Распечатай эту страницу
Понедельник, Март 14 2011 19: 51

Инструменты

Оценить этот пункт
(1 голосов)

Обычно инструмент состоит из головки и рукоятки, иногда с валом или, в случае электроинструмента, с корпусом. Поскольку инструмент должен соответствовать требованиям нескольких пользователей, могут возникнуть основные конфликты, которые, возможно, придется решать путем компромисса. Некоторые из этих конфликтов проистекают из ограничений возможностей пользователя, а некоторые присущи самому инструменту. Следует помнить, однако, что человеческие ограничения присущи и в значительной степени неизменны, в то время как форма и функция инструмента подвержены определенным модификациям. Таким образом, чтобы произвести желаемое изменение, внимание должно быть направлено в первую очередь на форму инструмента и, в частности, на интерфейс между пользователем и инструментом, а именно на рукоятку.

Природа хватки

Общепринятые характеристики захвата были определены в терминах силовая хватка, чтобы точность захвата и еще один крюк, с помощью которого могут выполняться практически все виды человеческой деятельности.

При силовом захвате, например, при забивании гвоздей, инструмент удерживается в зажиме, образованном частично согнутыми пальцами и ладонью, при этом большой палец оказывает противодавление. При точном захвате, например, при регулировке установочного винта, инструмент зажимается между сгибателями пальцев и противолежащим большим пальцем. Модификацией прецизионного захвата является карандашный захват, который не требует пояснений и используется для сложной работы. Точный хват обеспечивает только 20% силы силового хвата.

Захват крюком используется там, где не требуется ничего, кроме удержания. При захвате крючком объект подвешивается на согнутых пальцах с опорой на большой палец или без нее. Тяжелые инструменты должны быть сконструированы таким образом, чтобы их можно было носить с помощью крюка.

Толщина захвата

Для прецизионных захватов рекомендуемая толщина варьируется от 8 до 16 миллиметров (мм) для отверток и от 13 до 30 мм для ручек. Для силовых захватов, применяемых вокруг более или менее цилиндрического объекта, пальцы должны охватывать более половины окружности, но пальцы и большой палец не должны соприкасаться. Рекомендуемые диаметры варьируются от 25 мм до 85 мм. Оптимальный размер, зависящий от размера руки, составляет от 55 до 65 мм для мужчин и от 50 до 60 мм для женщин. Людям с маленькими руками не следует выполнять повторяющиеся действия в силовых хватах диаметром более 60 мм.

Сила хвата и размах рук

Использование инструмента требует силы. Помимо удержания, наибольшее требование к силе рук предъявляется при использовании инструментов с перекрестным рычагом, таких как плоскогубцы и инструменты для дробления. Эффективная сила при раздавливании зависит от силы захвата и требуемой длины инструмента. Максимальный функциональный промежуток между концом большого пальца и концами хватательных пальцев составляет в среднем около 145 мм у мужчин и 125 мм у женщин с этническими вариациями. Для оптимального размаха, который колеблется от 45 до 55 мм как для мужчин, так и для женщин, сила захвата, доступная для однократного кратковременного действия, составляет примерно от 450 до 500 ньютонов для мужчин и от 250 до 300 ньютонов для женщин, но для повторяющихся действий. рекомендуемое требование, вероятно, ближе к 90–100 ньютонам для мужчин и от 50 до 60 ньютонов для женщин. Многие широко используемые зажимы или плоскогубцы невозможно использовать одной рукой, особенно у женщин.

Когда ручка представляет собой отвертку или аналогичный инструмент, доступный крутящий момент определяется способностью пользователя передавать усилие на ручку и, таким образом, определяется как коэффициентом трения между рукой и ручкой, так и диаметром ручки. Неровности формы рукоятки практически не влияют на возможность приложения крутящего момента, хотя острые края могут вызвать дискомфорт и возможное повреждение тканей. Диаметр цилиндрической рукоятки, обеспечивающей максимальное приложение крутящего момента, составляет от 50 до 65 мм, а диаметр сферы — от 65 до 75 мм.

