安全帽的舒适性设计.doc

0 安安全全人人机机工工程程课课程程设设计计 题题 目目 安全帽的舒适性设计 姓姓 名名 x x 班班 级级 xxxxxx 专专 业业 安全工程 课程名称课程名称 安全人机工程 指导教师指导教师 x xxxx 安全工程专业教研室安全工程专业教研室 年年 月月 日日 1 浙浙江江海海洋洋学学院院 课课程程设设计计成成绩绩评评定定表表 2014 2015 学年 第 1 学期 学院 xxxxxx 学院 班级 xxxxxx 专业 安全工程 学生姓名 学号 xx 120714124 课程名称安全人机工程学 设计题目安全帽的舒适性设计 指导教师评语 指导教师签名 年 月 日 答辩评语及成绩 答辩小组教师签名 年 月 日 2 浙浙江江海海洋洋学学院院 课课程程设设计计任任务务书书 2014 2015 学年 第 1 学期 学院 xxxxxxxx 学院 班级 xxxxxx 专业 安全工程 学生姓名 学号 xxx 120714124 课程名称安全人机工程学 设计题目安全帽的舒适性设计 设 计 依 据 1 应用人机工程学的知识 对安全帽进行评价并作改进设计 2 通过观察及测量数据发现问题 查找资料 解决问题 设计提案并加以总结 3 通过绘图软件的应用提高评价和设计的精确度和可信度 设计方案是在原有环境限制 基础上进行的改进 具有可操作性和可实现性 设 计 要 求 及 主 要 内 容 设计要求 1 发现并提出问题 对问题进行分析 2 对存在的问题提出整改意见 并做出修改且要符合安全人机工程有关要求 3 提出创新方案并整改 确保可行性 主要内容 1 通过平时观察与测量 及安全帽的特性分析 发现安全帽存在的问题 并对存在的缺 陷与漏洞进行分析 2 进行合理的改进使之符合安全人机工程要求 使之更舒适的使用 3 创新性的提出新的设计理念 灵活运用人机工程相关要求 参 考 资 料 1 于保国 安全人机工程学 北京 机械工业出版社 2007 2 肖义庆 张斌 杨文芬 GB28112007 安全帽 GB T28122006 安全帽测 试方法 理解与实施 北京 中国标准出版社 2007 3 佘启元 个体防护装备技术与检测方法 广州 华南理工大学出版社 2006 4 聂幼平 崔慧峰 个人防护装备基础知识 北京 化学工业出版社 2004 5 邵辉 系统安全工程 北京 石油工业出版社 2008 6 赵江洪 设计心理学 北京 北京理工大学出版社 2003 指导教师签字日期 3 安安全全帽帽的的舒舒适适性性设设计计 摘要 为了减少施工过程和意外事故对作业者的伤害 作业者必须根据 施工环境佩戴个人防护设备 PPE 但是由于 PPE 的舒适性问题 作 业者往往不佩戴或 不正 确佩戴 PPE 以至于造成防护作用的丧失和伤害 性事故的发生 同时研究表明长期使用不舒适的PPE 也会对作业者造 成生理和心理的伤害 为了保护作业者的生命安全和减少PPE 本身 对作业者伤害 我们有必要对PPE 进行舒适性研究 我选择了PPE 中非常重要的部分 安全帽 来展开整个研究设计 本文的研究从舒适性相关因素分析以及环境中所有的相关因素进行整理 和分析 归纳出安全帽舒适性相关因素 接着本文通过对相关因素进 行合理分析 提出合理的结构设计思路 最后根据设计策略进行设计 实践 本文的研究重点是分析安全帽舒适性的相关因素 以及通过 恰当的研究 方法对安全帽进行舒适性设计 论文最后的结论是 1 通过特性 及环境的舒适性相关因素分析可以得 出较为全面的舒适性相关因素 2 用合理的研究方法对相关因素进行 分析 3 归纳总结分析结果 提出设计方案 关关键键词词 安全帽 舒适性 设计策略 4 The comfort level of the helmet design ABSTRACT Workers must wear personal protection equipments in order to avoid accident and