安全帽的舒适性设计

安全人机工程课程设计题目安全帽的舒适性设计姓名xx班级xxxxxx专业安全工程课程名称安全人机工程指导教师xxxxx安全工程专业教研室年月日浙江海洋学院课程设计成绩评定表2014—2015学年第1学期学院xxxxxx学院班级xxxxxx专业安全工程学生姓名(学号)xx(120714124)课程名称安全人机工程学设计题目安全帽的舒适性设计指导教师评语指导教师签名：年月日答辩评语及成绩答辩小组教师签名：年月日浙江海洋学院课程设计任务书2014—2015学年第1学期学院xxxxxxxx学院班级xxxxxx专业安全工程学生姓名(学号)xxx（120714124）课程名称安全人机工程学设计题目安全帽的舒适性设计设计依据1应用人机工程学的知识，对安全帽进行评价并作改进设计。2通过观察及测量数据发现问题，查找资料，解决问题，设计提案并加以总结。3通过绘图软件的应用提高评价和设计的精确度和可信度。设计方案是在原有环境限制基础上进行的改进，具有可操作性和可实现性。设计要求及主要内容设计要求：1发现并提出问题，对问题进行分析。2对存在的问题提出整改意见，并做出修改且要符合安全人机工程有关要求。3提出创新方案并整改，确保可行性。主要内容：1通过平时观察与测量及安全帽的特性分析，发现安全帽存在的问题，并对存在的缺陷与漏洞进行分析。2进行合理的改进使之符合安全人机工程要求，使之更舒适的使用。3创新性的提出新的设计理念，灵活运用人机工程相关要求。参考资料[1]于保国．安全人机工程学．北京：机械工业出版社，2007[2]肖义庆，张斌，杨文芬．GB28112007《安全帽》、GB／T28122006《安全帽测试方法》理解与实施．北京：中国标准出版社，2007[3]佘启元．个体防护装备技术与检测方法．广州：华南理工大学出版社，2006[4]聂幼平，崔慧峰．个人防护装备基础知识．北京：化学工业出版社，2004[5]邵辉．系统安全工程．北京：石油工业出版社，2008[6]赵江洪．设计心理学．北京：北京理工大学出版社，2003指导教师签字日期安全帽的舒适性设计摘要：为了减少施工过程和意外事故对作业者的伤害，作业者必须根据施工环境佩戴个人防护设备(PPE)，但是由于PPE的舒适性问题，作业者往往不佩戴或不正确佩戴PPE，以至于造成防护作用的丧失和伤害性事故的发生。同时研究表明长期使用不舒适的PPE也会对作业者造成生理和心理的伤害。为了保护作业者的生命安全和减少PPE本身对作业者伤害，我们有必要对PPE进行舒适性研究。我选择了PPE中非常重要的部分——安全帽，来展开整个研究设计。本文的研究从舒适性相关因素分析以及环境中所有的相关因素进行整理和分析，归纳出安全帽舒适性相关因素。接着本文通过对相关因素进行合理分析，提出合理的结构设计思路。最后根据设计策略进行设计实践。本文的研究重点是分析安全帽舒适性的相关因素，以及通过恰当的研究方法对安全帽进行舒适性设计。论文最后的结论是：(1)通过特性及环境的舒适性相关因素分析可以得出较为全面的舒适性相关因素。(2)用合理的研究方法对相关因素进行分析。(3)归纳总结分析结果，提出设计方案。关键词：安全帽，舒适性，设计策略ThecomfortlevelofthehelmetdesignABSTRACT:Workersmustwearpersonalprotectionequipmentsinordertoavoidaccidentandhurt．However,workersfrequentlyDidn’twearPPEorwearitbyerrwayforuncomfortablePPE，whichmadetheprotectionofPPEdisableandworkereasilyhurt．Atthesametime，someresearchesindicatedthatitwouldproduceaside-effectforworkers’physicalandmetalifworkeruseduncomfortablePPEduringlongperiod．