農業手柄工具的宜人設計
2014/11/13 15:19:46
在諸多農業作業中,鉗子等常用手工工具經常遇到疲勞強度大和受傷率高的問題。1995年世界衛生組織對長期從事農業手工工具操作的農工手損傷情況進行調查,統計結果顯示,幾乎接近9%的致殘傷害是由手工工具的設計和操作不當造成的,隨著生產工作對工作效率的高標準嚴要求,估計每年由于使用手工工具致傷的花費在100億美元左右。因此,基于農業手工工具的科學合理設計也將是人機工程學急需解決的問題。
1 農業手柄工具的改進設計和生物力學分析
工具是人類四肢的擴展,使用工具使人類增加了動作范圍和力度,提高了工作效率。為了適應精密作業和粗糙硬作業,工具的形態設計應盡量能夠達到最優的狀態,尤其符合人手的解剖學機能。人手是由骨、動脈、神經、韌帶和肌腱等組成的復雜結構,手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌伸肌控制,這些肌肉通過腱連到手指。當使用工具時,臂部必須上舉或長時間抓握,會使肩、臂及手部肌肉承受靜負荷,導致疲勞,降低作業效率。傳統的農業手工工具設計大多數將力臂設計成直形或彎角,如在水平作業面上使用直桿式工具時,則必須肩部外展,臂部抬高,這不合乎手腕的用力方向。由于長期重復和持續使用,將力集中在手指掌心部位,加之個人的眾多因素比如操作姿勢、震動等造成人體的重復性外傷,使手腕受到一定程度的傷害。Tichauer(1966)研究表明,手腕順直操作時,腕關節處于正中的放松狀態,但當手腕處于掌曲、背曲、尺偏等別扭狀態時,就會產生腕部酸痛、握力減小,長時間使用會引起腕道綜合癥。傳統設計使手腕在工作時側偏,長時間使用工具會導致手腕發炎、慢性疼痛,也有可能引起腕部腱的滑液鞘。
通過以上生物力學分析,從手工工具設計的解剖學原則出發,可以對傳統的手工工具進行改進:①避免靜肌負荷改進。即將把手部分作成彎曲過渡,可以使手臂自然下垂。當進行手工作業操作時,手臂就可能處于較自然水平狀態,減少了抬臂產生的靜肌負荷。②保持手腕處于順直狀態的改進。即將握把改良設計成彎曲形狀,一般將工具的把手與工作部分彎曲成10度,操作時可以維持手腕的順直狀態,而不必采取尺偏的姿勢。③避免掌部組織受壓力。好的把手設計應在基于合理尺寸的前提下盡量增大手掌的接觸面,可以在手柄部位增加防護套,減少手指局部的應力集中。
2 農業手柄工具科學設計的合理因素
手工工具的科學合理設計一方面可以通過分析人體生物力學得到改進,另一方面,在手工工具的材料選擇、手柄的外形和尺寸的設計等方面也應從使用者的舒適和安全方面強調宜人性設計。首先,工具手柄的材料是設計時要考慮的重要因素。用不適宜的材料和不良工藝制成的廉價工具會導致事故。這些例子包括在正常工作壓力下使用扳鉗和扳手的作業。另外,手柄的材料還要考慮美學和功能。手柄的材料設計應該在基于工作負荷的基礎上,考慮一些塑性和韌性較好的耐磨材料,例如采用夾層橡膠的木質或彈塑性較好的復合材料制造。
其次,手柄形狀和尺寸設計方面也要科學。①根據宜人性的指導方針,手柄的尺寸應該減輕或消除手腕上的壓力。手柄的形狀應適合人的手形,使當胳膊處在水平位置時,鉗子的鉗口也處在水平位置。②保證使用時產生的壓力應該盡可能地分布到大面積的手掌上,從后向前變細的手柄是最好的。不應該有讓手指陷進的凹槽,因為不同的人手形差異很大,這也許會在粗壯手指的側面(布滿表面神經和血管)產生壓力。如果工具的手柄太短,不能橫跨手掌,那么手掌中部就會產生很大的壓力,所以工具的手柄應長于人手握持的長度。過渡分明的邊角會導致刺痛、擦傷和磨傷。為了避免這種傷害,我們要盡可能地將邊角做成圓的,手柄做得寬一些;也可以在手柄上加道曲線,在手柄部位加一防護套。當用力握持住工具時,作用部分延伸到了手以上,避免應力集中使用顯得輕便。
3 農業工具手柄尺寸設計
應設計三種尺寸的手柄。分別為大號(男性第95百分位);中號(男性第50百分位或女性第95百分位),小號(女性第50百分位),50%成年男性和95%成年女性的數據接近。手柄設計是關乎任何手工工具安全、舒適、易用的重要因素,在科學技術飛速發展的今天,人們關注的勞動生產率與生產工具的工業設計密切相關,而工業設計的主要方面就是工具的宜人性設計,即考慮“以人為本”,使設計的工具人們能夠安全、舒適、易用。
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- HL.13400手輪
- 材質：膠木
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- HL.13320 圓輪緣手輪
- 材質：膠木
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- HL.41136 鉸鏈
- 材質：鋅合金
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- HL.11360 轉動手柄
- 材質：膠木
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