在諸多農(nóng)業(yè)作業(yè)中,膠木手柄,鉗子等常用手工工具經(jīng)常遇到疲勞強(qiáng)度大和受傷率高的問(wèn)題。1995年世界衛(wèi)生組織對(duì)長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)手工工具操作的農(nóng)工手損傷情況進(jìn)行調(diào)查,統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 幾乎接近9% 的致殘傷害是由手工工具的設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)造成的,手柄隨著生產(chǎn)工作對(duì)工作效率的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求,估計(jì)每年由于使用手工工具致傷的花費(fèi)在100億美元左右[1 ]。因此,基于農(nóng)業(yè)手工工具的科學(xué)合理設(shè)計(jì)也將是人機(jī)工程學(xué)急需解決的問(wèn)題。
        1　農(nóng)業(yè)手柄工具的改進(jìn)設(shè)計(jì)和生物力學(xué)分析
        工具是人類四肢的擴(kuò)展,使用工具使人類增加了動(dòng)作范圍和力度,提高了工作效率。為了適應(yīng)精密作業(yè)和粗糙硬作業(yè),手柄工具的形態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量能夠達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài),尤其符合人手的解剖學(xué)機(jī)能。人手是由骨、動(dòng)脈、神經(jīng)、韌帶和肌腱等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu),手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌伸肌控制,這些肌肉通過(guò)腱連到手指。當(dāng)使用工具時(shí),臂部必須上舉或長(zhǎng)時(shí)間抓握,會(huì)使肩、臂及手部肌肉承受靜負(fù)荷,導(dǎo)致疲勞,降低作業(yè)效率。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)手工工具設(shè)計(jì)大多數(shù)將力臂設(shè)計(jì)成直形或彎角,如在水平作業(yè)面上使用直桿式工具時(shí),則必須肩部外展,臂部抬高,這不合乎手腕的用力方向。由于長(zhǎng)期重復(fù)和持續(xù)使用,將力集中在手指掌心部位,加之個(gè)人的眾多因素比如操作姿勢(shì)、震動(dòng)等造成人體的重復(fù)性外傷,使手腕受到一定程度的傷害。Tichauer ( 1966)研究表明,手腕順直操作時(shí),腕關(guān)節(jié)處于正中的放松狀態(tài),但當(dāng)手腕處于掌曲、背曲、尺偏等別扭狀態(tài)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生腕部酸痛、握力減小,長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)引起腕道綜合癥。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使手腕在工作時(shí)側(cè)偏,長(zhǎng)時(shí)間使用工具會(huì)導(dǎo)致手腕發(fā)炎、慢性疼痛,也有可能引起腕部腱的滑液鞘。通過(guò)以上生物力學(xué)分析,從手工手柄工具設(shè)計(jì)的解剖學(xué)原則出發(fā),可以對(duì)傳統(tǒng)的手工工具進(jìn)行改進(jìn):
        ①避免靜肌負(fù)荷改進(jìn)。即將把手部分作成彎曲過(guò)渡,可以使手臂自然下垂。當(dāng)進(jìn)行手工作業(yè)操作時(shí),手臂就可能處于較自然水平狀態(tài),減少了抬臂產(chǎn)生的靜肌負(fù)荷。
        ②保持手腕處于順直狀態(tài)的改進(jìn)。即將握把改良設(shè)計(jì)成彎曲形狀,一般將工具的把手與工作部分彎曲成10度,操作時(shí)可以維持手腕的順直狀態(tài),而不必采取尺偏的姿勢(shì)。
        ③避免掌部組織受壓力。好的把手設(shè)計(jì)應(yīng)在基于合理尺寸的前提下盡量增大手掌的接觸面,可以在手柄部位增加防護(hù)套,減少手指局部的應(yīng)力集中。
        2　農(nóng)業(yè)手柄工具科學(xué)設(shè)計(jì)的合理因素
        手工工具的科學(xué)合理設(shè)計(jì)一方面可以通過(guò)分析人體生物力學(xué)得到改進(jìn),另一方面,在手工工具的材料選擇、手柄的外形和尺寸的設(shè)計(jì)等方面也應(yīng)從使用者的舒適和安全方面強(qiáng)調(diào)宜人性設(shè)計(jì)。首先,工具手柄的材料是設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要因素。用不適宜的材料和不良工藝制成的廉價(jià)工具會(huì)導(dǎo)致事故。這些例子包括在正常工作壓力下使用扳鉗和扳手的作業(yè)。另外,手柄的材料還要考慮美學(xué)和功能。手柄的材料設(shè)計(jì)應(yīng)該在基于工作負(fù)荷的基礎(chǔ)上,考慮一些塑性和韌性較好的耐磨材料,例如采用夾層橡膠的木質(zhì)或彈塑性較好的復(fù)合材料制造。
        3　農(nóng)業(yè)工具手柄尺寸設(shè)計(jì)
        根據(jù)表1～ 表4的數(shù)據(jù),應(yīng)設(shè)計(jì)三種尺寸的手柄。分別為大號(hào)(男性第95百分位) ; 中號(hào)(男性第50百分位或女性第95百分位) ,小號(hào)(女性第50百分位) , 50%成年男性和95%成年女性的數(shù)據(jù)接近。手柄設(shè)計(jì)是關(guān)乎任何手工工具安全、舒適、易用的重要因素,在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,人們關(guān)注的勞動(dòng)生產(chǎn)率與生產(chǎn)工具的工業(yè)設(shè)計(jì)密切相關(guān),而工業(yè)設(shè)計(jì)的主要方面就是工具的宜人性設(shè)計(jì),即考慮“以人為本” ,使設(shè)計(jì)的工具人們能夠安全、舒適、易用。