则易疲劳。右脚使用力的大小、速度和准确性都优于左脚。操作频繁的作业应考虑双脚交叉作业。人机工程学一般把人体能够在较长时间内保持特定工作水平的能力称为耐力。研究表明，随着活动持续时间的增加，人体力量出现下降。人体力量与持续时间之间存在一种非线性的反比关系，如图3-5所示。人机工程学第二节体力工作负荷及其测定体力工作负荷是指人体单位时间内承受的体力工作量的大小。工作量越大，人体承受的体力工作负荷强度越大。人体的工作能力是有一定限度的。对操作者承受负荷的状况进行准确评定，既能保证工作量，又能防止操作者在最佳工作负荷水平外超负荷工作，是人机系统设计的一项重要任务。一、体力工作负荷的定义人机工程学可运用上述生理指标和生化指标的变化测定人体工作负荷水平，体力工作负荷可以从生理变化、生化变化、主观感觉等三个方面进行测定。二、体力工作负荷的测定1.生理变化测定生理变化测定主要通过吸氧量、肺通气量、心率、血压和肌电图等生理变量的变化来测定体力工作负荷。生理变化的测定也可以使用某些派生的吸氧量和心率指标。人机工程学2.生化变化测定经常的测定项目：乳酸和糖原的含量。体力负荷对人体尿蛋白含量有明显的影响，即所谓的“运动性尿蛋白”现象。人机工程学3.主观感觉测定图3-6自认劳累分级量表主观感觉测定是通过如图3-6所示的自认劳累分级量表进行评价。经过多次修改，目前普遍使用的是15点（6—20点）量表，该量表的特征是要求操作者根据工作中的主观体验对承受的负荷程度进行评判。人机工程学第三节体力工作时的能量消耗体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。能量代谢按机体所处状态，可以分为三种：基础代谢量、安静代谢量、能量代谢量。一、基础代谢量基础代谢量，是人在绝对安静下(平卧状态)维持生命所必须消耗的能量。人机工程学正常人的基础代谢率比较稳定，一般不超过正常平均值的15%。我国人体表面积的公式为：体表面积(m2)=0.0061×身高(cm)+0.0128×体重(kg)-0.1529(8-1)基础代谢量=基础代谢率平均值(B)×人体表面积(S)×持续时间(t)=BSt(8-2)人机工程学二、安静代谢量安静代谢量是指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。安静代谢量包括基础代谢量和为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量两部分。通常以基础代谢量的20％作为维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量，因此，安静代谢量应为基础代谢量的120％。安静代谢率记为R，R＝1.2B。安静代谢量=RSt＝1.2BSt(8-3)式中，为安静代谢率（kJ/(m2·h)；为人体表面积（㎡）；为持续时间（h）。人机工程学三、能量代谢量人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫能量代谢量。能量代谢量包括基础代谢量，维持体位增加的代谢量和作业时增加的代谢量三部分。也可以表示为安静代谢量与作业时增加的代谢量之和。能量代谢率记为M。能量代谢量=MSt(8-4)式中，M为量代谢率（kJ/hm2）；为人体表面积（m2）；为测定时间（h）。人机工程学四、相对代谢率RMR为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这一相对指标衡量劳动强度。相对代谢率记为RMR。人机工程学五、相对代谢率资料计算能量代谢量时，首先必须准备必要的相对代谢率资料，专家们已经积累了大量的系统的相对代谢率数据。可以对研究的某项具体作业，观察分析作业者的动作、负荷和疲劳等方面的特征，然后与现有的资料加以对照比较，即可以判断确定该项作业的值。有关判定生产作业活动的资料见表3-5。日常作业活动的值参考资料见表3-6。人机工程学动作部位动作细分RMR被检查者感觉调查者观察工作举例手指动作非意识的机械性动作0～0.5手腕感到疲劳，但习惯后不感到疲劳完全看不出疲劳感拍电报为0.3记录为为0.5有意识的动作0.5～1工作时间长后有疲劳感看不出有疲劳感拨电话号码为0.7盖章为0.9手指动作手指动作连带到小臂1.0～2.0认为工作很轻．