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中空板周转箱搬运端手位置的人机工程学设计
发布时间:2020-10-14 09:31 来源:未知
  空板周转箱占有整个周转箱市场的绝大部分份额。由于在使用过程中经常需要人工搬运,故而各类周转箱上都设有方便人工搬运的端手位置。采用人工搬运作业时,箱体的重量、外形尺寸以及搬运方式必须适合人工作业。
  周转箱也称为物流箱,在物流运输、配送、储存、流通等环节应用广泛。在物流管理越来越被广大企业重视的今天,周转箱帮助完成物流容器的通用化、一体化管理,是生产及流通企业进行现代化物流管理的必备品。由于塑胶具有无毒、无味、防潮、耐腐蚀、重量轻、耐用、可堆叠、外观华丽、颜色丰富等特点,因而中空板周转箱占有整个周转箱市场的绝大部分份额。由于在使用过程中经常需要人工搬运,故而各类周转箱上都设有方便人工搬运的端手位置。采用人工搬运作业时,箱体的重量、外形尺寸以及搬运方式必须适合人工作业。
 
  中空板成型后适用于电子,包装,机械,轻工,邮政,食品,医药,农药,家电,广告,装潢,文化用品,光磁技术、生物工程,医药卫生等各种行业领域的相关中空板制品。
 
  1 提出问题
 
  观察各种中空板周转箱的端手位置,几乎无一例外的将端手位置开在箱体对称中心线的两侧靠上沿位置,见图1。A为端手位置与上缘间距离,一般情况下A=25~50 mm,端手孔的尺寸一般为 90 mm(长)×30mm(宽)。对于单个搬运的周转箱,这种设计是有其合理性的。因为物品的重心与箱体的中心基本重合,而且单个箱体的高度一般不超过340 mm,把箱子从地面抬到腰部,工人只需弯腰、屈膝、伸臂,便可将箱子抬起到腰部以下膝盖以上位置,此时手臂处于伸直状态,而箱子稳定地悬吊在手指上,整体受力较为合理。但在搬着箱子行走过程中,箱体碰腿,行走不便,若提高箱体手臂则呈弯曲状态,易疲劳。此种情况对于体积较大的瓶装酒、饮料中空板周转箱尤为明显,因此,周转箱端手位置的确定应满足人机工程学要求,提高使用的舒适性。
 
  2 使用过程分析
 
  2.1 箱体的位移特点
 
  分析中空板周转箱在使用过程中的位置变化,可简单分成2个部分:即上下移动和水平移动。根据使用场合的不同,每一个部分又可以分解为几个不同的动作,见图2。在实际使用中,箱体的位置变化就是由以上分解动作的叠加、组合来完成的。
 
  1)上下移动。塑胶中空板用现代化工HDPE和HDPP材料,是一种重量轻(空心结构)、无毒、无污染、防水、防震、抗老化、耐腐蚀、颜色丰富的新型材料,相比于纸板结构产品,中空板具有防潮、抗腐蚀、更轻便等优势来代替纸板。
 
  拿起:即将箱子由地面(或托板)搬起至腰部位置,这是一个由蹲姿到立姿的过程,在这一过程中端手位于周转箱的上部时,肢体移动距离较短,比较方便、省力,有关研究结论也证明了这一点。
 
  放下:即将箱子由腰部位置放至地面(或托板),与拿起相反,是一个由立姿到蹲姿的过程,同样端手位于箱体上部时比较方便、省力。
 
  2)水平移动。
 
  推拉定位:即将箱子放至指定地点后的精确定位(在某些使用过程中该动作被省略),以横向摆动为主,端手位靠上比较方便操作。
 
  携带:即将周转箱拿起后由一地搬至另一地方,这是周转箱搬运过程中体力消耗较大的环节。在此主要分析在此过程中端手位置的确定。
 
  2.2 端手位置受力分析
 
  箱体端手位置的确定跟箱子的高度、重量和搬运方式有关,针对这些特点,讨论端手位置的确定。中空板在国内主要应用在工厂产品的包装周转,其中有普通PP中空板,抗静电PP中空板(表面阻抗范围在10的9-11次方Ω之间),防静电PP中空板(表面阻抗范围在10的6-9次方Ω之间)、导电中空板(表面阻抗范围在10的3-6方Ω之间),经过一系列后工序可成型防静电中空板周转箱、防静电中空板刀卡、导电中空板周转箱、导电中空板刀卡。
 
