TITLE: 人類工效學-第十一章 搬運 AUTHOR: QUENCY DATE: 07/09/2013 07:07:10 PM CATEGORY: 人因工程設計 STATUS: publish ---- BODY:
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第十一章 搬運
第一節 背的毛病
搬運東西, 包含著很大的靜負荷, 可以歸類于重體力勞動. 但是這類工作的主要問題不是工作負荷對肌肉的影響, 而是脊椎間脊椎盤的負荷及其損傷, 進而使腰傷的可能性增加. 這就是為什麼搬運東西被作為單獨的一章.
美國國家職業安全與健康研究所幾年之前發表了一篇統計資料. 該資料表明60%的有腰傷的人認為過度使用是腰痛的主要原因. 使用過度損傷占美國所有職業損傷的四分之一, 而有些工業報告則認為占二分之一. 差不多三分之一的過度使用包括抬東西, 另外有20%涉及到推或拉東西. 根據弗桑特(Pheasant)所做的調查分析在1949-1980所間, 在所有報導的工業損傷事故中大約25-31%的主要原因是"搬運東西". 英國的一項報告表明, 61%的過度損傷包括腰, 而74%的腰疼是由於舉東西引起的. 根據克爾默(Kramer)的調查脊椎毛病是20%的德國工人工作缺席的原因, 是50%人提前退修的原因.
所有這些資料都充分說明在今天脊椎盤毛病是多麼嚴重, 也證明了要通過對工效學研究降低脊椎盤承受和損傷的必要性. 在第五章討論坐椅的設計時, 我們曾解剖過脊椎的特性, 在這裡我們再作一些補充說明.
我們已經知道脊椎是一個放大的S型狀, 在胸部它稍微向後彎, 被稱為胸部凹, 而在腹部向前彎, 被稱為腹部凸. 這種構造使脊椎付有彈性以吸收由於跑, 跳而引起的衝擊.
從上到下, 脊椎的負荷是遞增的, 在腰部的兩根脊椎承受的壓力最大. 正如我們已經指出的每兩根脊椎之間是被脊椎盤分開的.
脊椎盤的衰敗首先是從脊椎盤的邊緣開始的. 脊椎盤的邊緣在正常情況下是堅硬的和堅韌的. 由於失水, 機體組織開始發生變化, 堅韌的環變成了易碎的, 失去了它的力量. 在一開始, 這些衰敗性的變化僅僅使脊椎盤變平, 使脊椎盤開始喪失機械性能, 甚至於引起脊椎的位移. 在這種情況下, 很小的行動, 如搬東西, 輕微地摔一跤或類似的事故都可能引起劇烈的腰疼或腰部風濕性疼痛.
當脊椎的衰敗繼續下去, 任何突然施加在腰部的外力都可能把脊椎盤的液體擠出脊椎盤的外圈. 這樣外力將直接由脊椎或脊椎上的神經承愛. 這就是通常所說的脊椎盤外滑或脊椎盤突出. 壓力在神經上, 使脊椎間的空間減小, 附近的機體組織發生相互擠壓, 引起各種各樣的疼痛, 肌肉痙攣和各種癱瘓, 包括腰部和韌帶關節的風濕病, 坐骨神經痛等. 這些病通常都伴隨著脊椎盤的衰敗.
在研究搬動東西所引起的脊椎的風險時, 有三種不同的方法:
(1)測量脊椎盤的壓力;
(2)用生物機械模型預測腰部脊椎的壓力;
(3)腹部內部壓力的測量.
兩位瑞士學者徹底地研究了身體的各種姿式和負荷對脊椎盤壓力的影響. 圖11-1給出了9個人搬運不同重量的物體時脊椎盤的壓力. 這九個人當中有兩人腰有毛病, 其他七個人身體健康. 這個圖清楚地反映了當搬運重物時, 彎腰對脊椎盤壓力的影響. 從圖上我們可以看出, 彎腰直膝比彎膝直腰給腰部脊椎帶來的壓力要大得多.
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圖11-1. 用四種不同的姿式搬運物體對脊椎產生的壓力
科學研究已經證實了日常經驗: 一個腰有毛病的人容易突然產生劇烈的疼痛, 甚至於癱瘓. 這些症狀的發生是由於重載突然加在脊椎盤上, 這種風驗也會由於不熟煉的搬運方法而增加.
如果一個人彎腰成90度, 這個杆杠作用使他的腰部要承受非常大的壓力. 一個人上身的平均重量是45公斤, 杆杠的平均長度是35釐米, 這將產生1000-2000NM的力矩. 如果這時還要搬起物體, 脊椎盤的壓力會增加到3000-4000NM.
