智能电梯

浅谈电梯与人机工程学

作为垂直交通工具的电梯,在当今的城市发展中起到越来越重要的作用。电梯的标准对电梯的安全设计和发展有重要的指导意义。我国的GB7588《电梯制造与安装安全规范》依据欧洲标准委员会(CEN)的标准EN81-1编制,到目前已进行2次修订,发布了1987版、1995版、2003版。在2次修订也突出了“以人文本”的理念,电梯标准中渗透了许多人机工程学的理论,使电梯的设计更加人性化。

1、人机工程学简述

国际人机工程学会(InternationalErgonomics Association)对人机工程学所下的定义是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器、环境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。在国内常常又叫“人类工效学”或“人机工程学”,在国外主要用“Ergonomics”或“Humanfactors”。

人机工程学是“人体科学”与“工程技术”的结合。实际上,这一学科就是人体科学、环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物,它是以人体科学中的人类学、生物学、心理学、卫生学、解剖学、生物力学、人体测量学等为“一肢”;以环境科学中的环境保护学、环境医学、环境卫生学、环境心理学、环境监测技术等学科为“另一肢”,而以技术科学中的工业设计、工业经济、系统工程、交通工程、企业管理等学科为“躯干”,形象地构成了本学科的体系,从人机工程学的构成体系来看就是一门综合性的边缘学科。从科学性和技术性方面,给人机工程学下定义:人机工程学是研究“人-机-环境”系统中人、机、环境3大要素之间的关系,为解决系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。

人机工程学考虑“人的因素”:应用人体测量学、人体力学、生理学、心理学等学科的研究方法,对人体结构特征和肌能特征进行研究,提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时相互关系和可及范围等人体结构特征参数;提供人体各部分的发力范围、活动范围、动作速度、频率、重心变化以及动作时惯性等动态参数;分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及肢体感觉器官的肌能特征,分析人在劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力,探讨人在工作中影响心理状态的因素及心理因素对工作效率的影响等。

人机工程学考虑“机的因素”:现代工业设计中,如搞纯物质功能的创作活动,不考虑人机工程学的需求,那将是创作活动的失败。因此,如何解决产品与人相关的各种功能的最优化,创造出与人的生理和心理肌能相协调的产品,这将是当今工业设计中在功能问题上的新课题。

人机工程学考虑"环境因素":通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力,分析声、光、热、振动、尘埃和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程序,确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度,从保证人体的健康、安全、合适和高效出发,为机械设计方法中考虑"环境因素"提供了设计方法和设计准则。

2、电梯的检修、检查与人机工程学

电梯的设计制造中,在保护电梯检修和检查人员的许多方面遵循了人机工程学。(1)为了人员正常的活动,机房通道、机房门和井道安全门高度不小于1.8m,层门和轿厢内部的净高度不得小于2m。为了人员的紧急避险,机房门不得向房内开启。为保证检修人员开门时重心在地面上,也留有观察井道内的时间,检修门、井道安全门及检修活板门不得朝井道里开启。(2)为了维修和操作时的亮度,机房照明地板表面上的照度应不小于200lx,轿厢照明控制装置上照度不小于50lx。(3)为了检修人员紧急情况避险,轿厢上方空间能放进一个不小于0.5m×0.6m×0.8m的矩形体,底坑空间应能放进一个不小于0.5m×0.6m×1.0m的矩形体,这个矩形体的空间恰巧是一个人蜷缩时的空间。控制柜前有一块不小于0.5m×0.6m的水平净空面积,“0.5m×0.6m”的水平面积能保证检修人员正常维修操作。(4)对于进入机房和滑轮间的通道,如不能用楼梯可用垂直梯子,踏板与梯子后面墙的距离不应小于0.15m,踏板的设计载荷应为1500N,“0.15m”距离能保证检修人员的脚踩稳。(5)对轿顶护栏的要求是应有扶手、0.10m高的护脚板和位于护栏高度一半处的中间栏杆组成,当扶手外缘水平的自由距离大于0.85m,护栏高度不应小于1.10m;在0.20m×0.20m面积上作用1000N的力,应无永久变形。“1.10m”的高度能保证一般人的重心在护栏以下,不易摔出。“1000N”的力是一个人可能施加的水平撞击力。(6)如果一个井道内装有多台电梯,不同电梯运动部件之间设置隔障,这个隔障从最低点延伸到最低层站楼面以上2.5m高度。如相邻电梯运动部件的水平距离小于0.50m,这种隔障应该贯穿整个井道。“2.5m”的高度是一般人极难跨越的,“0.50m”距离是一般检修人员伸头和曲臂的距离。(7)电梯的三角钥匙开锁装置一般设在人从外部面对层门时的左侧,这样通常用右手开层门向左用劲,不利于人员直接进入井道,防止发生坠落危险。(8)轿厢检修运行时,以不大于0.63m/s的速度运行,“0.63m/s”的速度保证检修人员大脑反应时间,对有可能发生危险状况时做出准确的判断和处理。

