搜索
人机工程学关于电钻的研究10工设Y史涵蕾10123915人机工程学是研究人在某种工作坏境中的解剖学、生理学、心理学和生物学等方面的各种因素；研究人和机器及坏境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。人机工程学的研究对象是人——机——环境。人、机、环境三大要素及其相互关系，研究的整体目标母的是为解决系统中人的安全、舒适、健康和系统的高效。使用工具进行生产，是人类进化的标志，手动式工具是人类四肢的扩展。人们在工作、生活中一刻也缺少不了工具，使用手动式工具可以完成危险的、困难的工作。然而使用的工具大部分还没有达到最优的形态，人们在作业或日常生活中长久使用设计不良的手握工具和设备，造成了很多身体不适、就损伤与疾患，降低了生产率，甚至使人致残，增加了人们的心里痛苦与医疗负担。因此，工具的适当设计、选择、评价和使用是一项重要的人机工程学内容。本论文结合手握式工具操作的特点,综合分析了手握式工具的人机因素和人机特性,论述了手握式工具人机特性分析的必要性。手动式工具是日常生活中经常接触到的产品，然后很多手动式工具的设计都不符合人机工程学原理，在人性化设计上做的远远不够，论文针对手动式工具存在的主要问题进行论述，深入剖析存在的问题，并提出一些改进设计的方案。手动式工具的使用要求手动式工具的设计看上去很小，其实要做到真正意义上的方便，使用，人性化。有很多地方都要考虑。从人机工程学角度，从安全性角度，心理学角度等，只有这些因素都运用到手动式工具的设计当中，才能称得上是一个完善的设计。下面重点从人机工程学角度考虑手动式工具的设计。手动式工具必须满足一下基本要求，才能保证使用效率：必须有效地实现预定的功能。必须与操作者身体成适当比例，使操作着发挥最大效率。必须按照操作者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别、训练程度、和身体素质上的差异。工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。手动式工具设计需考虑的解剖学因素避免静肌负荷。使用工具时，臂部必须上举或长时间抓握，会使肩、臂以及手部肌肉承受静负荷，导致疲劳，降低作业效率。在使用是尽可能让手臂处于较自然的水平状态，减少抬臂产生的静肌负荷。保持手腕处于顺治状态。手腕顺直操作时，腕关节处于正中的放松状态，但当手腕处于掌屈、背屈、尺偏等别扭的状态时，就会产生腕部酸痛、握力减小，如长时间这样操作，会引起腕道综合症腱鞘炎等症状。一般认为，将工具的把手与工作部分弯曲10°左右，效果最好，弯曲式工具可以降低疲劳，较易操作。避免掌部组织受压力。操作手动式工具时，有时常要用手施相当的力。如果工具设计不当，会在掌部和手指处造成很大的压力，妨碍血液在尺动脉的循环，引起局部缺血，导致麻木、刺痛感。好的把手设计应该具有较大的接触面，使压力能分布与较大的手掌面积上，减小应力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指与食指之间的虎口位置。避免手指重复动作。如果反复用实质操作扳机式控制器时，就会导致扳机指，扳机指症状在使用气动工具或触发式电动工具时常会出现。设计时应尽量避免食指作这类动作，而以拇指或指压板控制代替。手动式工具的人机学分析人机工程是研究各种工作环境中人的因素、人和机器与环境的相互作用、工作及生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。在许多场合中,操作人员需手持工具持续工作较长时间。为避免疲劳,应充分考虑到人机关系之间的协调:操作活动应在手的最佳活动范围内完成。重复作业时避免局部疲劳。避免静态施力。肌肉施力不大于最大肌力的50%。在施力时避免冲击力,避免手指重复动作。避免掌部组织受压力。操作手动式工具时,有时常要用手施相当大的力,如果工具设计不当,会在掌部和手指处造成很大的压力,妨碍血液在尺动脉中的循环,引起局部缺血,导致麻木、刺痛等。同时手柄的着力方向和震动方向不能集中于掌心和指骨间肌,如果掌心长期受压受振,可能会引起难以治愈的痉挛,至少易引起疲劳和操作不准确。