各種不同姿式給每個脊椎盤的具體壓力綜述在表11-1中
表11-1. 在各種姿式下腰椎的壓力
姿式或活動 壓力(N)
站直 860
慢走 920
向側面彎腰20度 1140
向前彎腰30度 1470
向前彎腰30度, 負重20KG 2400
直立, 負重20KG 1220
負重20KG, 彎膝, 直腰 2100
負重20KG 直膝, 彎腰 3270
彎腰時, 脊椎盤的負荷不僅很重, 而且不對稱, 脊椎盤前半部的壓力比後半部的壓力要大得多. 這產生的後果是非常壞的, 是脊椎盤損壞的一個重要原因. 可以想像, 在脊椎盤前半部的液體被擠向壓力較低的往後部, 這將使後半部的液體面積增加, 而產生向外溢出的危險. 這是另一個在搬運東西時應儘量保持上身直立的一個原因.
第二節 背部壓力的生物力學模型
一些學者已經開發了幾個生物力學模型來評價脊椎中脊椎盤的壓力和力矩. 卡芬(Chaffin)在這方面作出了一個重要的貢獻. 他最近出版了<<職業生物力學>>一書. 他用臀部的力矩來預測腹部的壓力以及腰脊椎之間的壓力, 關於這種方法的詳細內容可以參考他的原書, 這裡我們只給出一些結果.
首先需要注意的是脊椎與持負荷的手之間的距離起著非常重要的作用. 也就是, 負荷是在離軀幹較近的地方還是較遠的地方極大地影響著腰椎的壓力. 顯然,壓力是隨著負荷的距離的增加而增加的. 卡芬證實了這樣一個日常經驗: 當搬起一個重物時應使重物盡可能地靠近軀幹. 他同時還發現蹲下搬起一個較大的物體比彎腰搬這一物體時的壓力要大, 即當物體太大, 兩膝之間放不下時, 從上面彎腰提出也許比蹲下往上抬更好, 但是生物力學的分析表明這樣在身體內產生的剪應力要大些,這再一次建議在條件許可的情況下, 上身應盡可能直立.
最近的研究也涉及到舉起物體時的動態方面的問題. 人在搬運物體時產生的加速度, 使腰椎的壓力增大, 在靜態模型中, 並沒有考慮加速度的作用, 因而低估了脊椎盤的壓力. 米特爾(Mital)等人開發了一個三維的運動生物力學模型, 他們首先用兩架攝像機記錄下人舉重時的情況, 然後根據影片計算在關節中心的反應力和力距, 以及脊椎間的壓力和剪切力. 這個模型被用來分析在各種工作變數下的壓力和剪切力. 結果表明非對稱地搬運東西, 或舉起大箱子, 或沒有手抓住東西的位置都會增加脊椎間的壓力.
搬起重物也常常伴隨著腹部內壓力的增加. 這是由於背部和腹部的肌肉收縮所造成的. 這個力使脊椎在搬運物體時保持穩定. 好幾項研究表明, 腰部脊椎上的壓力與腹部的壓力是有很密切的關係的. 例如, 大衛斯等人在他們的研究中讓被試者吞下一個膠囊, 裡面含有壓力敏感元素和無線電發身器, 這可能用來測量人在舉重時腹內壓力的變化, 進而用這個指標來推算脊椎的壓力. 他們在一項研究中發現, 當腹部壓力的峰值超過100MHG的職業得脊椎性疾病的可能性增大, 他們建議把腹部的壓力不超過90MHG作為標準, 雖然在搬運重物時, 腹內的壓力有時達到150NHG.
大衛斯等人用他們的壓力敏感膠囊測量了許多被試者, 這些被試者被要求舉不同重量的物體, 採用各種不同的姿式, 物體在手的不同位置, 重複性搬運或間斷性搬運, 單手搬, 雙手搬, 正面搬, 側面搬等等. 他們發現95%的人的腹部壓力小於所建議的90MHG值.
第三節 推薦
一. 可接受的搬運力
許多學者和政府機構提出了人可以搬運的最大重量. 20年以前, 人們建議的最大舉起力在一定程度上是根據人的可能達到的最大力決定的. 這些值比我們今天所採用的值要高一些, 因為現行的標準的出發點是使腰疼這一職業病減少到最低限度. 這樣就產生了幾個問題. 第一, 我們應該注意, 脊椎盤的損傷在許多情況下是自發地出現的, 即脊椎盤的衰敗並不是由於外力引起的, 因此, 很顯然, 確定最大舉力的標準並不能防止這類脊椎盤損傷的發生. 而且, 隨著年齡的增加, 脊椎盤對壓力的承受能力減弱, 對舉重物特別敏感. 這些因素建議在確定標準時既要考慮
可舉起的重量, 也要考慮搬運東西時的技竅.
二. 負荷極限的限制條件
Pheasant指出了這樣的一個限制條件: "工廠裡的搬運是一些非常規性的活動, 具有某些隨機性. 對於這些臨時性的工作, 很難設計一個標準. 對於重複性和連續性的工作, 將來應當用提供機械裝置來解決, 例如用機器人或傳送帶. 最後需要強調的是許多搬運工作伴隨著轉身, 這使脊椎扭曲, 這樣的搬運是特別有害的. 當前建議的最大搬運重量並沒有考慮這一因素.
