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中空板周轉箱搬運端手位置的人機工程學設計
發布時間:2016-4-10      瀏覽:994

周轉箱也稱為物流箱,在物流運輸、配送、儲存、流通等環節應用廣泛。在物流管理越來越被廣大企業重視的今天,周轉箱幫助完成物流容器的通用化、一體化管理,是生產及流通企業進行現代化物流管理的必備品。由于塑料具有無毒、無味、防潮、耐腐蝕、重量輕、耐用、可堆疊、外觀華麗、顏色豐富等特點,因而中空板周轉箱占有整個周轉箱市場的絕大部分份額。由于在使用過程中經常需要人工搬運,故而各類周轉箱上都設有方便人工搬運的端手位置。采用人工搬運作業時,箱體的重量、外形尺寸以及搬運方式必須適合人工作業。
中空板成型后適用于電子,包裝,機械,輕工,郵政,食品,醫藥,農藥,家電,廣告,裝潢,文化用品,光磁技術、生物工程,醫藥衛生等各種行業領域的相關中空板制品。

1 提出問題
觀察各種中空板周轉箱的端手位置,幾乎無一例外的將端手位置開在箱體對稱中心線的兩側靠上沿位置,見圖1。A為端手位置與上緣間距離,一般情況下A=25~50 mm,端手孔的尺寸一般為 90 mm(長)×30mm(寬)。對于單個搬運的周轉箱,這種設計是有其合理性的。因為物品的重心與箱體的中心基本重合,而且單個箱體的高度一般不超過340 mm,把箱子從地面抬到腰部,工人只需彎腰、屈膝、伸臂,便可將箱子抬起到腰部以下膝蓋以上位置,此時手臂處于伸直狀態,而箱子穩定地懸吊在手指上,整體受力較為合理。但在搬著箱子行走過程中,箱體碰腿,行走不便,若提高箱體手臂則呈彎曲狀態,易疲勞。此種情況對于體積較大的瓶裝酒、飲料中空板周轉箱尤為明顯,因此,周轉箱端手位置的確定應滿足人機工程學要求,提高使用的舒適性。

2 使用過程分析
2.1 箱體的位移特點
分析中空板周轉箱在使用過程中的位置變化,可簡單分成2個部分:即上下移動和水平移動。根據使用場合的不同,每一個部分又可以分解為幾個不同的動作,見圖2。在實際使用中,箱體的位置變化就是由以上分解動作的疊加、組合來完成的。

1)上下移動。
拿起:即將箱子由地面(或托板)搬起至腰部位置,這是一個由蹲姿到立姿的過程,在這一過程中端手位于周轉箱的上部時,肢體移動距離較短,比較方便、省力,有關研究結論也證明了這一點。
放下:即將箱子由腰部位置放至地面(或托板),與拿起相反,是一個由立姿到蹲姿的過程,同樣端手位于箱體上部時比較方便、省力。
2)水平移動。
推拉定位:即將箱子放至指定地點后的精確定位(在某些使用過程中該動作被省略),以橫向擺動為主,端手位靠上比較方便操作。
攜帶:即將周轉箱拿起后由一地搬至另一地方,這是周轉箱搬運過程中體力消耗最大的環節。在此主要分析在此過程中端手位置的確定。
2.2 端手位置受力分析
箱體端手位置的確定跟箱子的高度、重量和搬運方式有關,針對這些特點,討論端手位置的確定。
在攜帶過程中,由于通常情況下單人可攜帶包裝最重不超過30 kg,當單個箱子重量在30 kg以上時,通常安排兩人抬起行走,此時端手位于箱體上部,比較方便。
當單個箱子重量在20~30 kg時,如端手位置在箱體上部(圖1)時,由于箱體較重,搬運時兩臂拉直會因箱體擋住兩腿而影響走動,降低運輸效率。要想不影響走路,手臂必須彎曲,使箱體位置提高。此時,在重力作用下加速搬運人手臂疲勞,影響工作效率。如將端手位置放在箱體下部,見圖3,由于端手位以下箱體高度很。˙=30~50 mm),因而對腿部移動的影響很小,可有效提高搬運效率。
 
當單個箱體重量小于20 kg時,為了提高搬運效率,經常將數個周轉箱疊起搬運。疊起高度小于500mm時,可置于搬運者胸前;高度大于500 mm時,由于視線和操作靈活性的影響,通常置于背后。一般情況下,在實際工作中進行此類操作時,搬運工以雙手置于最下面箱子的端手部位,采用背運的方式較為常見。搬運過程中手臂在提供向上的力的同時,利用端手位置與靠近身體的箱子邊緣形成的力矩將疊放的箱體靠在背上。在此過程中,手腕部始終處于撓側偏(箱體在體前時,形成尺側偏)狀態,極易產生腕部酸痛,引起疲勞。如長時間這樣操作,會引起腕道綜合癥、腱鞘炎等癥狀。同時,由于疊放的箱體較高,重心相應提高,行走過程中穩定性較差,因此,兩手臂需從側面夾持住箱體以維持整體平衡。根據人機工程學的觀點,這種既用力又要加以控制的作業方式,比較容易引起作業者的疲勞,給整個搬運過程帶來不利影響。
3 端手位置的人機工程學設計
滿足人機工程學要求的端手位置設計見圖4,將端手位置設在箱體的下方,搬運時,由于端手位置下方的箱體長度較小,兩臂伸直也不會妨礙兩腿走路。

但此時由于箱體的重心位于端手位之上,造成箱體穩定性較差,因此將端手位置偏置,使向上的搬運力臂大于向下的重力臂,達到省力的目的,同時又形成順時針力矩,是箱體靠在搬運者身體上,以獲得穩定性。另外,這種順時針力矩所造成的箱體傾斜,會使箱體上部緊靠搬運者身體,而下端產生少許偏移力,減輕箱體對兩腿走路的影響,可提高搬運效率。結合上文分析中提到的搬運過程手腕部的受力情況,為使手腕在工作過程中免受側偏之苦,此處調整端手孔位置的角度,使手臂與端手位置垂直,以保持手腕處于順直狀態,腕關節放松,以減輕疲勞。
分析箱體搬運過程中的受力關系見圖5,手臂、箱體、后背形成了一個直角三角形。根據《GB/T 10000-1988中國成年人人體尺寸》有關數據,AB為上臂長、前臂長與手掌長之和,根據周轉箱產品的功能分類屬于Ⅲ型產品,依平均尺寸設計采用第50百分位人體尺寸,考慮功能修正后得:AB=698 mm,偏置的端手位置距箱體側壁的長度BC=180 mm。搬運過程中手臂與端手位置垂直,即AB⊥BD,根據幾何關系,見圖6,∠CBA=∠DBE=15°,即端手位置與水平面的夾角α=15°。

考慮到中空板周轉箱的通用性要求,在實際使用過程中,每個箱子可同時設置上、下2個端手位置,見圖7,以方便使用。中空板周轉箱為注塑產品,產品穩定性好,如此改進設計除模具復雜程度略有增加外,箱體成本變化不大。

4 結語
中空板周轉箱端手位置的合理選擇,應根據箱子的高度、重量和搬運方式等特點,結合人機工程學要求來綜合分析,簡單地設定在一個位置是不合理的。綜合使用情況,在箱子上設計2個端手位置,不但使用方便,減輕疲勞,而且增強了操作的舒適性,提高工作效率。
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