因此,手柄的形状设计应避免手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部分,尤其是不能紧贴掌心,操作者握住手柄时掌心处略有空隙,以减少压力和摩擦力的作用。手动式工具设计的人机学因素手动式工具与人手解剖，手动式工具的人机学因素很大程度上取决于人手的解剖。从两个方面进行分析：手指和手部的活动，手指和手部的活动和肢体其他部分的活动一样，手指的伸屈、抓握，手部的偏屈。转动都是由肌肉力量带动的。而肌纤维只能产生拉动的力量，而不可产生压力（肌肉属于工程力学中的“柔索”类型）。若以手指为例，则手指的伸开也好、握拢也好，全靠肌肉的拉力来实现。因此，手指的屈拢，必然是肌肉从掌心这边拉动的结果；而为使手指伸开，只能是既然从手背一边拉动的结果。。手部以腕关节为中心的各方向的偏转活动，也同样是靠肌肉的拉动实现的。由此可知：第一，受不得活动并非单靠近旁的肌肉所能实现的；第二，这些肌肉重叠交错，如果手臂扭曲、手腕偏屈，是各肌肉束互相干扰，将影响这些肌肉顺利发挥其正常功能。手腕状态和腕管，腕部是一个多自由度的关节，骨关节的结果形态复杂。但很多条肌肉、肌腱，以及一条条血管、神经也都经过这里，穿越复杂骨关节之间比较狭窄的缝隙，通往手部，正如电缆里面挤满一根根的电线，电缆严重折弯是就要损伤里面的电线。手动式工具的一般人机学要求，除了各自的使用功能和技术条件以外，对手动式工具共同的人机学要求如下：手动式工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。使用时能保持手腕顺直；避免掌心受压力过大；尽量由手部的大小鱼际肌、虎口等部分分担压力。避免手指反复的弯曲扳动操作；避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手动式工具时的姿态、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。工具使用中不能让同一束肌肉既进行精确控制，又出很大的力量，即应该让负担准确控制的肌肉与负担出力较大的肌肉互相分开。注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。从不同性别来看，男女使用工具的能力也有很大的差异。女性约占人群的48%，其平均手长约比男性短2cm，握力值只有男性的2/3。在设计手动工具时，必须充分考虑这一点。手握式工具在人类社会中起着至关重要的作用。它的人机工程学分析与研究对提高产品的可用性有着很重要的意义。对手动式工具的设计必须分析与其有关的人机因素和人机特性，这对提高操作者的工作效率、保证操作者的身心健康是相当重要的。人们常说,设计就是创造更合理的生活(生存、使用)方式。“更合理的使用”就是要求产品的设计创新,还要符合人机工程学的原理,更好地满足人们的生理需求和心理需求。因此，人机工程学在手动式工具这类产品中有着广阔的应用前景。手电钻是典型的电动手工具,在许多场合,操作者需手握电钻持续工作较长时间,应充分考虑到人机关系之间的协调,钻头的受力和手的施力不在同一轴线上,将产生力矩,此力矩导致施力较大时钻头容易折断。因此，改变手电钻的持握方式，使操作者在使用时，如果施力较大也不至于将钻头折断。手电钻是手持电动工具领域的一个分支产品，它在日常工作中的使用频率非常高。设计不合理，会导致多种上肢职业病甚至全身性伤害，这些疾病如腱鞘炎、腕管综合症、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狭窄性腱鞘炎和网球肘等，一般统称为重复性积累损伤病症。由此，在进行手电钻的设计时，应该遵循解剖学原则和人机工程学原则。目前手电钻的设计的具体的人机风险因素研究较少，运用一定的方法来解决人机风险因素更少。本课题针对手电钻手持姿势、操作方式等人机风险因素进行研究，设计出符合使用者要求的手电钻，同时为手电钻的设计提供设计依据手电钻的手柄设计讨论。手柄在手电钻的使用中，是与人直接接触的部分，起着很重要的作用，据UKHSE报道，平均每年超过25的伤害是由手把持造成的。