  在携带过程中,由于通常情况下单人可携带包装较重不超过30 kg,当单个箱子重量在30 kg以上时,通常安排两人抬起行走,此时端手位于箱体上部,比较方便。中空板刀卡广泛应用于电子,包装,机械,轻工,邮政,食品,医药,农药,家电,广告,装潢,文化用品,光磁技术、生物工程医药卫生等各种行业领域。
 
  当单个箱子重量在20~30 kg时,如端手位置在箱体上部(图1)时,由于箱体较重,搬运时两臂拉直会因箱体挡住两腿而影响走动,降低运输效率。要想不影响走路,手臂必须弯曲,使箱体位置提高。此时,在重力作用下加速搬运人手臂疲劳,影响工作效率。如将端手位置放在箱体下部,见图3,由于端手位以下箱体高度很小(B=30~50 mm),因而对腿部移动的影响很小,可有效提高搬运效率。
 
  当单个箱体重量小于20 kg时,为了提高搬运效率,经常将数个周转箱叠起搬运。叠起高度小于500mm时,可置于搬运者胸前;高度大于500 mm时,由于视线和操作灵活性的影响,通常置于背后。一般情况下,在实际工作中进行此类操作时,搬运工以双手置于较下面箱子的端手部位,采用背运的方式较为常见。搬运过程中手臂在提供向上的力的同时,利用端手位置与靠近身体的箱子边缘形成的力矩将叠放的箱体靠在背上。在此过程中,手腕部始终处于挠侧偏(箱体在体前时,形成尺侧偏)状态,极易产生腕部酸痛,引起疲劳。如长时间这样操作,会引起腕道综合症、腱鞘炎等症状。同时,由于叠放的箱体较高,重心相应提高,行走过程中稳定性较差,因此,两手臂需从侧面夹持住箱体以维持整体平衡。根据人机工程学的观点,这种既用力又要加以控制的作业方式,比较容易引起作业者的疲劳,给整个搬运过程带来不利影响。
 
  3 端手位置的人机工程学设计
 
  满足人机工程学要求的端手位置设计见图4,将端手位置设在箱体的下方,搬运时,由于端手位置下方的箱体长度较小,两臂伸直也不会妨碍两腿走路。
 
  但此时由于箱体的重心位于端手位之上,造成箱体稳定性较差,因此将端手位置偏置,使向上的搬运力臂大于向下的重力臂,达到省力的目的,同时又形成顺时针力矩,是箱体靠在搬运者身体上,以获得稳定性。另外,这种顺时针力矩所造成的箱体倾斜,会使箱体上部紧靠搬运者身体,而下端产生少许偏移力,减轻箱体对两腿走路的影响,可提高搬运效率。结合上文分析中提到的搬运过程手腕部的受力情况,为使手腕在工作过程中免受侧偏之苦,此处调整端手孔位置的角度,使手臂与端手位置垂直,以保持手腕处于顺直状态,腕关节放松,以减轻疲劳。
 
  分析箱体搬运过程中的受力关系见图5,手臂、箱体、后背形成了一个直角三角形。根据《GB/T 10000-1988中国成年人人体尺寸》有关数据,AB为上臂长、前臂长与手掌长之和,根据周转箱产品的功能分类属于Ⅲ型产品,依平均尺寸设计采用第50百分位人体尺寸,考虑功能修正后得:AB=698 mm,偏置的端手位置距箱体侧壁的长度BC=180 mm。搬运过程中手臂与端手位置垂直,即AB⊥BD,根据几何关系,见图6,∠CBA=∠DBE=15°;即端手位置与水平面的夹角α=15°。
 
  考虑到中空板周转箱的通用性要求,在实际使用过程中,每个箱子可同时设置上、下2个端手位置,见图7,以方便使用。中空板周转箱为注塑产品,产品稳定性好,如此改进设计除模具复杂程度略有增加外,箱体成本变化不大。
 
  4 结语
 
  中空板周转箱端手位置的合理选择,应根据箱子的高度、重量和搬运方式等特点,结合人机工程学要求来综合分析,简单地设定在一个位置是不合理的。综合使用情况,在箱子上设计2个端手位置,不但使用方便,减轻疲劳,而且增强了操作的舒适性,提高工作效率。

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