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文档简介

1、作业环境与安全、健康作业环境 (operational environment)指人机系统中对操作人员的安全、健康和工作能力,以及对机器、设备(或某些部件、装置等)的正常运行产生重要影响的所有天然的和人为的因素的组合。这是人机工程学内容的一个重要方面。在工业生产中,对人机系统有影响的因素主要有:作业环境的微气候、作业环境的照明、作业环境的色彩、高原作业环境、环境噪声和振动等。随着生产领域的扩大和发展,影响因素也增加了失重、超重、异常气压、加速度、电离辐射和非电离辐射等特殊环境因素。根据作业环境对人体的影响和人体对环境的适应程度,作业环境可分为4种。(1)最舒适区。能使操作者在劳动中达到安全、高

2、效、卫生、舒适的各项最佳指标的作业环境。(2)舒适区。使人能够接受,不致感到不适和疲劳的作业环境。(3)不舒适区。偏离舒适度正常值的作业环境。较长时间处于这种环境下,会使人疲劳并影响工作效率,需采取措施保证正常工作。(4)不能忍受区。不能保证基本的安全和健康的作业环境。若不采取措施操作者将无法适应,甚至危及安全和健康。微气候 作业环境中的气象条件,包括作业环境的气温、湿度、热辐射、气流速度、人体热平衡,以及高温或低温对人体的影响等。气象条件 包括气温、湿度、热辐射、气流速度、高温对人体的影响和低温对人体的影响。(1)气温 表示空气冷热程度的物理量。作业环境中的气温除取决于大气温度外,还受太阳辐

3、射和作业场地各种热源,如冶炼炉、化学反应锅、被加热的物体、机器运转发热和人体散热等的影响。热源通过传导和对流又使作业环境的空气升温,并通过辐射使周围物体成为第二热源,促使气温逐步升高。气温的标度有摄氏温标()和绝对温标(k),它们的换算公式为:t/k=273+t/式中t为绝对温标,t为摄氏温标。(2)湿度 空气中的干湿程度。作业环境的空气湿度用相对湿度表示,相对湿度在80以上为高气湿,相对湿度低于30为低气湿。高气湿主要由水分蒸发或蒸汽放散所致,纺织、印染、造纸、制革、采矿、隧道掘凿等作业场所常常是高气湿环境。而高温车间在冬季常出现低气湿环境。相对湿度可用通风干湿表或干湿球温度计测量。(3)热

4、辐射 物体在绝对温度大于0k时的辐射能量。太阳、生产环境中的熔炉、开放的火焰、熔化的金属等热源均能产生热辐射。它是一种红外辐射,不能加热气体,但能使周围物体加热。人体可受外界辐射能量而受热也向外界辐射热量。当周围物体的表面温度超过人体表面温度时,周围物体向人体辐射热量,使人体受热,称为正辐射。反之,则称负辐射。热辐射体单位时间、单位面积上辐射出的热量称为热辐射强度,以kj(cm2min)表示,用黑球温度计测量。黑球温度计是表面涂黑的薄铜板制成的空心球体,球心插入一支温度计。黑球吸收辐射热后温度上升,所指示的温度称黑球温度,是辐射热和温度的综合效应。如果隔断热辐射源,黑球温度下降,差值为实际的辐

5、射温度。(4)气流速度 空气流动的速度。作业环境中的气流速度,除受外界风力的影响外,主要与作业场所的热源有关。热源散发的热量使空气加热而上升,室外的冷空气即从门窗和各种缝隙进入室内,形成空气对流。室内外温差越大,气流速度越大。测量室内的气流速度通常采用热球微风速计。人体热平衡 人体受热来源有两种,一种是人体代谢产生的热量,另一种是外界环境的热量作用于人体。人体通过对流、传导、辐射、蒸发等途径与外界环境进行热交换,可用下式表示:m±c±r-e-w=s式中m为代谢产热量;c为人体与周围环境通过对流交换的热量,人体从外界环境吸热为正值,散热为负值;r为通过辐射交换的热量,人体吸热

6、为正值,散热为负值;e为人体通过皮肤表面汗液蒸发的散热量;w为人体做功消耗的热量;s为人体的蓄热状态。当人体产热和散热相等时,即s=0,人体处于动态平衡状态;当产热多于散热时,即s>0,人体热平衡被破坏,可导致体温升高;当散热多于产热时,即s<0,可导致体温下降。人体的热平衡中,人体是一个完善的温度调节系统。体温的调节是通过体内蓄热、出汗、血管舒张或收缩等实现的。周围的冷热环境虽然经常变化,但人的体温仍能在一定的范围内保持稳定。只有外界的冷热环境发生剧烈变化时,才能对人体产生不良影响。(5)高温对人体的影响 温度超过人体舒适度范围(一般取21±3)的环境称为高温环境,对人