hurt However workers frequently Didn t wear PPE or wear it by err way for uncomfortable PPE which made the protection of PPE disable and worker easily hurt At the same time some researches indicated that it would produce a side effect for workers physical and metal if worker used uncomfortable PPE during long period We needed to do some researches about PPE comfort and fit for the purpose of wooers security I chose the safety helmet which is the most importance parts of PPE to do my research This thesis began to do analysis from relative comfort and fit elements which elements were originally from environment Through that analysis I concluded a whole list of relatively comfort and fit elements Then based on the rational analysis of related factors put forward the reasonable structure design According to the design strategy to carry on the design practice research emphasis of this article is to analyze the related factors of safety helmet comfort and through the appropriate research methods for safety helmet comfort design The research finally concluded that 1 through the analysis of the characteristics and environmental comfort related factors can be concluded that comprehensive comfort related factors 2 use reasonable research methods to analyze related factors 3 sum up the results of the analysis design scheme is put forward 5 目目 录录 1 1 绪论绪论 6 1 1 研究背景 6 1 2 研究目的 7 1 3 研究意义 7 1 4 现状 7 1 5 特征 8 2 2 基本概念界定及研究方法基本概念界定及研究方法 9 2 1 安全帽 9 2 2 舒适性 11 2 3 研究方法 11 3 3 基于特性下的相关因素分析基于特性下的相关因素分析 12 3 1 头面部的散热 12 3 2 工人的心理特性分析 13 3 3 头面部的触觉 14 3 4 行业特性分析 14 3 5 安令帽重量分析 15 3 6 物理环境与安全帽舒适性的相关因素分析 16 3 6 1 温度 16 3 6 2 湿度 16 4 4 安全帽的改进设计安全帽的改进设计 17 4 1 下颌带 