WeneededtodosomeresearchesaboutPPEcomfortandfitforthepurposeofwooers’security.IchosethesafetyhelmetwhichisthemostimportancepartsofPPEtodomyresearch．Thisthesisbegantodoanalysisfromrelativecomfortandfitelements，whichelementswereoriginallyfromenvironment.ThroughthatanalysisIconcludedawholelistofrelativelycomfortandfitelements．Thenbasedontherationalanalysisofrelatedfactors,putforwardthereasonablestructuredesign.Accordingtothedesignstrategytocarryonthedesignpracticeresearchemphasisofthisarticleistoanalyzetherelatedfactorsofsafetyhelmetcomfort,andthroughtheappropriateresearchmethodsforsafetyhelmetcomfortdesign.Theresearchfinallyconcludedthat:(1)throughtheanalysisofthecharacteristicsandenvironmentalcomfortrelatedfactorscanbeconcludedthatcomprehensivecomfortrelatedfactors.(2)usereasonableresearchmethodstoanalyzerelatedfactors.(3)sumuptheresultsoftheanalysis,designschemeisputforward.目录TOC\o"1-3"\u1.绪论 61.1研究背景: 61.2研究目的： 71.3研究意义： 71.4现状： 71.5特征： 82.基本概念界定及研究方法 92.1安全帽 92.2舒适性 112.3研究方法 113.基于特性下的相关因素分析 123.1头面部的散热 123.2工人的心理特性分析 133.3头面部的触觉 143.4行业特性分析 143.5安令帽重量分析 153.6物理环境与安全帽舒适性的相关因素分析 163.6.1温度 163.6.2湿度 164.安全帽的改进设计 174.1下颌带 174.2帽箍 174.3吸汗带 174.4壳体 185.设计总结 195.1小结 19参考文献 191.绪论1.1研究背景:安全防护一直是施工过程中非常重要的环节，为了减少施工过程和意外事故对作业者的伤害，往往要求作业者必须根据施工环境佩戴个人防护设备(PPE)，其中个人防护设备包括了安全帽、护目镜、听觉保护器、安全手套、安全鞋、呼吸器和安全带等器具。而有关调查发现正确使用个人防护设备可以防止高达37％的职业伤害，并且在物理防护的同时也可以增加作业者心理的安全感，进而可以保证作业安全和提高工作效率，由于个人防护设备在社会建设和发展中的重要作用，也使得越来越多的人进行个人安全设备的研究。但在实际作业中，安全事故依然不断发生，工人的安全仍然不断受到威胁。美国职业健康与安全协会(OSHA)的数据表明，在所有伤残性职业伤害中有12％一14％的是因为工人没有佩戴合适的个人防护设备，并且也有调查表明62％的工作人员认为他们的防护设备是非常不舒适的，并且因为不舒适性使很多工人排斥使用个人防护设备，从而产生被约束的心理，影响工作的行为，并可能发生事故性伤害，而也有研究表明不舒适的个人防护设备可能产生比要预防伤害本身还要大的伤害。虽然个人安全防护设备的安全性研究非常重要，但它的舒适性问题已经间接地影响了使用者的安全，同样需要进行深入的研究。本文选择了个人防护设备中的安全帽开展了研究。安全帽作为个人防护设备中非常重要的部分，在正确佩带下可以降低头部外伤发生率70％，但在建筑事故分析中大部分原因是工人没有佩戴或者没有正确的佩戴安全帽，追溯其根本原因则是安全帽在工作中有着严重的不舒适性因素，并在强制使用过程中产生了消极影响，多数工人也只是象征性的将安全帽放在头上，并没有正确佩戴。