人因工程学在起重机械安全设计中的应用.pdf

100产品可靠性报告2 0 2 3 年第4 期质量技术人因工程学在起重机械安全设计中的应用陈鼎淇李戈真摘要：时代进步推动了起重运输行业的发展，对促进我国经济发展发挥了重要作用。人因工程学作为研究机械、人、环境内在关联的学科，将其运用在起重机械设备设计中可实现人与机械的和谐统一，可进一步增强机械设备的安全性、适配性及经济性。基于此，探讨人因工程学在起重机械安全设计中的应用，首先分析人因工程学研究的背景及意义，随后从便携式操控装置、爬梯、司机室作业空间三个角度论述人因工程学在起重机械设计中的具体应用。关键词：人因工程学起重机械安全设计一、人因工程学研究的背景及意义人因工程学属于边缘性学科，涵盖了多个领域的知识，包含生理学、解剖学、心理学等，主要研究人、环境和机械设备三者之间的关系，强调人在使用设备时的安全性、便捷性、健康性及舒适性。人因工程学研究中将人、机械和环境看做有机的整体，以此提升设备的性能。对此，为了让使用者拥有安全且舒适的作业环境，需深入探讨人因工程学在起重机械安全设计中的应用。除此之外，人因工程学需满足人作为个人在使用机械中的生理及心理层面的需求。起重机械设计的目的是满足个体需求，应对机械设备进行持续创新，属于综合规划性质的活动。人因工程学将技术与艺术紧密的连接为整体，也将环境和经济元素融入其中，所以起重机械安全设计运用人因工程学是艺术、技术与功能的统一。人作为起重机械设计的核心，是决定产品设计是否科学的关键性因素。人因工程学与现代起重机械设计强调人的重要性，将机械、人和环境作为有机整体，研究不同元素之间的最佳协调关系。人因工程学弥补了起重机械设计中安全性及科学性不足的问题，同时在此基础上为机械设备的设计提供了极为可靠的理论基础。如果起重机械设计中忽视人因工程学，仅进行单纯的功能研发，那么起重机械必然是不完美的。比如，二战期间为了满足战局扩大而生产威力大、高性能的武器装备，盲目追求威力忽略了人的因素。在武器装备设计后投入使用时，由于设备与人不具备协调性，导致人在操作中频频失误，德国的巨炮就是典型的例子。历史经验告诚我们，人因工程学是当代起重机械安全设计中重要的部分，融入人因工程学能让起重机械设备更好地为人所用，发挥设备安全及功能的特点。二、人因工程学在起重机械设计中的应用(一）便携式操控装置设计便携式操控装置可理解为日常生活中的电视遥控器，设计人员在设计便携式操控装置时需将人的使用情况作为重点。比如，大多数人的习惯是利用四指握持遥控装置，因此设计便携式操控装置外观形状时将起重机械遥控器设计为长方形，并且将遥控器前端略宽于后端，以此方便人们使用。在遥控器设计中，将功能按键放在遥控器后端位置，可方便人们操作，降低遥控装置使用中对人体的损害。在起重机械遥控装置设计中，遥控装置尖角部分可采用圆弧设计方式，这样设计的目的是让遥控装置功能更加全面，同时在一定程度上提高遥控装置的美观性。在起重机械遥控装置具体设计中，可对我国人均人体尺寸进行调查，在设计便携式操作装置时将长度控制在1 5 cm到2 0 cm之间，宽度控制在5 0 cm到6 0 cm之间，厚度控制在4 0 cm到5 0 cm之间，以此满足人们操作习惯，提高人们在操作中的舒适性，加强便携式遥控装置设计的安全性。除此之外，在起升高度限制器、运行机构行程限位器、起重量限制器等操控装置等内部设置传感器，将其与便携式遥控装置相连，在不同设备内设置阈值，当超出阈值后通过操控设备提醒操作者规避危险，同时将设备操作参数调整到安全范围内。产品可靠性报告2 0 2 3 年第4 期1101.质量技术（二）爬梯设计爬梯设计是决定起重机械设备安全性能的关键性因素，在爬梯设计中需科学设计爬梯角度、两侧扶手直径，合理选择爬梯材料及阶梯间距，同时也要控制爬梯阶梯之间的宽度与结构间距。在具体设计中可参考GB10000-88人体尺寸要求，依照国民身体基础数据对起重机械使用环境进行安全优化设计。首先，应确定爬梯的角度。起重机械设备的爬梯分为直立形式的爬梯和倾斜式爬梯。当角度大于7 5 度时可认为爬梯为直立爬梯，如果角度小于7 5 度则认为是斜梯。