Ручки

Форма ручки

Форма ручки должна обеспечивать максимальный контакт между кожей и ручкой. Он должен быть обобщенным и основным, обычно уплощенного цилиндрического или эллиптического сечения, с длинными кривыми и плоскими плоскостями, или сектором сферы, составленными таким образом, чтобы соответствовать общим контурам хватающей руки. Из-за своего прикрепления к корпусу инструмента рукоятка также может иметь форму стремени, Т-образную или L-образную форму, но часть, которая контактирует с рукой, будет иметь основную форму.

Пространство, ограниченное пальцами, конечно, сложное. Использование простых кривых является компромиссом, предназначенным для соответствия вариациям, представленным разными руками и разной степенью сгибания. В связи с этим нежелательно вводить в рукоять какое-либо контурное согласование согнутых пальцев в виде гребней и впадин, канавок и углублений, так как, по сути, эти модификации не подходили бы для значительного числа рук и действительно могли бы, более длительный период, вызывают компрессионную травму мягких тканей. В частности, не рекомендуются углубления более 3 мм.

Разновидностью цилиндрического сечения является шестигранное сечение, имеющее особое значение при конструировании орудий или инструментов малого калибра. На шестиграннике малого калибра легче поддерживать устойчивое сцепление, чем на цилиндре. Треугольные и квадратные сечения также использовались с разной степенью успеха. В этих случаях края должны быть закруглены, чтобы предотвратить травму от давления.

Поверхность захвата и текстура

Не случайно на протяжении тысячелетий древесина была предпочтительным материалом для рукояток инструментов, а не только для таких инструментов, как плоскогубцы или зажимы. В дополнение к своей эстетической привлекательности древесина была легко доступна и с ней легко работали неквалифицированные рабочие, а также она обладала свойствами эластичности, теплопроводности, сопротивления трению и относительной легкости по отношению к объему, что сделало ее очень приемлемой для этого и других целей.

В последние годы металлические и пластиковые ручки стали более распространенными для многих инструментов, последние, в частности, для использования с легкими молотками или отвертками. Металлическая рукоятка, однако, передает большую силу на руку и предпочтительно должна быть заключена в резиновую или пластиковую оболочку. Поверхность захвата должна быть слегка сжимаемой, где это возможно, непроводящей и гладкой, а площадь поверхности должна быть максимальной, чтобы обеспечить распределение давления по максимально возможной площади. Ручка из пенорезины используется для уменьшения ощущения усталости рук и нежности.

Характеристики трения поверхности инструмента изменяются в зависимости от давления, оказываемого рукой, от характера поверхности и загрязнения маслом или потом. Небольшое количество пота увеличивает коэффициент трения.

Длина ручки

Длина рукояти определяется критическими размерами руки и характером инструмента. Например, для молотка, который можно использовать одной рукой в ​​силовом хвате, идеальная длина колеблется от минимальной примерно 100 мм до максимальной примерно 125 мм. Короткие рукоятки не подходят для силового хвата, а рукоятки короче 19 мм не могут быть правильно зажаты между большим и указательным пальцами и не подходят для любого инструмента.

В идеале для электроинструмента или ручной пилы, отличной от копровой или лобзиковой, рукоятка должна соответствовать на уровне 97.5-го процентиля ширине сжатой руки, вставленной в нее, а именно от 90 до 100 мм по длинной оси и 35 мм. до 40 мм в коротком.

Вес и баланс

Вес не является проблемой для точных инструментов. Для тяжелых молотков и электроинструментов допустим вес от 0.9 до 1.5 кг, но не более 2.3 кг. При весе больше рекомендованного инструмент должен поддерживаться механическими средствами.

В случае ударного инструмента, такого как молоток, желательно уменьшить вес рукоятки до минимума, совместимого с прочностью конструкции, и иметь как можно больший вес в головке. В других инструментах баланс должен быть по возможности равномерно распределен. В инструментах с маленькими головками и громоздкими рукоятками это может оказаться невозможным, но тогда рукоятку следует делать все легче по мере увеличения объема по сравнению с размером головки и стержня.