下面只针对手电钻手柄存在的风险因素进行讨论需要解决的问题当使用手电钻时如果必须使用直形工具用于垂直的工作面上，就可能使肘部和肩部抬起；伸臂进行重复性和／或力量型的组装工作会使前臂酸痛和疲劳。在使用工具期间，为防止手从工具上滑开，要过多地运用握力。持续的大力紧握或过度用力能导致手部疲劳，手指丧失灵活性或神经损伤。另外，使用手电钻时，经常对操作人员产生振动。8～lO00Hz(赫兹)范围的手一臂振动产生的问题最多。这些频率振动的工具能加重手部的循环问题。工具的重量经常导致振动损伤，为了支持工具，必须要抓牢它。手工具的振动可能永久性地损坏手指的小血管和神经。设想解决的途径对于过多运用握力的问题，采用的解决办法是测量使用手电钻的力耗，对于接近极限的用力来讲，其设计目标是以女性第5个百分档的最大力耗能力作为可接受的力耗的基础。如果工作耗力仅适用于男性，取男性第5个百分档的最大力耗。为确定设计所允许的最大力耗，从工作人群中的每个人都能达到的单项最大力耗着手，然后根据工作的特殊特点进行调整。调整后的最大力耗由最大力耗乘以修正指数得来。即“最大力耗”ד持续时间修正指数”一“调整后的最大力耗”。它代表对实际工作的特征进行修正后工作人群中的每个人所能达到的最大力耗。将工作任务的实际力耗除以为工作人群所做的调整后的力量，它表示正被用于完成一次性用力的耗力能力的那部分。最后确定重复性和风险级别。力量运用的风险取决于：(1)最大力量能力的百分比例；(2)运量运用的频率。重复性越高，可以接受的最大力量能力的百分比例越低。通过这样的风险评估，对手柄进行重新设计，选择带有增加摩擦力(如可压缩橡胶或闭孔泡沫塑料，表面有轻度刻蚀)的手柄的工具，使用工具平衡器来把持工具，使用工具把持器和连接臂在手持工具上安装微型制动闸，以便在不使用工具时操作员可以放松握力将工具重新调整到更近于人。在重复性操作中尽量少用拇指扳机，它可导致拇指的伸展过度，要尽量减少对手和手指的作用力。手柄应当有凸缘以防止手指从工具手柄上滑脱。对于振动的问题解决，可通过增加辅助工具手柄或手套的摩擦系数或对工具设置平衡装置办到，使用带垫衬材料的振动一加湿手套以吸收振动。手柄形状讨论：断面呈矩形或三角形的手柄，通常更能适手柄形状讨论：断面呈矩形或三角形的手柄，通常更能适应大的直线作用力和扭矩，与此相比，断面呈圆形或正方形的手柄就较差些。然而，最优化的手柄设计还是取决于外力的作用方式及方向。在问题讨论之后提出手柄的人机设计原则：1)手柄不应有手指凹槽，见图1。槽形手柄很少适合每个人的手并可能产生对手指的压力。2)手柄应当1O～13cm长，带手套长度最少增加lcm；选择手柄直径在3．2～4．5cm之间。工人们经常必须在其工作流程中重复开关按键。重复将引起增加的疼痛和疲劳。按键启动力量大可能导致增加手和手指的疲劳。设想解决的途径可以采用风险因素识别表分析识别是否存在风险因素。如按键的位置、形状、大小、材质和下潜深度等，通过分析研究不同的位置是否风险不同，不同的大小是否存在不同的风险等。通常动作快、间歇少的情况下，风险会越大。重点考虑使用频率高的按键的位置、形状、大小及使用时的自由切换。尽量选择在中间位置，可以在按键材质上选择软和摩擦性好的材质，减少对手的压力；可选用突出的按键，但按键突出尺寸不可太大，影响手部操作和血液循环。按键的人机设计原则1)保证用户操作便利，按键的灵敏度和手感要好。2)按键应当由食指启动，按键尺寸应符合手指的尺寸。3)避免手指反复的弯曲扳动操作，设计应符合施力特性。外观设计手电钻的质量讨论手电钻过于沉重增加疲劳，并增加肌与骨骼的失调风险，使工人们不能握着或使用超过一定的延长时间量。更重的工具还可增加振动的负效应。对于这个问题通过研究，采用的解决方法是：精密操作，工具质量应当少于0．45kg，另外，不管工具多重，应当用一个平衡机制支撑工具，质量超过3kg的工具应当安装在平衡器上，附加装置应当在工具的重心。工具的重心应当与握住工具的手的中心在一条线上。或者增加一个额外的手柄使得可以用两只手控制工具。用平衡器悬挂工具，使用尽可能轻的管子和绳子。手电钻的色彩和形态讨论现代手电钻的设计色彩应该有利于人在使用手电钻时的各种活动，形态和色彩的设计要使操作者心情安定、舒适，有安全感和提高工作效率。如手电钻形态应更具流线