油锯造型设计论文

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一、问题的提出

油锯的不当设计，会给操作人员带来不堪重负的疲劳。长期暴露在强震动、强噪声和强污染的环境中，直接影响操作人员的身心健康和作业效率，导致多种职业疾病，如腱鞘炎、关节炎、血管收缩症（白手病）、肺炎等，这些疾病都是长期重复性劳作后积累而产生的。油锯作业属于重体力劳动，操作过程中对于操作人员的上肢承受力有着重要影响。油锯重量及不舒适的手柄，会使操作人员的上肢肌肉产生疲劳；不合适的操控键尺寸、色彩和形状，更会给操作人员带来安全隐患。因此在进行油锯的设计时,应该遵循人机工程学的原则，减少人机方面设计不当所带来的风险。本课题研究的目的在于探究油锯造型的人机设计，对油锯的人机界面进行优化，也为油锯作业环境的合理化提供理论依据。

二、人机工程学设计原则

在人机工程学中关于手动工具设计的设计原则包括：

（1）必须能有效完成预定功能；

（2）必须与人的身体形成适当比例，使人力作业效率最大；

（3）必须按照作业者的力度和工作能力来设计；

（4）不应引起过度疲劳；

（5）必须以一些合理的形式向使用者提供感官反馈；

（6）所需要的研发和维护成本应当是合理的。手动工具涉及到的生理因素包括避免静态肌肉施力、避免不协调的腕部方位、避免掌部组织受压、避免手指重复动作。油锯设计必须在有效地实现预期功能的同时，与使用者身体部位成适当比例，缓解使用者的疲劳，使其工作效率最大化，并在使用合理性最大化的同时，充分考虑到操作的安全性和舒适性。油锯的设计主要研究人体上肢与工具的相互协调，设计时需要将人手、工具和户外林场作为一个系统，除了对手部、臂部构造的研究外，更为重要的是研究与手部相接触的产品部件。只有这样才能满足人机工程学原则，设计出符合使用者要求的油锯来。

三、油锯造型的人机设计研究

1.操控设计

（1）后把手设计

操作油锯时，操作者身体臂部主要的受力肌肉为右手掌长肌、右手肱二头肌、左手肱三头肌。随着把手直径增大，肌肉收缩增强，但当直径大于30毫米时，收缩强度迅速增大；而当把手直径小时，虽然肌肉收缩强度小，但是太小会增加局部压力，使手指局部产生刺痛，并且在需要施加扭矩的情况下，会增大握力，导致肌肉收缩增大。因此，30毫米左右的把手直径有利于保持最大握力。我们可以看出，有一定角度和平直的把手，会使腕部处于平直和弯曲的状态，而当人手的腕部处于平直状态时，手的持握力有所减耗，并且别扭的手部方位将导致手部疼痛。因此，油锯后把手倾角设计为20-30度左右为宜。如图4所示，男性最宽手幅大约为97毫米，因为后把手还有一定的倾角，故把手长应当为120-140毫米，带手套长度最少增加10毫米。把手形状不能为圆形或正方形，断面为矩形或三角形更适合,操作起来更顺手、更舒适。

（2）刹车杆设计

人推操纵杆比拉操纵杆的反应时间要短。也就是说，当紧急情况下，有效的操纵应该是推这个动作。因此，当工作的油锯需要停止时，刹车杆应该是向前推的，此时刹车带抱紧链轮，链条停止运转；当需要油锯恢复正常工作，向后拉刹车杆，则刹车带松开链轮，链条恢复工作。如图4所示，男性最宽手幅大约为97毫米，刹车杆把手长应当在100-120毫米，带手套长度最少增加10毫米。因为是操作活动的把手，采用22毫米左右的直径最好。