Значение перчаток

Разработчики инструментов иногда упускают из виду, что инструменты не всегда держат голыми руками и работают с ними. Перчатки обычно носят для безопасности и комфорта. Защитные перчатки редко бывают громоздкими, но перчатки, которые носят в холодном климате, могут быть очень тяжелыми, что мешает не только сенсорной обратной связи, но и способности хватать и удерживать. Ношение шерстяных или кожаных перчаток может добавить 5 мм к толщине руки и 8 мм к ширине руки у большого пальца, в то время как тяжелые рукавицы могут добавить от 25 до 40 мм соответственно.

направленность

Большинство населения западного полушария предпочитает пользоваться правой рукой. Некоторые из них функционально симметричны, и все люди могут научиться работать с большей или меньшей эффективностью любой рукой.

Несмотря на то, что число левшей невелико, установка рукояток на инструменты там, где это возможно, должна обеспечивать возможность работы с инструментом как левшами, так и правшами (примеры могут включать позиционирование дополнительной рукоятки в электроинструменте или пальцевые петли в ножницах или зажимах), если только это явно неэффективно, как в случае винтовых застежек, которые предназначены для использования сильных супинирующих мышц предплечья у правши, исключая при этом левшу. отказаться от их использования с одинаковой эффективностью. Такое ограничение необходимо принять, поскольку установка левой резьбы не является приемлемым решением.

Значение пола

В целом женщины, как правило, имеют меньшие размеры рук, меньшую хватку и примерно на 50-70% меньшую силу, чем мужчины, хотя, конечно, у некоторых женщин в более высоком конце процентиля руки больше и большая сила, чем у некоторых мужчин в более низком конце процентиля. В результате существует значительное, хотя и неустановленное число лиц, в основном женщин, которым трудно манипулировать различными ручными инструментами, предназначенными для использования мужчинами, включая, в частности, тяжелые молотки и тяжелые плоскогубцы, а также резку металла, обжимку и зажимные инструменты и инструменты для зачистки проводов. Использование этих инструментов женщинами может потребовать нежелательной работы двумя руками вместо одной руки. Поэтому на смешанном рабочем месте важно обеспечить наличие инструментов подходящего размера не только для удовлетворения потребностей женщин, но и для удовлетворения потребностей мужчин, которые находятся в нижнем конце процентиля размеров руки.

Особые соображения

Ориентация рукоятки инструмента, где это возможно, должна позволять операционной руке соответствовать естественному функциональному положению руки и кисти, а именно с запястьем более чем наполовину супинированным, отведенным примерно на 15° и слегка согнутым в тыльном направлении, с мизинцем. в почти полном сгибании, другие в меньшей степени, а большой палец приведен и слегка согнут, поза, которую иногда ошибочно называют позицией рукопожатия. (При рукопожатии запястье не более чем наполовину супинировано.) Сочетание приведения и тыльного сгибания в запястье с различным сгибанием пальцев и большого пальца создает угол захвата, составляющий около 80° между длинной осью руки и ладонью. линия, проходящая через центральную точку петли, образованной большим и указательным пальцами, то есть поперечная ось кулака.

Принуждение руки к положению локтевой девиации, то есть с согнутой рукой по направлению к мизинцу, как при использовании стандартных плоскогубцев, создает давление на сухожилия, нервы и кровеносные сосуды в структуре запястья и может вызвать инвалидизирующие состояния теносиновита, синдрома запястного канала и тому подобное. Сгибая рукоятку и удерживая запястье прямо (то есть сгибая инструмент, а не руку), можно избежать сдавления нервов, мягких тканей и сосудов. Хотя этот принцип уже давно признан, он не был широко принят производителями инструментов или пользователями. Он имеет особое применение в конструкции инструментов с перекрестным рычагом, таких как плоскогубцы, а также ножи и молотки.