17 4 2 帽箍 17 4 3 吸汗带 17 4 4 壳体 18 5 5 设计总结设计总结 19 5 1 小结 19 参考文献参考文献 19 6 1 1 绪论绪论 1 11 1 研究背景研究背景 安全防护一直是施工过程中非常重要的环节 为了减少施工过程和意外事故对 作业者的伤害 往往要求作业者必须根据施工环境佩戴个人防护设备 PPE 其 中个人防护设备包括了安全帽 护目镜 听觉保护器 安全手套 安全鞋 呼 吸器和安全带等器具 而有关调查发现正确使用个人防护设备可以防止高达 37 的职业伤害 并且在物理防护的同时也可以增加作业者心理的安全感 进 而可以保证作业安全和提高工作效率 由于个人防护设备在社会建设和发展中 的重要作用 也使得越来越多的人进行个人安全设备的研究 但在实际作业中 安全事故依然不断发生 工人的安全仍然不断受到威胁 美国职业健康与安全 协会 OSHA 的数据表明 在所有伤残性职业伤害中有12 一14 的是因为工人 没有佩戴合适的个人防护设备 并且也有调查表明6 2 的工作人员认为他们的 防护设备是非常不舒适的 并且因为不舒适性使很多工人排斥使用个人防护设 备 从而产生被约束的心理 影响工作的行为 并可能发生事故性伤害 而也 有研究表明不舒适的个人防护设备可能产生比要预防伤害本身还要大的伤害 虽然个人安全防护设备的安全性研究非常重要 但它的舒适性问题已经间接地 影响了使用者的安全 同样需要进行深入的研究 本文选择了个人防护设备中 的安全帽开展了研究 安全帽作为个人防护设备中非常重要的部分 在正确佩 带下可以降低头部外伤发生率70 但在建筑事故分析中大部分原因是工人没 有佩戴或者没有正确的佩戴安全帽 追溯其根本原因则是安全帽在工作中有着 严重的不舒适性因素 并 在强制使用过程中产生了消极影响 多数工人也只是象征性的将安全帽放在头 上 并没有正确佩戴 面对如今社会的快速发展 施工过程和施工强度的不断 加大 为了减少事故的发生 为了工人的安全 同时也为了提高工作的效率 我们不得不提出进行安全帽的舒适性研究 而本文将基于人机工程学 心理学 等相关学科的知识 分析工业安全帽的舒适性影响因素 并提出相应的设计策 7 略 1 21 2 研究目的 研究目的 通过对舒适性研究的分析 提出适合安全帽舒适性研究的方法 通过人机工程 学中的 人 机 环境 系统的思路 分析安全帽舒适性的相关因素 对安全帽 的舒适性的问题进行归纳 从而指导最后的设计 1 31 3 研究意义 研究意义 个人防护设备的舒适性问题正在引起社会的注意 而对于它的研究也刚刚 开始 安全帽作为个人安全防护设备的重要部分 它的舒适性研究对个人防护 设备整体的研究具有推动作用 通过舒适性研究 提升安全帽的舒适性设计 为工人提供舒适的防护设备 避免工人因不舒适性而产生安全问题 减少事故发生的危害 保护工人的权利 和健康 体现对工人的人性化关怀 中国的劳工众多 是一个 PPE 的需求大国 其中对安全帽的需求量又是最 大 尤其是施工速度的加快和增长 所以对安全帽的舒适性研究可以提升市场 的潜力 为企业的发展提供竞争力 提高安全帽的舒适性 可以满足工人的行为 心理的需求 提升工人的 工作效率 1 41 4 现状 现状 舒适性研究属于人机工程学的范畴 同时也属于心理学 生理学的研究领 域 近些年来国内外随着人机工程学或人因工程学的快速发展 舒适性研究也 得到了快速发展 舒适性研究可以体现以用户为中心的设计思想 可以体现出 设计对用户的关心 是提升设计方法和产品竞争力的有效途径 近几年随着国外对 PPE 的研究 认识到舒适性存在的问题 也开始进行 8 PPE 的舒适性研究 虽然目前国内的研究较少 但是国内的一些调查文献和事 故分析 说明了中国也需要研究 尤其是中国作为 PPE 需求大国 为了能有效 地防止和降低事故的危害性 需要进行较深入的研究 安全帽作为 PPE 中重要的防护设备 对工人的生命防护起着非常重要的作 用 目前国外的研究已经开始 