不太疲劳看不出有疲劳感电脑操作为1.3电钻(静作业)为1.8手指动作连带大臂2.0～3.0常想休息有明显工作感，是较小的体力劳动抹光混凝土为2.0上肢动作一般动作方式3.0～4.0开始不习惯时劳累习惯后不太困难摆动虽大些，但用力不大轻筛为3.0电焊为3.0稍用力动作方式4.0～5.5局部疲劳，不能长时间连续动作使用整个上肢，用力明显装汽车轮胎为4.5粗锯木料为5.0全身动作一般动作方式5.5～6.5要求工作30～40min后休息作业者呼吸急促拉锯为5.8和泥为6.0动作较大，用力均匀6.5～8.0连续工作20min感到胸中难受，但再干轻的工作能继续做作业者呼吸急促。脸变色，出汗锯硬木为7.5短时间内集中全身力量8.0～9.5工作5～6min后，什么工作也不能做了作业者呼吸急促、流汗、脸色难看、不爱说话用尖镐劳动为8.5推200kg三轮车为9.5繁重作业10.0～12.0工作不能持续5min以上急喘、脸变色、流汗用全力推车为10.0挖坑为12.4极繁重作业12.0以上用全力只能忍耐lmin，实在没有力气了屏住呼吸作业，急喘，有明显的疲劳感推倒物料为17.0表3-5生产作业活动的资料人机工程学作业或活动内容RMR值作业或活动内容RMR值睡眠安静坐姿坐姿：灯泡钨丝的组装念、写、读、听拍电报电话交换台的交换员打字谈话：坐着(有活动时0.4)站着(腿或身体弯曲时0.5)打电话(站)用饭、休息洗脸、穿衣、脱衣乘小汽车乘汽、电车(坐)乘汽、电车(站)、扫地、洗手使用计算器洗澡邮局盖戳使用缝纫机在桌上移物用洗衣机基础代谢量的80～90％00.10.20.30.41.40.20.30.40.40.50.5～0.61.02.20.60.70.91.01.0～1.21.2使用计算机步行选购准备、做饭及收拾邮局小包检验工作骑车(平地180m/min)做广播体操擦地整理被褥下楼(50m/min)上楼(45m/min)慢步(40m/min)(50m/min)散步(60m/min)(70m/min)步行(80m/min)(90m/min)(100m/min)(120m/min)跑步(150m/min)马拉松万米跑比赛1.31.61.62.42.93,03.54.3～5.32.66.51.31.51.82.12.73.34.27.08.0～8.514.516.7表3-6日常作业的资料人机工程学第四节作业时氧耗动态能量产生和消耗可以从人体消耗的氧量上反应出来。作业时人体所需的氧量取决于劳动强度大小，劳动强度越大，需要氧量也越多。因此，以体力为主的作业，可以利用人在作业中的耗氧量计算作业时耗能量。人机工程学一、氧债及其补偿氧需：单位时间所需的氧量（氧需能否得到满足主要取决于循环系统和呼吸系统的功能）。氧上限：血液在单位时间内所能供应的最大氧量（成年人的氧上限一般不超过3L/min，有锻炼者可达到4L/min）。人机工程学氧债：氧需和供氧量之差（如图）。b)氧需超过氧上限a)氧需小于氧上限人机工程学二、静态作业的氧需静态作业的特征是能量消耗水平不高，但容易发生疲劳。即使劳动强度很大，氧需也达不到氧上限，通常每分钟不超过1L。但在作业停止后数分钟内，氧耗不像动态作业那样迅速降低，而是先升高，然后再逐渐降低到安静水平。具体如图3-8所示。人机工程学三、氧耗量的测定与计算相对代谢率(RMR)指标通过作业中氧耗量来计算，计算公式如下：（要注意，对恢复期还氧债部分的氧耗量不能忽略）RMR作业时的氧耗量安静时的氧耗量基础代谢氧消耗量其中作业时的氧耗量直接作业过程中测得基础代谢氧的消耗量可以通过由体重、身高计算的体表面积值查表求出安静时氧的消耗量，一般以基础代谢氧消耗量的1.2倍来计算人机工程学第五节劳动强度分级劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度。劳动强度不同，单位时间人体所消耗的能量也不同。从劳动生理学方面来看，以能量代谢为标准进行分级是比较合适的。这种分级法可以把千差万别的作业，从能量代谢角度进行统一的定义。目前，国内外对劳动强度分级的能量消耗指标主要有两种：相对指标，即相对代谢率RMR。该指标在国外应用比较普遍，目前在我国已开始使用；绝对指标，如8h的能量消耗量，劳动强度指数等。人机工程学一、以相对代谢率指标分级图3-8静态作业的氧消耗动态依作业时的相对代谢率指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准，它将劳动强度划分为5个等级。如表3-8所示。人机工程学作业的越高，规定的作业率应越低。≤2.7适宜的作业；4的作业可以持续工作，但考虑精神疲劳也应安排适当休息；4的作