（3）控制键设计

操作人员在其工作过程中免不了重复进行开关操作。重复地按键操作将增加疼痛和疲劳。按键形状不合理、尺寸偏大或偏小、表面容易打滑、操作力过大等，都可能增加手和手指的疲劳，导致手部损伤。油锯手柄和机身上的按键，其水平截面应为矩形，用手指按压的表面要有适合指形的凹陷轮廓。由图4，选取95%男性手指近位指关节宽度值，后把手矩形按键（拇指操作）的参考值为25毫米×12毫米，机身上矩形开关键参考值为30毫米×12毫米。油锯的拆除及减压旋钮，应该采用指针旋钮的形式，圆形或锥形的旋钮不太适合手上油污或戴手套时使用。如图6，指针旋钮的厚度参考为5毫米左右，长度可以在20-40毫米之间。指针旋钮的造型可以多样化设计，如图7所示。在有多个控制键的情况下，各控制键在形状、大小、色彩、质感以及位置等方面，尽量给予明显区别，使它们易于识别，以避免互相混淆。另外在控制键的安置上，必须结合操作者的使用习惯及生理需求，让操作者在合理的体位下操作，避免劳动损耗，使其与人的自然行为协调一致，如图8所示。

2.材料选择

林区工人非常欢迎质量轻的油锯，这是毋容置疑的。国内油锯的重量绝大部分在4.5公斤以上。而德国、日本、美国的轻型油锯的重量大都在3.5公斤以下，如日立CS25EC（S）单手操作油锯，重量仅为2.9公斤，可挂于腰上，上树爬山时方便携带，体积虽小但却毫不影响动力。因此，我国油锯只要在材料和发动机性能上下功夫，使用轻质合金（如镁铝合金）和合成树脂材料进行优化设计，重量可以大大减轻。另外，与手相接处的部位，材料的触感与操作的舒适度有着很大的关系。如工具手柄上覆盖的黑色软胶以及皮纹明确地告诉使用者，这里是可以用手把持的。此外，控制键上的磨砂、槽纹或花纹的材质，也可以使操作更加准确。

3.色彩设计

油锯的色彩人机设计主要体现在：

（1）较紧张工作中能完成快速分辨，操作准确安全，提高生产率。不同的功能最好进行色彩分区，并且需要用到对比较为强烈的色彩。

（2）需要遵循有关技术标准的规定和已被广泛认可的色彩表义习惯。如红色为警示，须做开关使用。

（3）宜用沉重、坚实的色彩，给人一种稳定、安全的感觉。

4.设计案例分析

受宁波大业工业设计公司的委托，笔者为国内一家致力于高端园林机械产品的公司设计一款导板为16寸、功率为1.7千瓦的轻型油锯。目标用户为农户、园艺工人、农场工人和手工匠人等，适合家用、装潢、物业、园林公司等单位。产品定位为砍伐小树、削剪灌木、建造树顶小屋，以及准备过冬薪柴专用油锯。特点是轻便省力，低震动，在恶劣条件下，油锯质量稳定，性能可靠等。这款油锯依照人机工程学原理进行设计，整个机身材质为高强度塑料，能耐高温、耐腐蚀、减震、耐摔。具体部件设计包括：环形把手部分表面采用黑色橡胶材质，直径为30毫米，宽为200毫米，高为200毫米；后把手部分直径为30毫米，长为130毫米，高为120毫米；刹车把手直径22毫米，宽110毫米；发动机罩形态为放射圆形，散热性好，中心处可放公司LOGO；控制键的排布比较集中，便于识别和操作。在色彩设计上使用了较为跳跃的红色、绿色、黄色和橙色，使得产品外观色彩醒目，而且具有视觉舒适度，一改以往工具设计中的色彩运用的局限性。此油锯适合多场合环境作业，其特点是质量轻、功率大、结构简单、造型新颖，其造型设计严格遵循了人机工程学的设计原理，操作更轻巧，使用更便捷。

四、结语

作为林业工作必不可少的操作工具——油锯，必须遵循人机工程学的设计原则来实现造型设计，这对于减轻劳动疲劳及安全操作有着至关重要的意义。在人机工程学方面，油锯设计应该遵循以下四个指导思想：不要使腕部弯曲，把手应该有助于抓握，确定适当的功能分区，以及提供适当的安全空间。未来油锯的发展，必然朝向新技术、新材料、新工艺的方向，但是人机设计的根本原则不可改变，产品设计必须以人的使用为前提，这样的设计才能是优良的设计。

作者:张明月单位:常州大学艺术学院