农业手柄工具的宜人设计

2014/11/13 15:19:46

在诸多农业作业中,钳子等常用手工工具经常遇到疲劳强度大和受伤率高的问题。1995年世界卫生组织对长期从事农业手工工具操作的农工手损伤情况进行调查,统计结果显示,几乎接近9%的致残伤害是由手工工具的设计和操作不当造成的,随着生产工作对工作效率的高标准严要求,估计每年由于使用手工工具致伤的花费在100亿美元左右。因此,基于农业手工工具的科学合理设计也将是人机工程学急需解决的问题。

1 农业手柄工具的改进设计和生物力学分析

工具是人类四肢的扩展,使用工具使人类增加了动作范围和力度,提高了工作效率。为了适应精密作业和粗糙硬作业,工具的形态设计应尽量能够达到最优的状态,尤其符合人手的解剖学机能。人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构,手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌伸肌控制,这些肌肉通过腱连到手指。当使用工具时,臂部必须上举或长时间抓握,会使肩、臂及手部肌肉承受静负荷,导致疲劳,降低作业效率。传统的农业手工工具设计大多数将力臂设计成直形或弯角,如在水平作业面上使用直杆式工具时,则必须肩部外展,臂部抬高,这不合乎手腕的用力方向。由于长期重复和持续使用,将力集中在手指掌心部位,加之个人的众多因素比如操作姿势、震动等造成人体的重复性外伤,使手腕受到一定程度的伤害。Tichauer(1966)研究表明,手腕顺直操作时,腕关节处于正中的放松状态,但当手腕处于掌曲、背曲、尺偏等别扭状态时,就会产生腕部酸痛、握力减小,长时间使用会引起腕道综合症。传统设计使手腕在工作时侧偏,长时间使用工具会导致手腕发炎、慢性疼痛,也有可能引起腕部腱的滑液鞘。

通过以上生物力学分析,从手工工具设计的解剖学原则出发,可以对传统的手工工具进行改进:①避免静肌负荷改进。即将把手部分作成弯曲过渡,可以使手臂自然下垂。当进行手工作业操作时,手臂就可能处于较自然水平状态,减少了抬臂产生的静肌负荷。②保持手腕处于顺直状态的改进。即将握把改良设计成弯曲形状,一般将工具的把手与工作部分弯曲成10度,操作时可以维持手腕的顺直状态,而不必采取尺偏的姿势。③避免掌部组织受压力。好的把手设计应在基于合理尺寸的前提下尽量增大手掌的接触面,可以在手柄部位增加防护套,减少手指局部的应力集中。

2 农业手柄工具科学设计的合理因素

手工工具的科学合理设计一方面可以通过分析人体生物力学得到改进,另一方面,在手工工具的材料选择、手柄的外形和尺寸的设计等方面也应从使用者的舒适和安全方面强调宜人性设计。首先,工具手柄的材料是设计时要考虑的重要因素。用不适宜的材料和不良工艺制成的廉价工具会导致事故。这些例子包括在正常工作压力下使用扳钳和扳手的作业。另外,手柄的材料还要考虑美学和功能。手柄的材料设计应该在基于工作负荷的基础上,考虑一些塑性和韧性较好的耐磨材料,例如采用夹层橡胶的木质或弹塑性较好的复合材料制造。

其次,手柄形状和尺寸设计方面也要科学。①根据宜人性的指导方针,手柄的尺寸应该减轻或消除手腕上的压力。手柄的形状应适合人的手形,使当胳膊处在水平位置时,钳子的钳口也处在水平位置。②保证使用时产生的压力应该尽可能地分布到大面积的手掌上,从后向前变细的手柄是最好的。不应该有让手指陷进的凹槽,因为不同的人手形差异很大,这也许会在粗壮手指的侧面(布满表面神经和血管)产生压力。如果工具的手柄太短,不能横跨手掌,那么手掌中部就会产生很大的压力,所以工具的手柄应长于人手握持的长度。过渡分明的边角会导致刺痛、擦伤和磨伤。为了避免这种伤害,我们要尽可能地将边角做成圆的,手柄做得宽一些;也可以在手柄上加道曲线,在手柄部位加一防护套。当用力握持住工具时,作用部分延伸到了手以上,避免应力集中使用显得轻便。

3 农业工具手柄尺寸设计

应设计三种尺寸的手柄。分别为大号(男性第95百分位);中号(男性第50百分位或女性第95百分位),小号(女性第50百分位),50%成年男性和95%成年女性的数据接近。手柄设计是关乎任何手工工具安全、舒适、易用的重要因素,在科学技术飞速发展的今天,人们关注的劳动生产率与生产工具的工业设计密切相关,而工业设计的主要方面就是工具的宜人性设计,即考虑“以人为本”,使设计的工具人们能够安全、舒适、易用。

用户名：
密码：
验证码：