面对如今社会的快速发展，施工过程和施工强度的不断加大，为了减少事故的发生，为了工人的安全，同时也为了提高工作的效率，我们不得不提出进行安全帽的舒适性研究。而本文将基于人机工程学、心理学等相关学科的知识，分析工业安全帽的舒适性影响因素，并提出相应的设计策略.1.2研究目的：通过对舒适性研究的分析，提出适合安全帽舒适性研究的方法。通过人机工程学中的“人-机-环境”系统的思路，分析安全帽舒适性的相关因素，对安全帽的舒适性的问题进行归纳，从而指导最后的设计。1.3研究意义：个人防护设备的舒适性问题正在引起社会的注意，而对于它的研究也刚刚开始，安全帽作为个人安全防护设备的重要部分，它的舒适性研究对个人防护设备整体的研究具有推动作用。通过舒适性研究，提升安全帽的舒适性设计，为工人提供舒适的防护设备，避免工人因不舒适性而产生安全问题，减少事故发生的危害，保护工人的权利和健康，体现对工人的人性化关怀。中国的劳工众多，是一个PPE的需求大国，其中对安全帽的需求量又是最大，尤其是施工速度的加快和增长，所以对安全帽的舒适性研究可以提升市场的潜力，为企业的发展提供竞争力。提高安全帽的舒适性，可以满足工人的行为、心理的需求，提升工人的工作效率。1.4现状：舒适性研究属于人机工程学的范畴，同时也属于心理学、生理学的研究领域。近些年来国内外随着人机工程学或人因工程学的快速发展，舒适性研究也得到了快速发展。舒适性研究可以体现以用户为中心的设计思想，可以体现出设计对用户的关心，是提升设计方法和产品竞争力的有效途径。近几年随着国外对PPE的研究，认识到舒适性存在的问题，也开始进行PPE的舒适性研究，虽然目前国内的研究较少，但是国内的一些调查文献和事故分析，说明了中国也需要研究，尤其是中国作为PPE需求大国，为了能有效地防止和降低事故的危害性，需要进行较深入的研究。安全帽作为PPE中重要的防护设备，对工人的生命防护起着非常重要的作用。目前国外的研究已经开始，但是还是主要倾向于生理学、力学的分析和评价，问题的焦点主要在热舒适性和受力的舒适性上，而研究的内容往往是提取舒适性的某一个因素来研究，这样就可以得到一些科学的数据，是舒适性研究的重要方面。而目前国内对安全帽的舒适性问题虽然也有认识，但并没有深入的去研究，而是制定了一些规定，要求员工并须佩戴，反而起到了一些消极的影响。1.5特征：1、满足使用环境的舒适性要求2、满足人体参数要求3、满足用户的心理上的需求4、用户使用过程的舒适性2.基本概念界定及研究方法2.1安全帽对人体头部受坠落物及其他特定因素引起的伤害起防护作用的帽子称为安全帽。由帽壳、帽衬、下颚带及其他附件组成。帽壳由壳体、帽舌、帽沿、顶筋等组成，帽衬是帽壳内部部件的总称，由帽箍、吸汉带、衬带及缓冲装置等组成，下颚带是系在下巴上、起固定作用的带子，由系带和锁紧卡组成。图2-1安全帽结构示意图壳体(1)、帽舌(2)、帽沿(3)、顶筋(4)、帽箍(5)、吸汉带(6)、衬带(7)、缓冲装置(8)、系带(9)、锁紧卡(10)安全帽因为种类比较多，所以从不同的方面可以划分为不同类别。根据帽壳的材料可划分为塑料安全帽、玻璃钢安全帽、胶质安全帽、竹编安全帽、铝合金安全帽等，前四种材料的安全帽生产企业较多，生产量较大，被广泛使用，铝合金安全帽生产及使用较少。按照安全帽沿尺的大小可划分为无沿、小沿、中沿、和大沿。按照安全帽衬带的连接形式主要可以分为4点式和6点式。其材料主要为塑料和化纤。图2-2下颌带的类型图2-3下颌带的类型按照安全帽下颌带形式可以分为C型、D型、YD型、YC型。图2-4下颌带的类型按照安全帽帽箍可以分为针孔型、旋钮型和快速适合性型图2-5下颌带的类型按安全帽的用途可划分为一般作业类和特殊作业类两种。一般作业类安全帽具有一般冲击防护性能，用于存在冲击伤害的作业场所，如建筑、造船作业等；特殊作业类安全帽除具有一般冲击防护性能外还具有特殊防护需要的作业场所，如静电防护、侧向刚性防护、阻燃防护、低温防护等。为了减少研究的范围和难度，本文章将仅对普通安全帽(一般作业安全帽)进行研究，所以下文所提到的安全帽即为普通安全帽，而涉及到的使用环境也只为一般的作业环境(主要为施工现场、建筑工地、工厂等)。