人因工程 第8章 体力工作负荷

第八章体力工作负荷主要内容了解不同姿势下人体活动力量；了解体力工作负荷测定方法，重点是生理变化测定；掌握体力作业时人的能量消耗规律；掌握劳动强度测定方法（绝对、相对指标）；掌握疲劳产生机理、影响因素，疲劳测定，消除措施。劳动的分类劳动体力劳动脑力劳动体力劳动（能量）手工劳动（技能和时间）事务性劳动（技能和时间）脑力劳动（知识）能量供应人在作业过程中所需要的能量，是分别由三种不同的能源系统——ATP-CP（三磷酸腺苷-磷酸肌酸）系统、乳酸能系统和有氧氧化系统提供的。三个系统的供能状况与体力劳动的关系如下页所示。供能状况与体力劳动的关系能量代谢的测定方法人体能量的产生和消耗称为能量代谢。能量代谢的测定方法有直接法和间接法两种。目前一般采用间接法。间接法的基本原理是，能量代谢可通过人体的氧耗量反映出来，因此，首先测得单位时间内糖、脂肪等能源物质在体内氧化时的氧耗量和二氧化碳的排出量，求得两者之比（呼吸商），由此在推算某一时间或某项作业所消耗的能量。能量代谢从事劳动所需要的能量，最终来源于糖、脂肪、蛋白质的氧化分解。在能源物质的氧化分解过程中，人体必须不断地吸入氧，并不断地排出二氧化碳。不同的能源物质在体内氧化时，其呼吸商是不同的。同时，各种能源物质在体内氧化时，每消耗1L氧所产生的热量（氧热价）也是不同的。人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量的总和。在不对外做功的条件下，体内所产生的能量等于由身体发散出的能量，从而使体温维持在相对恒定的水平上。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。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。人体力量按施力部位不同可分为手部力量、脚（含腿）部力量、背部力量和颈部力量等。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。一、人体活动力量(一)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8-1是根据对一组被试的测定所得到的实验结果。从表8-1可以看出，年龄和性别对人体力量有很大的影响。一、人体活动力量（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。1）坐姿手操纵力（图8-1坐姿工作时不同角度的臂力测定）2）立姿手操纵力（图8-2立姿操纵时手的拉力和推力）3）卧姿手操纵力（图8-3卧姿时不同肘角伸臂的臂力测定）4）常见手部操作动作及其力量极限（图8-4为常见手部操作动作及其力量极限推荐值）一、人体活动力量（二）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130°～150°或160°～180°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。二、人体活动的耐力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8-5所示。第二节体力工作负荷及其测定一、体力工作负荷的定义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。二、体力工作负荷的测定（一）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。血压、心率正常值人体血压正常的效应值应该是：收缩压（高）90-140毫米汞柱之间；舒张压（低）60-90毫米汞柱之间如果成人收缩压大于或等于160mmHg，舒张压大于或等于95mmHg为高血压；收缩压90毫米汞柱或舒张压60毫米汞柱，即为低血压。正常成人心率60-100次/分,平均72；女性稍快；儿童平均约90次/分,婴幼儿130次/分；老年人较慢平均55-60次/分二、体力工作负荷的测定（二）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。（三）主观感觉测定主观感觉测定是通过如图8-6所示的自认劳累分级量表进行评价(P154)。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。第三节体力工作时的能量消耗基础代谢量安静代谢量能量代谢量相对代谢率RMR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。清醒、静卧、空腹、室温20°C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%。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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。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。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，R为安静代谢率[kJ/(㎡·h)]；S为人体表面积（㎡）；t为持续时间（h）。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为能量代谢率[kJ/(㎡·h)]；S为人体表面积（㎡）；t为持续时间（h）。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。1.21.2MBRMRRBRMRBRMRBRMR能量代谢量安静代谢量基础代谢量MRRMRB能量代谢率安静代谢率基础代谢率1.2RMRRMR能量代谢量＝基础代谢量+1.2基础代谢量＝基础代谢量五、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RMR值。有关判定生产作业活动的资料见表8-5(P157)。日常作业活动的RMR值参考资料见表8-6(P158)。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。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）。氧债：氧需和供氧量之差。一、氧债及其补偿二、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8-8所示。图8-8静态作业的氧消耗动态三、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：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。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。国内外对劳动强度分级的能量消耗指标主要有两种：1.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。2.绝对指标如8h的能量消耗量，劳动强度指数等。一、以相对代谢率指标分级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8-8所示(P161)。作业的RMR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的作业不能连续进行；7的作业应实行机械化。二、以能耗量指标分级表8-9劳动强度与能耗量性别等级主作业的RMR8h劳动能耗量/kJ一天能耗量/kJ男ABCDE0～11～22～44～77～112303～38523852～52345234～73277327～90859085～108447746～92119211～1067610676～1277012770～1465414654～16329女ABCDE0～1l～22～44～77～111926～30143014～42704270～59455945～74537453—89186908～80398039～92959295～1097010970～1247712477～13942三、以劳动强度指数分级我国于1984年颁布了体力劳动强度分级标准(GB3869-83)，该标准以劳动强度指数分级，1997年重新确定标准（GB3869-1997）代替GB3869-83，标准规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别，是劳动安全卫生和管理的依据。表8-10体力劳动强度分级体力劳动强度级别对应劳动体力劳动强度指数ⅠⅡⅢⅣ轻劳动中劳动重劳动极重劳动≤1515～2020～2525体力劳动强度指数计算方法体力劳动强度指数计算公式：I=T·M·S·W·10式中：I—体力劳动强度指数；T—劳动时间率，％；M—8h工作日平均能量代谢率，KJ／min·m2；S—性别系数：男性＝1，女性＝1.3；W—体力劳动方式系数：搬＝1，扛＝0.40，推/拉＝0.05体力劳动强度指数计算方法（1）劳动时间率T计算方法每天选择接受测定的工人2～3名，记录自上工开始至下工为止整个工作从事各种劳动与休息的时间。每个测定对象应连续记录3天，取平均值，求出劳动时间率(T)。工作日内纯净劳动时间（min）T(%)＝——————————————————×100工作日总工时（min）∑[各单项劳动占用的时间（min）]＝——————————————————×100工作日总工时（min）体力劳动强度指数计算方法（2）平均能量代谢率M计算方法体力劳动强度指数计算方法单项劳动能量代谢率计算如下：每分钟肺通气量3.0～7.3L时采用式：1gM＝0.0945x–0.53794每分钟肺通气量8.0～30.9L时采用式：lg(13.26-Ｍ)＝1.1648-0.0125x每分钟肺通气量7.3～8.0L时采用上面两式的平均值。式中，M为能量代谢率（kJ／min·m2）；x为单位体表面积每分钟呼气量，L／min·m2。四、以氧耗、心率等指标分级根据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。典型代表是国际劳工局1983年的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级，见表8-11。劳动强度等级很轻轻中等重很重极重耗氧量/(l/min)～O．5O.5～1.01.0～1.51.5～2.