Плоскогубцы и крестообразные инструменты

Особое внимание следует уделить форме ручек плоскогубцев и подобных устройств. Традиционно плоскогубцы имели изогнутые рукоятки одинаковой длины, причем верхняя кривая приближалась к изгибу ладони, а нижняя — к изгибу согнутых пальцев. При удерживании инструмента в руке ось между рукоятками совпадает с осью губок плоскогубцев. Следовательно, при работе необходимо удерживать запястье в крайнем ульнарном отклонении, т. е. согнутом в сторону мизинца, при многократном его вращении. В этом положении использование сегмента руки-запястья крайне неэффективно и создает большую нагрузку на сухожилия и суставные структуры. Если действие повторяется, это может привести к различным проявлениям чрезмерной травмы.

Чтобы решить эту проблему, в последние годы появилась новая и более эргономичная версия плоскогубцев. У этих плоскогубцев ось рукояток изогнута примерно на 45° относительно оси губок. Ручки утолщены, чтобы обеспечить лучший захват с меньшим локальным давлением на мягкие ткани. Верхняя рукоятка пропорционально длиннее и имеет форму, которая подходит для ладони и вокруг локтевой стороны. На переднем конце рукоятки имеется упор для большого пальца. Нижняя ручка короче, с выступом или закругленным выступом на переднем конце и изгибом, соответствующим согнутым пальцам.

Хотя вышеизложенное является несколько радикальным изменением, в плоскогубцы можно относительно легко внести несколько эргономически обоснованных улучшений. Возможно, самое важное, где требуется силовой хват, заключается в утолщении и небольшом уплощении рукояток с упором для большого пальца на головном конце рукоятки и небольшим расширением на другом конце. Эта модификация, если она не является неотъемлемой частью конструкции, может быть достигнута путем помещения основной металлической рукоятки в фиксированную или съемную непроводящую оболочку из резины или соответствующего синтетического материала, которая, возможно, имеет грубую шероховатость для улучшения тактильных качеств. Углубление ручек для пальцев нежелательно. Для повторного использования может быть желательно включить в ручку легкую пружину, чтобы открыть ее после закрытия.

Те же принципы применимы и к другим инструментам с крестообразным рычагом, особенно в отношении изменения толщины и уплощения рукояток.

Ножи

Для ножа общего назначения, то есть такого, который не используется в кинжальном захвате, желательно иметь угол 15° между рукояткой и лезвием, чтобы уменьшить нагрузку на суставные ткани. Размер и форма рукояток в целом должны соответствовать рукояткам других инструментов, но, чтобы учесть разные размеры рук, было предложено поставлять рукоятки ножей двух размеров, а именно один, чтобы соответствовать пользователю от 50-го до 95-го процентиля, и другой. для 5-50-го процентиля. Чтобы рука могла прикладывать усилие как можно ближе к лезвию, верхняя поверхность рукоятки должна иметь приподнятый упор для большого пальца.

Защита ножа необходима для предотвращения соскальзывания руки вперед на лезвие. Защитный кожух может иметь несколько форм, таких как хвостовик или изогнутый выступ длиной от 10 до 15 мм, выступающий вниз от рукоятки или под прямым углом к ​​рукоятке, или защитный кожух, состоящий из тяжелой металлической петли спереди и сзади. задняя часть ручки. Упор для большого пальца также препятствует проскальзыванию.

Рукоятка должна соответствовать общим эргономическим принципам и иметь податливую поверхность, устойчивую к жиру.

Молотки

Требования к молоткам в основном рассмотрены выше, за исключением требования, касающегося изгиба рукоятки. Как отмечалось выше, принудительное и повторяющееся сгибание запястья может привести к повреждению тканей. Сгибая инструмент вместо запястья, можно уменьшить это повреждение. В отношении молотков были исследованы различные углы, но оказалось, что наклон головки вниз между 10° и 20° может улучшить комфорт, если на самом деле не улучшает производительность.