2.2舒适性“舒适"在《辞海》中被解释为舒服安逸的意思，具体可以描述为身体或精神上感到轻松愉快。赵江洪认为舒适性一方面是大家可以认可的、可以客观评价的人的感受或体验；另一方面每个研究者对舒适性的定义，都在一定程度上反映了研究者的学术背景。在人机工程学研究的4个层次看，舒适是高于安全、效率之后更高层次的追求。图2-6人机工程学的4个研究层次在目前的舒适性研究中，往往会因为学科的不同而侧重点有所不同，如服装工程的主要研究织物材料的接触舒适性，热舒适性，而汽车工程主要研究振动的舒适性。即使在安全帽的研究领域也会因为专业不同，研究内容有所不同，比如力学的更多研究安全帽的撞击舒适性，材料背景的主要研究散热的舒适性。2.3研究方法本文通过对影响安全帽的相关因素进行分析，查找出存在的问题，并通过一些具体设计对问题进行解决。3.基于特性下的相关因素分析3.1头面部的散热人体产生的热量，基本上由人的活动方式决定，而活动方式在某种程度上与人的年龄和性别有关，人体的产热量是不可控制的。人体的散热量很大程度上取决于衣服，同时也取决于上述因素的共同影响。头部是大脑神经中枢的所在地。头部的皮肤虽然薄，但血管及汗毛既多且粗，所以，体内热量常从头部大量往外蒸发。有关研究资料表明，气温在15℃左右时人体约1／3的热量从头部散发；气温在4℃左右时，人体约1／2热量从头部散发。而对于工作中人来说身体会产生大量热量，而需要从身体头部散发，这就要求安全帽具有很好的散热性能。为了更好地提高安全帽的散热性能，我们需要研究头部散热方式，参考人体散热方式，包括四种主要方式：辐射散热、传导散热、蒸发散热、对流散热。环境温度低于皮肤温时，可借辐射、传导、对流散热；环境温度等于或高于皮肤温度时，可借蒸发散热。辐射散热是指体热以热射线形式传给温度较低的周围环境中的散热方式。它的特性足通过温度差散热，如果在高温环境下，反而会吸收周围的热量。而安全帽内的热量的主要来源就是外部辐射。所以它不仅是头部散热的方式，也是头部吸热的方式。传导散热是指体热直接传给与机体相接触的低温物体的散热方式。与皮肤接触物的温差和面积决定了散热量的多少。对流散热是指体热凭借空气流动交换热量的散热方式。它的散热量的大小取决于气温、风速。有些安全帽设置透气孔就是为了提高内部空气的流动来进行散热。蒸发散热是指体液的水分在皮肤和粘膜表面由液态转化为气态，同时带走大量热量的散热方式。当气温高于体温时，蒸发是唯一的散热途径。不感蒸发又称不显汗，指体液的水分直接透出皮肤和粘膜表面，在未聚成明显水滴前蒸发掉的散热形式。不感蒸发是持续进行的。可感蒸发又称发汗，是人在安静状态下，当环境温度达到30℃左右时，便开始发汗；如果空气湿度大、衣着又多时，气温达25℃便可发汗；机体活动时由于产热量，虽然环境温度低于20℃亦可发汗。炎热的气候，短时间内发汗量可达1．5L／h。发汗散热是通过汗液蒸发吸收体表热量实现的，若将汗液擦掉则不能起到蒸发散热的效果。工人在佩戴安全帽情况下主要的散热方式就是可感蒸发，但是如果蒸发出的气体不能排出，则会使安全帽内积聚大量的汗气，造成潮热及不舒适感。表3-1头面部的散热与安全帽舒适性的相关性散热方式安全帽相关性描述辐射散热传导散热对流散热蒸发散热帽壳的颜色、材料吸汗带、帽箍、下颌带帽壳、帽箍帽壳不同的颜色、材料吸散热颦不同与皮肤接触的部位导热性通风散热帽壳内的温度是否可以蒸发3.2工人的心理特性分析舒适性研究主要方面包括心理舒适和生理舒适，但是两个方面又有着诸多的交叉，因为生理的不舒适最终也可以反映到心理上，而心理的不舒适也会影响生理的感觉系统。在各种施工环境中，由于危险程度的不同，工人的心理压迫感也不相同。对于一些存在安全却容易疏忽的环境，用户往往也会掉以轻心，不正确使用安全帽。常见的施工环境中所包含的心理主要是紧张和疏忽。紧张主要是因为环境的危险性导致，用户无法放心的工作，而不得不时刻关心自己的安全。紧张的工人可能会不时的调整自己安全帽。疏忽主要表现为工人对自身环境的认识不够清楚，并不认为存在安全帽性问题，所以不戴或正确佩戴安全帽。表3-2工人的心理特性与安令帽舒适性的相关性心理安全帽相关性描述紧张疏忽下颌带锁扣、帽箍锁扣下颌带紧张情绪下的不时的调节下颌带可能会被放弃使用3.3头面部的触觉人体的感觉包括触觉、压觉、温度觉和痛觉等。