但是还是主要倾向于生理学 力学的分析和评 价 问题的焦点主要在热舒适性和受力的舒适性上 而研究的内容往往是提取 舒适性的某一个因素来研究 这样就可以得到一些科学的数据 是舒适性研究 的重要方面 而目前国内对安全帽的舒适性问题虽然也有认识 但并没有深入 的去研究 而是制定了一些规定 要求员工并须佩戴 反而起到了一些消极的 影响 1 51 5 特征 特征 1 满足使用环境的舒适性要求 2 满足人体参数要求 3 满足用户的心理上的需求 4 用户使用过程的舒适性 9 2 2 基本概念界定及研究方法基本概念界定及研究方法 2 12 1 安全帽安全帽 对人体头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用的帽子称为安 全帽 由帽壳 帽衬 下颚带及其他附件组成 帽壳由壳体 帽舌 帽沿 顶筋等组成 帽衬是帽壳内部部件的总称 由 帽箍 吸汉带 衬带及缓冲装置等组成 下颚带是系在下巴上 起固定作用的带子 由系带和锁紧卡组成 图 2 1 安全帽结构示意图 壳体 1 帽舌 2 帽沿 3 顶筋 4 帽箍 5 吸汉带 6 衬带 7 缓冲装置 8 系带 9 锁紧卡 10 安全帽因为种类比较多 所以从不同的方面可以划分为不同类别 根据帽壳的材料可划分为塑料安全帽 玻璃钢安全帽 胶质安全帽 竹编安全 帽 铝合金安全帽等 前四种材料的安全帽生产企业较多 生产量较大 被广 泛使用 铝合金安全帽生产及使用较少 按照安全帽沿尺的大小可划分为无沿 小沿 中沿 和大沿 按照安全帽衬带的连接形式主要可以分为4点式和6点式 其材料主要为塑料 和化纤 10 图2 2下颌带的类型 图2 3下颌带的类型 按照安全帽下颌带形式可以分为C型 D型 YD型 YC型 图2 4 下颌带的类型 按照安全帽帽箍可以分为针孔型 旋钮型和快速适合性型 图2 5 下颌带的类型 按安全帽的用途可划分为一般作业类和特殊作业类两种 一般作业类安全 帽具有一般冲击防护性能 用于存在冲击伤害的作业场所 如建筑 造船作业 等 特殊作业类安全帽除具有一般冲击防护性能外还具有特殊防护需要的作业 场所 如静电防护 侧向刚性防护 阻燃防护 低温防护等 为了减少研究的范围和难度 本文章将仅对普通安全帽 一般作业安全帽 进行研究 所以下文所提到的安全帽即为普通安全帽 而涉及到的使用环境也 只为一般的作业环境 主要为施工现场 建筑工地 工厂等 11 2 22 2 舒适性舒适性 舒适 在 辞海 中被解释为舒服安逸的意思 具体可以描述为身体或精神 上感到轻松愉快 赵江洪认为舒适性一方面是大家可以认可的 可以客观评价的人的感受或 体验 另一方面每个研究者对舒适性的定义 都在一定程度上反映了研究者的 学术背景 在人机工程学研究的4个层次看 舒适是高于安全 效率之后更高层次的追 求 图2 6 人机工程学的4个研究层次 在目前的舒适性研究中 往往会因为学科的不同而侧重点有所不同 如服 装工程的主要研究织物材料的接触舒适性 热舒适性 而汽车工程主要研究振 动的舒适性 即使在安全帽的研究领域也会因为专业不同 研究内容有所不同 比如力学的更多研究安全帽的撞击舒适性 材料背景的主要研究散热的舒适性 2 32 3 研究方法研究方法 本文通过对影响安全帽的相关因素进行分析 查找出存在的问题 并通过一些 具体设计对问题进行解决 12 3 3 基于特性下的相关因素分析基于特性下的相关因素分析 3 13 1 头面部的散热头面部的散热 人体产生的热量 基本上由人的活动方式决定 而活动方式在某种程度上 与 人的年龄和性别有关 人体的产热量是不可控制的 人体的散热量很大程度上 取决于衣服 同时也取决于上述因素的共同影响 头部是大脑神经中枢的所在地 头部的皮肤虽然薄 但血管及汗毛既多且 粗 所以 体内热量常从头部大量往外蒸发 有关研究资料表明 气温在15 左右 时人体约1 3的热量从头部散发 气温在4 左右时 人体约1 2热量从头部 散发 