Отвертки и инструменты для скребков

К рукояткам отверток и других инструментов, удерживаемых подобным образом, таких как скребки, напильники, ручные стамески и т. д., предъявляются особые требования. Каждый из них в тот или иной момент используется с точным хватом или силовым хватом. Каждый опирается на функции пальцев и ладони для стабилизации и передачи силы.

Общие требования к ручкам уже были рассмотрены. Было обнаружено, что наиболее распространенной эффективной формой рукоятки отвертки является форма модифицированного цилиндра, имеющая куполообразную форму на конце для приема ладони и слегка расширяющуюся в месте соединения с валом для поддержки концов пальцев. Таким образом, крутящий момент в основном передается ладонью, которая удерживается в контакте с ручкой за счет давления руки и сопротивления трения кожи. Пальцы, хотя и передают некоторую силу, выполняют скорее стабилизирующую роль, что менее утомительно, поскольку требуется меньшая сила. Таким образом, купол головы становится очень важным в дизайне рукояти. Если на куполе или в месте соединения купола с рукояткой есть острые края или выступы, то либо рука становится мозолистой и травмируется, либо передача силы передается менее эффективным и более быстро утомляемым пальцам и большому пальцу. Стержень обычно цилиндрический, но был введен треугольный стержень, который обеспечивает лучшую опору для пальцев, хотя его использование может быть более утомительным.

В тех случаях, когда использование отвертки или другого крепежного средства настолько повторяется, что представляет опасность чрезмерного использования, ручной отвертку следует заменить механическим отверткой, подвешенным к потолочному ремню таким образом, чтобы он был легко доступен, не препятствуя работе.

Пилы и электроинструменты

Ручные пилы, за исключением лобзиков и легких ножовок, где наиболее уместна рукоятка, подобная рукоятке отвертки, обычно имеют рукоятку в виде закрытой пистолетной рукоятки, прикрепленной к лезвию пилы.

Ручка по существу представляет собой петлю, в которую помещаются пальцы. Петля фактически представляет собой прямоугольник с изогнутыми концами. Для перчаток он должен иметь внутренние размеры примерно от 90 до 100 мм в длинном диаметре и от 35 до 40 мм в коротком. Рукоятка, соприкасающаяся с ладонью, должна иметь уже упомянутую уплощенную цилиндрическую форму со сложными изгибами, чтобы разумно соответствовать ладони и согнутым пальцам. Ширина от внешнего изгиба до внутреннего изгиба должна быть около 35 мм, а толщина не более 25 мм.

Любопытно, что функция захвата и удержания электроинструмента очень похожа на функцию удержания пилы, и, следовательно, рукоятка отчасти похожего типа эффективна. Пистолетная рукоятка, распространенная в электроинструментах, похожа на рукоятку открытой пилы с изогнутыми сторонами, а не сплющенными.

Большинство электроинструментов состоят из ручки, корпуса и головки. Расположение рукояти имеет большое значение. В идеале ручка, тело и голова должны быть на одной линии, чтобы ручка была прикреплена к задней части тела, а голова выступала вперед. Линия действия — линия вытянутого указательного пальца, так что голова эксцентрична по отношению к центральной оси тела. Центр массы инструмента, однако, находится перед рукояткой, а крутящий момент таков, что создает поворотное движение корпуса, которое должна преодолеть рука. Следовательно, правильнее было бы разместить первичную рукоятку непосредственно под центром масс таким образом, чтобы при необходимости корпус выступал как за рукоятку, так и вперед. В качестве альтернативы, особенно в тяжелой дрели, под дрелью можно поместить дополнительную рукоятку таким образом, чтобы дрелью можно было управлять любой рукой. Электроинструменты обычно приводятся в действие спусковым крючком, встроенным в верхнюю переднюю часть рукоятки, и управляются указательным пальцем. Спусковой крючок должен быть сконструирован так, чтобы его можно было использовать любой рукой, и должен иметь легко сбрасываемый фиксирующий механизм, чтобы при необходимости удерживать питание включенным.

 

Назад

Читать 4155 раз Последнее изменение четверг, 13 октября 2011 г., 20:31