7、的工作产生不利影响的温度为29。高温作业环境有三种类型:高温、强热辐射作业环境,如炼铁、炼钢、铸造、锻造、热处理、陶瓷、玻璃、搪瓷、耐火材料的炉窑等,特点是气温高、热辐射强度大、相对湿度较低;高温高湿作业环境,如矿山井下作业,印染、缫丝、造纸等行业的某些作业,特点是气温高、湿度大,如果通风不良,可形成湿热环境;夏季露天作业环境,如露天采矿、搬运、建筑施工等。在高温作业条件下,人体通过呼吸、出汗和体表血管的扩张向体外散热。当人体产热量大于散热量时,会产生蓄热,呼吸和心率加快,皮肤表面血管的血流量增加(有时可达正常值的7倍),称为热应激效应。人在体力劳动时可耐受的体温(通常用肛温表测量)为38.5

8、38.8,高温极端不舒适反映的深部体温临界值为39.139.4。深部体温超过这一限度,便会出现头晕、头疼、胸闷、心悸、恶心、呕吐、抽搐等症状,甚至引起虚脱、大小便失禁、晕厥、死亡。(6)低温对人体的影响 温度低于人体舒适度范围的环境称为低温环境,对人的工作效率有不利影响的温度为10。除冬季低温外,低温作业环境还有高山地区、水下作业、露天建筑施工(冬季)、露天采矿(冬季)等。低温环境对人体的影响,不但取决于温度,而且还取决于湿度和气流速度。湿度增加,衣服热阻值降低,起不到御寒作用;气流速度增大,人体的对流散热量增加,有效温度的降低量也越大。气温越低,气流速度的影响越大。环境温度的冷暖程度,可用风

9、冷指数来衡量i=h(ts-ta)式中i为风冷指数,kj(m2h);h为传热系数,kj(m2*h*k),h=4.1868(10.45-v+10v 1/2 );v为气流速度,ms;ts为皮肤温度,k;ta为环境温度,k。人体具有一定的冷适应能力。当环境温度低于皮肤温度时,皮肤冷觉感受器受到刺激,发出神经冲动,引起皮肤毛细血管收缩,使人体散热量减少。环境温度进一步下降,肌肉因冷觉而剧烈收缩抖动以增加产热量,维持体温恒定,称为冷应激效应。气温降低,人体的不舒适感迅速增加,机能迅速下降。低温对人体的伤害最常见的是冻伤。冻伤与人在低温环境中的暴露时间有关,在58时需几天才会出现冻伤,但在-73时只需12s

10、即可把人冻伤。温度越低,造成冻伤的时间越短。人体容易发生冻伤的部位是手、脚、鼻尖、耳廓。在-1+6的低温环境中,人依靠体温调节,可使人体深部温度稳定。温度再降低,深部温度逐渐降低,会出现心率加快、颤抖、头疼等症状。如果温度继续降低,将产生全身剧痛、意识模糊,瞳孔反射等症状,直至濒临死亡。综合评价 以温度、湿度、气流速度和辐射对人体冷热(温度表示)调节作用的影响,对作业环境的微气候进行综合评价。常用的评价指标有以下四种。(1)舒适温度。人的主观感到舒适的温度;是作业环境微气候对人体冷热调节作用的综合指标。测定舒适温度的标准条件是人坐着休息,穿着薄衣服(指气温为21、相对湿度为50、气流速度为1m

11、s时,人坐着休息感到温度舒适所穿的衣服),无强迫对流(空气基本静止,气流速度不超过0.075ms),正常的地球引力和海平面气压。在这种条件下测定的舒适温度为21±3。(2)实效温度。指在不同温度、湿度、风速的综合作用下人体有热感觉的气温,是对作业环境微气候进行综合评价的指标。它是与气流静止不动(气流速度为零)、相当湿度为100的条件下人体感到舒适所对应的气温。不同于球、湿球温度、不同气流速度条件下的实效温度。实效温度至今尚无公认的标准值。有的国家规定为26.7,有的国家规定为28,也有的国家规定实效温度超过32必须停止作业。(3)当量温度。以干球湿度、辐射温度和气流速度表示的一种综合

12、性指标。辐射温度可按下式计算:式中tr为以绝对温度表示的辐射温度;tq为以绝对温度表示的黑球温度;tq1为黑球温度,;ta为空气温度,;v为气流速度,(ms)。当量温度按下式计算:当量温度为25时,穿一般衣服的人的代谢是平衡的,当量温度低于25为冷环境,高于33为热环境。因此,可根据当量温度判断人体热平衡情况。实验表明,当量温度与人体皮肤温度的相关系数为0.52,与实效温度的相关系数为0.48,与空气干球温度的相关系数为0.48。70的受试者感觉气温适宜的范围是,以当量温度表示为14.518.9;以实效温度表示为13.917.2;以干球温度表示为15.620.0。当量温度适用于偏冷地区,使用范