爬梯角度在6 5 度到7 5 度之间时，起重机械设备使用者最不适应，因为其在攀爬中膝盖和小腿容易与爬梯阶梯磕碰，因此在爬梯设计中尽可能避免将角度设计在这个区间内。在大型起重机械设备中，如港口集装箱起重机械，考虑到其体量较大、空间富裕的问题，可设计角度相对小的爬梯。起重机械设备使用人员在斜梯上行走比较省力，甚至解放攀爬者的双手，起重机械使用人员上下起重机械设备时可让其安全得到保障。在爬梯设计中，如果起重机械结构空间允许尽量多设计小角度爬梯。由于起重机械设备型号较多，部分机械设备结构空间狭小，无法设计倾斜式爬梯，仅能设计为直立式爬梯。直立式爬梯由纵向连接杆、阶梯、护圈、撑杆构成。为了确保攀爬人员的安全性，直立式爬梯需可靠且固定，并且直立式爬梯工作面两米以上需设置护圈，其大小应合理选择，避免攀爬人员在攀爬过程中受阻。对此，在直立式爬梯设计中，需考虑护圈尺寸、阶梯间距及宽度，除此之外还需考虑起重机械固定结构和阶梯踏步的距离，以此确保工作人员攀爬过程中拥有着力点，保障其人身安全。护圈设计中不仅要满足强度要求，还需深入分析护圈的尺寸，如果护圈尺寸不合理将对工作人员攀爬直立式爬梯带来安全隐患。护圈尺寸过小会影响攀爬人员攀爬，尺寸过大将导致护圈失去保护作用。对此，护圈设计中需参照人体坐姿状态下臀部和膝部的间距，确定护圈尺寸，其尺寸最大宽度需在7 0 0 mm以内，护圈半径在3 5 0 mm到3 8 0 mm之间。针对楼梯间距设计，梯级间距的设计主要应考虑攀爬时的舒适度，主要跟人的抬腿高度相关。根据人因工程学原理，抬腿高度可以用髋部的高度减去小腿和脚步高度获得。所有梯级间距的设计值宜在2 7 0 mm300mm之间。设计梯级与起重机械固定结构件的距离时，主要应考虑脚的尺寸，保证人员攀爬时不发生坠落。（三）司机室作业空间设计起重机械设备包含两种作业空间，分别为常规作业区和最大作业区。前者指无需利用利器可稳定到达的区域，比如司机室室内空间设计时需依照不同要求布置工作内容，满足司机操控的灵活性及便捷性。在对司机室作业空间设计中需从如下两点开展：首先是对操控、显示装置及座椅进行设计；其次是对作业空间进行设计。按照上述流程，需先对司机室内部尺寸进行测量，采用多次核验的方式，最大限度减小误差；在此基础上，依照测量得到的数据设计座椅安装位置，座椅安装后设计人体尺寸模型，结合模型设计操控杆位置；最后，利用人体尺寸数据结合人因工程学设计显示装置和操控按钮，保证操控人员使用起重机械设备时可就近操作，提高设备安全性。以起重机械司机室作业空间为例，司机主要通过双手操控设备，因此起重机械司机室工作区域以上肢运动为主，其操作主要局限在一个水平面上，对其设计时需考虑司机动作的难易程度及精度，方便司机可靠、精准且方便地操控设备。在操控空间内，还需设置防坠安全器，限制吊笼超速下行，防止和消除吊笼坠落事故的发生。在升降机使用过程中发生危急情况时,防坠安全器可以发挥断电、及时刹车，让吊笼安全地附靠在导轨架上，防止吊笼坠落的功能，消除人为失误操作带来的安全风险。三、结语在时代的快速发展下，起重机械运输行业得到迅猛发展。在深入研究中发现，当前起重机械安全设计仍存在一定问题，函需采用科学有效的措施对机械设备进行加强安全设计。在起重机械设备设计中需积极运用人因工程学，提高人机系统的稳定性、安全性及高效性，一方面促进人因工程学在机械设备设计领域的应用，另一方面推动起重运输行业的发展。Q作者单位国营长虹机械厂参考文献：【1 段治斌，牛宇峰，浅析起重机械安全保护装置的功能安全J.中国设备工程,2 0 2 1(1 8):2 1 4-2 1 5.2李晓光.起重机械远程安全监控管理系统的设计与实现.福建电脑，2 0 2 0,3 6(1 2)：1 5 0-151.3孙远韬,陈凯歌,张氢,等。一种基于功能安全的起重机械安全防护系统设计方法.港口装卸,2 0 2 0(3):1-4+7.4李伟杰.起重机械事故原因分析及对策研究).中国设备工程,2 0 1 9(2 2):7 7-7 9.5李伟.起重机械检验过程中的检验问题及检验安全探析.现代制造技术与装备,2 0 1 9(1 1):1 3 8-1 3 9.