但是由于人体不同部位的神经元的分布不尽相同，所以感觉也就有所不同头部的外层包括覆盖有毛发的头皮和脸部的皮肤。头皮的皮肤层较身体含有大量毛囊、皮脂腺和汗腺，含有丰富的血管和淋巴管，所以它也比较容易出汗，但由于毛发的覆盖，它对材质的接触感不太灵敏。而脸部的皮肤除具有皮肤所具有的敏感的触觉、压觉、温度觉和痛觉外，由于其触点分布密度较高(皮肤觉)，它的敏感程度也比较高。表3-3头面部触觉与安全帽舒适性的相关性头部触觉安全帽相关性描述头皮衬带帽箍压迫感，湿热感，接触痒感，接触粘附感压迫感，湿热感，接触痒感，接触粘附感脸部皮肤下颌带吸汗带压迫感，湿热感，接触瘁感，接触粘附感压迫感，湿热感，接触瘁感，接触粘附感3.4行业特性分析不同行业职业伤害不尽相同，以建筑为例：建筑工伤累及全身各个部位，按手、脚、四肢、头、躯干、眼分别统计。160例重大建筑工伤中．手伤害33例、脚伤害20例、四肢伤害32例、头部伤害19例、躯干部伤害34例．眼伤害4例，其中死亡案例中头部伤害最多见，机械伤害以手、四肢多见。建筑行业多是露天工作，工作条件受天气变化影响。而天气条件也会直接影响安全帽的舒适性。．时间上也会影响用户使用的舒适性，比如说长时间无休息产生的疲劳、长时间工作无法清洗安全帽等。劳动就业和社会保障机构对农民工进行了调查发现，平均每天正常工作8小时的占53．26％。每天工作9-10小时的占26．28％，从每周工作时间上看，46．90％的农民工每周工作7天。表3一4行业特性与舒适性环境安全帽相关性描述室外工作室内工作帽壳、帽沿、吸汗带遮阳性、热辐射性、其它天气条件温度条件可控3.5安令帽重量分析安全帽的重量关系到用户使用过程中头部的压力感，疲劳程度。而目前GB2811—2007中规定安全帽的质量：普通安全帽不超过0.43㎏，防寒安全帽不超过0.6㎏。但对于施工中的工人，在保证安全帽安全的前提下，安全帽越轻越好。因为人的头部不同位置的敏感性不同，而为了保护一些较为敏感的部位，如太阳穴，我们可以将重量分散到更适合承重的部位。表3-5安全帽的重量与舒适性用户安全帽相关性描述头面部帽壳帽箍、吸汗带主要的重量压力感、疲劳度3.6物理环境与安全帽舒适性的相关因素分析3.6.1温度影响安全帽舒适性的物理环境因素包括空气温度，湿度等方面。而因为工作环境不同，所以安全帽的设计也会有所不同。为了能减少或避免环境的不利影响，需要提高安全帽的相应的条件，以此最终提高用户使用的舒适性。空气温度是影响热舒适的主要因素。人体主观感受的舒适温度与人体主观条件(运动量、穿衣多少、耐热能力等)有关。客观标准的舒适温度认为人体最适宜的温度：工作时为19℃～21℃。休息时为25℃～29℃。标准温度为2l±3"C。在“工作温度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作。对于安全帽，温度与它的舒适性相关的方面包括热舒适性，材料接触感的舒适性。3.6.2湿度环境中的湿度直接和间接影响人体的热舒适。同时，在不同的空气湿度下，温度的舒适性也不一样，过高和过低的湿度均会引起人的不适。对于安全帽内部，由于汗液的蒸发，如果通风较差也会产生湿度较高的情况，产生对头部舒适度的影响。同时湿度在热感觉、皮肤潮湿度、材料的接触等方面起着重要的影响作用。当皮肤平均湿度达到25％的情况时，皮肤表面与服装的摩擦显著增大，而且在皮肤平均湿度高于25％的情况下，没有人会感到舒适。所以也需要考虑下颌带以及其它与头脸部接触的材料与湿度的关系。其它物理环境还包括工人是否会在下雨的情况下工作，工作日平均的太阳辐射，工作环境的空气流通如何等环境条件。根据这些具体的环境条件，我们可以提出相应的提高安全帽的解决方案，提高安全帽的舒适性。物理环境安全帽相关性描述温度湿度帽壳、帽箍、吸汗带等吸汗带、帽箍热舒适性，材料接触感的舒适性热感觉、皮肤潮湿度、材料的接触表3-6物理环境与安全帽舒适性的相关性4.安全帽的改进设计4.1下颌带为了提高下颌带的接触舒适性，必须考虑下颌带所产生滑动和摩擦因素，由于材料的粗糙性，会对面部造成不适感。提高透气性，一方面可以通过提升材料本身来提高，一方面可以增设缝隙来提高