13、围不如实效温度广泛。(4)湿黑球温度(wbgt)。以湿球温度、黑球温度和干球温度表示的一种综合性指标,是美国职业安全卫生研究所提出的。其计算方法是:室外有太阳辐射影响时wbgt=0.7tw+0.2tq+0.1ta室内或室外无太阳辐射时wbgt=0.7tw+0.3tq式中tw为湿球温度,;tq为黑球温度,;ta为干球温度,。美国按劳动强度和劳动时间与休息时间之比提出的wbgt极限指标,美国按劳动强度和气流速度提出的wbgt极限指标。作业环境照明 在作业环境中,利用光源的照射使作业人员看清事物的措施。物体被照明的程度取决于物体单位面积上所接受的光通量,通常以照度(单位:lx)表示。在点光源下,被照

14、面的照度与光源距被照面的垂直距离的平方成反比。照明分天然采光和人工照明两类。(1)天然采光。利用自然界的日照作为光源的照明。天然光源的光线均匀,照度大(一般在4500lx左右),不需要能源。因此,作业环境应尽量采用天然采光,夜间或地下作业以及天然光照度不够时,必须配备人工照明。(2)人工照明。利用灯光作为光源的照明。灯光照明是否适宜,除取决于照度外也与照明的质量有关:照度不宜过低也不宜过高;照度分布应有层次,以免使操作者感到单调;避免有碍视线的阴影;直射光不耀眼,反射光不产生眩光;光色适当,能现出物体的本色等。照度应根据工作性质确定。精密机械等精细作业的照度为15003000lx,制图、化学分

15、析等操作为7501500ix,普通事务性工作为1000lx,一般制作等用眼的作业为300750lx。照度不足则观察吃力,容易产生疲劳,影响生产效率,而且易产生误操作动作。照度过大,使人因耀眼而瞳孔缩小,反而难以看清。照明的方式分为局部照明和整体照明。局部照明可使作业面得到较强的照度,有利于操作。但在作业面以外的部分会出现阴影,与作业面形成明暗差,容易使人产生错觉。因此,除局部照明外,还应从顶棚进行整体照明,使作业环境的照明光线至少有10来自整体照明,照度不应低于3050lx。作业环境的色彩 人对作业环境中不同波长的可见光产生的各种颜色的感觉,包括冷和暖、华丽和质朴、轻快和沉闷、醒目和散乱等。有

16、效地利用色彩,可改善人的心理状态。可见光波波长为380780m,波长与人眼产生的颜色感觉的关系可用色调环来表示。色彩可分为光源的光色和物体的颜色两类。光色 光源发射的光色常用色温度表示。当光源发射的光色与黑体(在辐射作用下既不反射也不透射,而能把落在它上面的辐射全部吸收的物体)加热到某一温度的辐射光色相同时,这个温度称为色温度(简称色温),用绝对温度表示。黑体连续被加热,温度不断上升,光色也发生变化。变化顺序为红-黄-白-蓝。蜡烛光的色温为1850k,100w的灯泡的色温为2900k,中午阳光下的色温为5400k,蓝色天空的色温为1900025000k。一般说来,色温高(5000k以上)的光源

17、光色给人以凉爽的感觉,色温低(3300k以下)的光源光色给人以温暖的感觉。为了使人感到舒适,采用色温低的光源,照度也要相应降低,采用色温高的光源,照度要适当提高。照明时还应注意避免光色暗淡或颜色失真。颜色 物体的颜色分为无彩色和彩色两类。无彩色指白色、黑色和各种不同深浅程度的灰色,彩色指除白色黑色系列以外的颜色。颜色有3种基本特性:明度、色调和饱和度。无彩色只有明度的变化,没有色调和饱和度的问题。在黑白系列中,由纯白到纯黑,白色与黑色以不同比例混合,形成各种灰色,其变化在视觉上称为明度的变化。白色的比例越大,明度越大;黑色的比例越大,明度越小。色调是光谱上各种不同波长可见光在视觉上的反应,如红

18、、橙、黄、绿、蓝、紫等不同的色调。对于彩色来说,颜色中掺入白色越多越明亮,掺入黑色越多,明度越低。颜色的饱和度又称彩度,是指某种颜色的纯洁性,光谱上的各种颜色是最饱和的颜色。彩色中白色、灰色、黑色的成分越多越不饱和,如暗红色、淡红色都是不饱和的红色。用一个三维空间的纺锤体(即颜色立体,见图5)可以表示颜色3种基本特性之间的关系。颜色立体的垂直轴代表黑白系列的明度变化,水平的圆周代表不同的色调,即色调环,颜色在圆周上的变化代表色调的变化。颜色立体的中心是中灰色,从中心向圆周过渡表示颜色饱和度的增加。颜色在人的心理上会产生不同的反应。(1)颜色明度高,物体看起来高大、前移,令人感到轻快;颜色明度低,物体看起来变小、后退,令人感到沉闷。(2)红色、橙色、黄色给人以暖的感觉,使人感到兴奋,有发散的效果;蓝色、绿色给人以冷的感觉,使人镇静,有收敛的效果。在对象物与背景

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