而对于工作中人来说身体会产生大量热量 而需要从身体头部散发 这 就要求安全帽具有很好的散热性能 为了更好地提高安全帽的散热性能 我们需要研究头部散热方式 参考人 体 散热方式 包括四种主要方式 辐射散热 传导散热 蒸发散热 对流散热 环境温度低于皮肤温时 可借辐射 传导 对流散热 环境温度等于或高于皮 肤温度时 可借蒸发散热 辐射散热是指体热以热射线形式传给温度较低的周围环境中的散热方式 它的特性足通过温度差散热 如果在高温环境下 反而会吸收周围的热量 而 安全帽内的热量的主要来源就是外部辐射 所以它不仅是头部散热的方式 也 是头部吸热的方式 传导散热是指体热直接传给与机体相接触的低温物体的散热方式 与皮肤接 触物的温差和面积决定了散热量的多少 对流散热是指体热凭借空气流动交换热量的散热方式 它的散热量的大小取 决于气温 风速 有些安全帽设置透气孔就是为了提高内部空气的流动来进行 散热 13 蒸发散热是指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态 同时带走大 量热量的散热方式 当气温高于体温时 蒸发是唯一的散热途径 不感蒸发又称不显汗 指体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面 在未聚成 明显水滴前蒸发掉的散热形式 不感蒸发是持续进行的 可感蒸发又称发汗 是人在安静状态下 当环境温度达到30 左右时 便 开始发汗 如果空气湿度大 衣着又多时 气温达25 便可发汗 机体活动时 由于产热量 虽然环境温度低于20 亦可发汗 炎热的气候 短时间内发汗量 可达1 5L h 发汗散热是通过汗液蒸发吸收体表热量实现的 若将汗液擦掉 则 不能起到蒸发散热的效果 工人在佩戴安全帽情况下主要的散热方式就是可感 蒸 发 但是如果蒸发出的气体不能排出 则会使安全帽内积聚大量的汗气 造成 潮 热及不舒适感 表 3 1 头面部的散热与安全帽舒适性的相关性 散热方式安全帽相关性描述 辐射散热 传导散热 对流散热 蒸发散热 帽壳的颜色 材料 吸汗带 帽箍 下颌带 帽壳 帽箍 帽壳 不同的颜色 材料吸散热颦不同 与皮肤接触的部位导热性 通风散热 帽壳内的温度是否可以蒸发 3 23 2 工人的心理特性分析工人的心理特性分析 舒适性研究主要方面包括心理舒适和生理舒适 但是两个方面又有着诸多的交 叉 因为生理的不舒适最终也可以反映到心理上 而心理的不舒适也会影响生 理的感觉系统 在各种施工环境中 由于危险程度的不同 工人的心理压迫感 也不相同 对于一些存在安全却容易疏忽的环境 用户往往也会掉以轻心 不 正确使用安全帽 常见的施工环境中所包含的心理主要是紧张和疏忽 紧张主 要是因为环境的危险性导致 用户无法放心的工作 而不得不时刻关心自己的 14 安全 紧张的工人可能会不时的调整自己安全帽 疏忽主要表现为工人对自身 环境的认识不够清楚 并不认为存在安全帽性问题 所以不戴或正确佩戴安全 帽 表3 2 工人的心理特性与安令帽舒适性的相关性 心理安全帽相关性描述 紧张 疏忽 下颌带锁扣 帽箍锁扣 下颌带 紧张情绪下的不时的调节 下颌带可能会被放弃使用 3 33 3 头面部的触觉头面部的触觉 人体的感觉包括触觉 压觉 温度觉和痛觉等 但是由于人体不同部位的 神经元的分布不尽相同 所以感觉也就有所不同 头部的外层包括覆盖有毛发的头皮和脸部的皮肤 头皮的皮肤层较身体含有 大量毛囊 皮脂腺和汗腺 含有丰富的血管和淋巴管 所以它也比较容易出汗 但由于毛发的覆盖 它对材质的接触感不太灵敏 而脸部的皮肤除具有皮肤所 具有的敏感的触觉 压觉 温度觉和痛觉外 由于其触点分布密度较高 皮肤觉 它的敏感程度也比较高 表3 3头面部触觉与安全帽舒适性的相关性 头部触觉安全帽相关性描述 头皮 衬带 帽箍 压迫感 湿热感 接触痒感 接触粘附感 压迫感 湿热感 接触痒感 接触粘附感 脸部皮肤 下颌带 吸汗带 压迫感 湿热感 接触瘁感 