Человеческий фактор. Том 5 - Крёмер К.
ISBN 5-03-001817-4
Скачать (прямая ссылка):
Так как всеобъемлющий набор данных отсутствует, проектировщику следует прибегать либо к самостоятельным измерениям силовых возможностей при условиях, существующих в данном случае, либо к помощи эргономических лабораторий, в которых такие данные обычно измеряются. Кроме промышленных или государственных (в большинстве случаев военных) учреждений большими эргономическими лабораториями обладают несколько университетов, например:
Биомеханика тела человека
39
SUNYAB
Professor С. G. Drury IE Department Amherst, NY 14260 Texas Tech University Professor М. M. Ayoub IEOR Department Lubbock, TX 79409
University of Michigan
Professor D. B. Chaffin IOE Department Ann Arbor, MI 48109 Virginia Tech (VPI) Professor K.H.E. Kroemer IEOR Department Blacksbourg, VA 24061
Другие адреса можно получить в организации Human Factors Society (1124 Montana Avenue, Santa Monica, CA 90406) или в ассоциации American Industrial Hygiene Association (475 Wolf Ledges Parkway, Akron, OH 44311-1087).
2.5. Кинематические цепи
Выше упоминалось о двух примерах рабочих положений: водитель транспортного средства, давящий ногой на педаль и одновременно стабилизирующий тело (т. е. обеспечивающий силу реакции), упираясь спиной в спинку кресла; человек, пытающийся надавливать руками, располагающий тело так, чтобы обеспечить наилучшую реакцию, включая размещение ступней на полу с их фиксацией, если это возможно, с помощью твердого упора. В каждом случае считается, что сила, развиваемая ступеней или кистью, должна передаваться через все вовлеченные части тела до тех пор, пока надлежащая сила реакции не будет создана внешним объектом. Третий закон Ньютона утверждает, что развиваемая сила может быть только такой же величины, что и противодействующая. Ранее упоминавшаяся модель звено — сустав — мышца отражает последовательность соединенных звеньев тела, которые передают все генерируемые силы от точки их приложения до точки опоры тела.
На рис. 2.7 изображена кинематическая цепь для случая, когда человек пытается что-то поднять или нажать руками, стоя на наклонной поверхности. Силы кистей рук могут быть направлены в горизонтальном или вертикальном направлении. Они создают моменты относительно сустава запястья. Эти моменты должны передаваться через локоть (Л), плечо (П) и вдоль шейного (Ш), грудного (Г) и поясничного (ПН) отделов позвоночника. Затем момент передается через бедренный (Б), коленный (К) и лодыжечный (ЛД) суставы и, наконец, встречается со своим противодействием у стопы (С), где он может снова быть разложен на горизонтальную и вертикальную силы с соответствующими плечами рычагов.
В этой цепи самое слабое звено определяет величину силы или момента, которые могут быть переданы наружу. Если, например, геометрия приложения усилий у плеча будет неподхо-
40
Глава 2
Рис. 2.7. Сила, передаваемая рукой и встречающая противодействие, передаваемое через стопу.
дящей, то момент, который может здесь создаваться, будет лимитирующим для всей системы. Или если поясничный отдел позвоночника сможет переносить только ограниченное напряжение, то эта область составит слабое звено в общей цепи. Наконец, угол наклона а плоскости, на которой покоится стопа, и коэффициент трения определяют способность всей системы передавать силу или момент кистям рук.
Основу вычислительного анализа для этой системы дает ряд уравнений:
Hx+Fx = 0, Hy+Fy = 0, H2+F2 = 0,
Thxz~{-Tfxz=0> Тнуг~\~Т Fyz = 0, Тцху-\-Т рХу = 0.
Коэффициент трения ц и угол наклона пола а определяют уравнения вблизи стопы:
Fx = цр2 cos а,
Конечно, если необходимо рассматривать движение, то следует использовать динамические уравнения в соответствии со вторым законом Ньютона.
Биомеханика тела человека
41
2.6. Биомеханика нижней части спины
В настоящее время повреждения, вызванные перенапряжением нижней части спины, составляют наиболее дорогостоящую причину компенсационных выплат в промышленности США. Многие из этих повреждений связаны с ручным перемещением тяжестей, особенно их подъемом, и часто обусловлены чрезмерным растяжением в нижней части поясничного отдела позвоночного столба. Считают, что многие из этих случаев вызваны чрезмерным сжатием поясничных дисков. Более того, к множеству проблем могут приводить также относительные смещения позвонков. Возникающие в результате сложные растяжения могут быть причиной обширных травматических повреждений.
С точки зрения биомеханики довольно интересно рассмотреть действие мышц и поверхностей, несущих нагрузку, в нижней части спины.
Как схематически показано на рис. 2.8, все вовлеченные мышцы развивают координированные тянущие действия для сбалансирования позвоночного столба. Это дает в результате силу сжатия, которая должна передаваться вдоль позвоночного столба, нагруженного массами верхней части тела и внешнего груза.
Вектор результирующей силы S должен передаваться в первую очередь через спинальные диски. Для простоты часто допускают, что этот вектор перпендикулярен к поверхности позвонка и создает простую компрессионную нагрузку в диске.. Это, конечно, не верно, если рассматриваемые поверхности составляют углы друг к другу либо в сагиттальной, либо во фронтальной плоскости, что вызывается изгибом или поворотом' спины. В поясничном отделе позвоночника нижняя поверхность, крестца составляет угол 45° в сагиттальной плоскости даже » прямостоящем положении. Ясно, что истинная геометрия и Угловые смещения несущих нагрузку поверхностей и характеристики механической деформации дисков не могут быть точно аппроксимированы при простом допущении о компрессионном нагрузке. В этой области идут активные исследования [2].