三. NIOSE指南
美國NIOSF(國家職業安全和健康研究所)根據Chaffin研究的結果提出了搬運重物的極限. 這些推薦值不僅考慮了負荷到身體的距離, 也考慮了搬運的頻率,搬運的垂直高度, 搬運的起始高度等. 在最理想的條件下, 49KG可以被搬起.NIOSE建立了一個最大的極限和一個行動極限. 前一個值是根據75%的男人或99%的女人設計的, 行動極限對應于1%的男人和25%的女人. 允許的最大極限將在L5和S1脊椎間產生6400N的壓力, 行動極限對應于3400N. NIOSH實踐指南認為工作負荷超過最大允許極限是不可接受的, 應該降低. 超過行動極限被認為是正常的但有風險的, 在這兩者之間的負荷需要選擇和訓練工人.
NOISH推薦涉及的東西很廣, 我們不可能在這裡詳細談.
NIOSH推薦的一個重要缺陷是它只涉及到兩手在胸前的, 對稱的搬運. 事實上, 大部分搬運活動涉及到側行, 轉身, 和其他非對稱性的活動.
四. 大衛斯設定的最在允許力
大衛斯的研究成果被英國國防部用來作為搬運活動最大的允許力. 這些極限是根據前面提到過的腹部壓力不超過90MHG而確定的. 這個允許極限涉及到音手或雙手搬運, 站著, 坐著, 或跪著, 偶爾的或經常的,不同類型的人, 不同性別等.
搬運物體的一些最大允許力的例子給出在表11-2和11-3中.
表11-2. 青年男子搬運的最大允許重量
狀態 離身體的距離(相對於手臂長)
1/4 1/2 3/4 4/4
站立時
正面雙手 350 250 150 100
正面單手 300 220 140 100
側面單手 270 200 130 100
坐著時
正面雙手 270 170 120 110
正面單手 350 220 140 110
側面單手 330 210 140 90
注: 表中的單位為N (牛頓), 搬運頻率為每分鐘不超過一次.
表11-3. 不同年齡, 性別的人的允許搬運重量(牛頓)
男人 婦女
50歲以下 50歲以上 50歲以下 50歲以上
偶爾 經常 偶爾 經常 偶爾 經常 偶爾 經常
雙手, 物體
挨著身體
高度適中 300 210 240 140 180 130 140 100
單手, 物體
挨著身體 200 140 120 80 120 80 70 50
PHeasant是這樣評價表11-3中的數值的"在極限範圍之內也不能保證安全, 安全負荷是不存在的, 一個有毛病的人也許在用一個笨拙的方法抬起一個非常輕的東西時傷了他的腰. (更確切地說是這觸動了他本已壞使的脊椎而引起疼痛). 一個健康的人搬運一個重載時, 如果他摔一跤的話也許會傷著他自己. 不可能確定一個負荷保證安全". 這些考慮與關於脊椎盤疾病的自發性的反省(在本章開頭時提到的)是一致的, 這也修改了最大允許極限的重要性.
五. 實踐中的提示
下列規則是根據一般經驗和科學知識而提出的:
(1) 抓住物體並搬運, 使背成直線, 彎膝;
(2) 使負荷盡可能地靠近身體, 如有可能在兩膝之間抓物體, 兩腳的位置要適當;
(3)確信你持住的物體運動時的高度不低於雙膝. 最大的搬運力在離地面50-75釐米, 在從膝蓋搬運物體時可以一直抬高到90-110CM而感到舒服, 從肘高可以搬物體抬高到肩高, 更高則需要大得多的力;
(4) 如果負荷沒有把手, 用繩子把它捆起後再搬;
(5) 在搬運時, 應避免轉身或扭身;
(6) 只要是允許, 用電動車, 搬運架等機械設備.
六. 搬運的技巧
在搬運重物時, 應使負荷盡可能地靠近垂直方向靠近身體的重心. 在這種情況下, 所需要的平衡力最小, 最佳的搬運方法是用跨在肩上的牛桅. 把負荷放在人身體的正前方不太好, 因為這使腰部的許多肌肉產生靜負荷, Muller等人發現一個工人在搬運20KG的重物, 消耗1050千焦耳可行走的距離為:
用牛 : 4.5KM
用背背: 3.9KM
表11-3中所引用的極限應該被用來作為兩手或單手搬運的指南.
正如我們已經注意到的, 當返程也被考慮時, 50KG的負荷從能耗的角度來講是最經濟的, 也是效率最高的. 因此50KG的麻袋可以被用來作短途的搬運. 相反,100KG的麻袋從生理的角度講是很壞的, 對腰骨的傷害很大.
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正如我們已經注意到的, 50KG的負荷人能耗的角度來講是最經濟的, 也是效率最高的. 當返程也被考慮時. 因此50KG的麻袋可以被用來作短途的搬運. 相反,100KG的麻袋從生理的角度講是很壞的, 對腰骨的傷害很大.
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