接触粘附感 压迫感 湿热感 接触瘁感 接触粘附感 15 3 43 4 行业特性分析行业特性分析 不同行业职业伤害不尽相同 以建筑为例 建筑工伤累及全身各个部位 按 手 脚 四肢 头 躯干 眼分别统计 160例重大建筑工伤中 手伤害33例 脚伤害20例 四肢伤害32例 头部伤害19例 躯干部伤害34例 眼伤害4例 其 中死亡案例中头部伤害最多见 机械伤害以手 四肢多见 建筑行业多是露天工作 工作条件受天气变化影响 而天气条件也会直接影 响安全帽的舒适性 时间上也会影响用户使用的舒适性 比如说长时间无休息产生的疲劳 长 时间工作无法清洗安全帽等 劳动就业和社会保障机构对农民工进行了调查发 现 平均每天正常工作8小时的占53 26 每天工作9 10小时的占26 28 从每周工作时间上看 46 90 的农民工每周工作7天 表3一4行业特性与舒适性 环境安全帽相关性描述 室外工作 室内工作 帽壳 帽沿 吸汗带 遮阳性 热辐射性 其它天气条件 温度条件可控 3 53 5 安令帽重量分析安令帽重量分析 安全帽的重量关系到用户使用过程中头部的压力感 疲劳程度 而目前 GB2811 2007中规定安全帽的质量 普通安全帽不超过0 43 防寒安全帽不 超过0 6 但对于施工中的工人 在保证安全帽安全的前提下 安全帽越轻越 好 因为人的头部不同位置的敏感性不同 而为了保护一些较为敏感的部位 如太 阳穴 我们可以将重量分散到更适合承重的部位 16 表3 5安全帽的重量与舒适性 用户安全帽相关性描述 头面部 帽壳 帽箍 吸汗带 主要的重量 压力感 疲劳度 3 63 6 物理环境与安全帽舒适性的相关因素分析物理环境与安全帽舒适性的相关因素分析 3 6 13 6 1 温度温度 影响安全帽舒适性的物理环境因素包括空气温度 湿度等方面 而因为工 作环境不同 所以安全帽的设计也会有所不同 为了能减少或避免环境的不利 影响 需要提高安全帽的相应的条件 以此最终提高用户使用的舒适性 空气温度是影响热舒适的主要因素 人体主观感受的舒适温度与人体主观 条件 运动量 穿衣多少 耐热能力等 有关 客观标准的舒适温度认为人体最 适宜的温度 工作时为19 21 休息时为25 29 标准温度为 2l 3 C 在 工作温度 下 操作者可以安全 健康 有效地工作 对于安全帽 温度与它的舒适性相关的方面包括热舒适性 材料接触感的 舒 适性 3 6 23 6 2 湿度湿度 环境中的湿度直接和间接影响人体的热舒适 同时 在不同的空气湿度下 温度的舒适性也不一样 过高和过低的湿度均会引起人的不适 对于安全帽内 部 由于汗液的蒸发 如果通风较差也会产生湿度较高的情况 产生对头部舒 适度的影响 同时湿度在热感觉 皮肤潮湿度 材料的接触等方面起着重要的 影响作用 当皮肤平均湿度达到25 的情况时 皮肤表面与服装的摩擦显著增 大 而且在皮肤平均湿度高于25 的情况下 没有人会感到舒适 所以也需要 17 考虑下颌带以及其它与头脸部接触的材料与湿度的关系 其它物理环境还包括工人是否会在下雨的情况下工作 工作日平均的太阳辐 射 工作环境的空气流通如何等环境条件 根据这些具体的环境条件 我们可 以 提出相应的提高安全帽的解决方案 提高安全帽的舒适性 表3 6物理环境与安全帽舒适性的相关性 4 4 安全帽的改进设计安全帽的改进设计 4 14 1 下颌带下颌带 为了提高下颌带的接触舒适性 必须考虑下颌带所产生滑动和摩擦因素 由于材料的粗糙性 会对面部造成不适感 提高透气性 一方面可以通过提升 材料本身来提高 一方面可以增设缝隙来提高透气性 从材料的纹理上 条形 和交叉性透气性要好 但摩擦系数较高 而孔状的摩擦系数相对较低 其次就是将锁扣与下颌的结合形式进行设计 因为锁扣在带子上的突兀会 使用户感觉到不舒适 所以需要考虑如何将锁扣平整顺滑的整合到带子上 可 避免锁扣压到骨点上 就可以将锁扣调节的范围控制到骨点与骨点之间的肌肉 的位置 4 24 2 帽箍帽箍 帽箍