3、电梯的使用与人机工程学

电梯的设计制造中,在使用人员的使用和保护方面以及对电梯井道、机房和滑轮间(如有)外面的人员的保护方面遵循了人机工程学。(1)电梯外召按钮的高度,一般在1.20~1.30m,这个高度是正常人抬手的高度,也能防止小孩的捣乱。内选按钮一般在轿厢的右侧,这样符合人进入轿厢后向左转弯,用右手按按钮的习惯。(2)为提高显示清晰度和对比度,楼层显示、外呼和内选按钮灯一般用黄色显示。利用按钮灯的亮与不亮来表明楼层的登记和轿厢的到站平层,给人以视觉上的判断。为对乘客进行提示,设有到站钟。(3)轿厢内设有通风孔和风扇装置,防止给人造成发闷的感觉,以及运行时轿厢内出现负压状况。(4)为增加乘坐电梯人员的安全感,许多轿厢内设置扶手。(5)对于乘客电梯,门关闭后,门扇之间及门扇与立柱、门楣和地坎之间的运动间隙不得大于6mm,“6mm”间隙防止了小孩的手指或异物挤入层门内。(6)对于层、轿门和轿壁的机械强度,用300N的力垂直作用层、轿门和轿壁上,在均匀的分布在5cm2圆形或方形面积上,无永久变形或弹性变形不大于15mm,“300N”的力是一个人可能施加的水平净力。(7)为防止电梯不在平层位置突然停梯,在电梯轿门被打开的情况下发生人员坠入井道,要求井道内表面与轿厢地坎之间水平距离不大于0.15m,“0.15m”距离大约是一个小孩头颅的大小。(8)为消除人侯梯的急躁情绪,设有楼层显示。对于群控电梯,有自学习和记忆的智能化功能,实现电梯高效运行,减少人的侯梯时间。(9)电梯约束乘客人数防止超载,乘客重量按每人75kg计算;每人所占面积约为0.14m2。

关于电梯的加(减)速度:起动和制动的加、减速度最大值不应大于1.5m/s2,否则容易造成较严重的超重和失重的感觉。从实验得知与人的舒适感觉关系最大的是加(减)速度的变化率。在封闭不透明的轿厢内,在无参照物的情况下,人对轿厢速度的快慢感知较差,这样才有高速电梯的出现。特别是随着科技的发展,现在变频变压技术的运用,电梯速度变化非常平稳柔和,大大提高了电梯舒适性。并且为提高电梯的舒适性在主机底座和轿厢下加放橡胶垫片,在曳引钢丝绳的固定端加弹簧。为提高乘坐的舒适感,电梯轿厢的振动加速度:垂直方向和水平方向的振动加速度(振动曲线的单峰值)应分别不大于25 m/s2 和15m/s2。标准要求轿厢导轨工作面接头出不应有连续的缝隙,且局部缝隙不大于0.5mm,接头台阶应不大于0.05mm。

4、结语

电梯设计制造中在其它方面如超速保护装置和终端保护装置等还有一些与人机工程学有关要求。在电梯的未来发展中,还需要电梯同行们多研究一些人体科学,对目前的设计标准进行探讨,设计出更加合理、安全、高效的智能化电梯。

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