该标准是EN 1005系列标准的第三部分,属于机械安全标准体系中的B类标准(群体安全标准)。它是整个系列中最常被直接引用和应用的部分,因为它提供了量化的数据。
其核心目的是为机械设计者提供基于科学研究的推荐力限值,以确保大多数操作者(包括女性和男性)在操作机械时,无需过度用力,从而预防肌肉骨骼损伤和疲劳。
核心目标与原则该标准基于以下原则:
可及性:机械的操作力要求应适应至少75%的工业人口(包括女性和男性)的能力。
预防性:通过设计将操作所需的力控制在安全范围内,而非依赖操作者的体力或技巧。
量化设计:为设计者提供具体的数值目标,使“易于操作”从一个模糊概念变为可测量的工程参数。
关键内容详解:推荐力限值标准考虑了不同的操作类型、姿势、频率和持续时间,并给出了相应的推荐力限值。以下是其主要内容:
1. 静态操作力限值(推荐最大值)这是最常见的设计参考,指维持一个动作所需的力。
手指操作: ≤ 10 N
单手指操作: ≤ 5 N
手操作(抓握): ≤ 50 N
手臂操作: ≤ 130 N
双手操作: ≤ 200 N
脚操作(坐姿): ≤ 200 N
脚操作(立姿): ≤ 300 N
2. 考虑操作姿势的力限值操作姿势极大地影响发力能力。标准提供了不同姿势下的最大推荐力,通常以第5百分位女性操作者的能力为基准,以确保覆盖大多数人群。
示例(手操作):
坐姿,手在身体前方: 基准值。
站姿,手在身体前方: 力值可比坐姿高约10%。
手臂伸展或过高/过低: 力值应显著降低(可能只有基准值的25%-50%)。不良姿势会大幅降低发力能力并增加受伤风险。
3. 考虑操作频率的力限值操作频率越高,推荐的力限值就越低,以防止重复性劳损和疲劳。
低频操作(< 2次/分钟): 可以使用接近上述最大值的力。
中频操作(约10次/分钟): 力限值应降至最大值的约30%-60%。
高频操作(> 20次/分钟): 力限值应非常低(通常 < 50 N),并且需要特别考虑减少重复性动作的风险。
4. 特定操作的力限值肘高手操作(推/拉):
第5百分位女性:约 25 N
第95百分位男性:约 70 N
设计时应以较低值为目标。
指捏力: 应避免需要大力指捏的操作,推荐限值很低(通常 < 15 N)。
应用与重要性设计输入依据:这些力限值是机械设计阶段的关键输入参数。设计工程师需要确保:
控制执行器(如手柄、手轮、操纵杆)的操作力低于推荐值。
需要移动的机械部件(如防护门、盖子)的重量和摩擦阻力不会导致开启力超标。
弹簧复位装置的力量经过计算。
风险评估工具:在进行机械风险评估(根据EN ISO 12100)时,可以将测量或计算出的操作力与EN 1005-3的推荐限值进行比较,以评估“过度用力”的风险等级。
符合法规:使用该标准的数据进行设计,是证明机械符合 欧盟机械指令 (2006/42/EC) 中关于“减少体力消耗”要求的重要技术证据。
提升可用性与用户体验:操作力适中的机械更易于使用,能减少操作错误,提高生产效率,并提升用户满意度。
如何应用该标准?识别任务:确定需要用力操作的所有环节(如转动阀门、按下按钮、拉开防护罩、推动机器)。
分析参数:分析每个任务的操作类型(推、拉、转)、操作姿势、频率和持续时间。
查阅标准:根据上述分析,从标准中查找对应的推荐力限值。
设计与验证:
设计:通过选择机构(如使用省力的杠杆、齿轮、液压助力)、优化摩擦副、选择合适弹簧等措施,确保计算出的操作力低于推荐限值。
验证:在原型机上使用测力计实际测量操作力,确保其符合标准要求。
与其他标准的关系EN 1005-1: 提供了基本的术语和定义(如什么是“力”)。
EN 1005-2: 专注于手动搬运整机或部件,而本部分专注于操作机器上的控制器等。
EN ISO 12100: 基础标准。EN 1005-3是降低“过度用力”这一特定风险的具体措施。
EN 894(显示器和控制执行器): 直接相关。EN 894系列标准在设计控制器时会引用EN 1005-3的力限值作为设计要求。
总结EN 1005-3:2002+A1:2008 是一项极其重要且实用的标准,它将人体工程学从定性建议转化为定量设计规范。
对于机械设计者而言,该标准意味着:
“易于操作”不再是主观感受,而是一个可测量的指标。
设计机器时,必须像考虑强度、刚度一样,将操作力作为一项关键性能指标(KPI) 进行设计和验证。
其最终目标是通过人性化的设计,保护操作者的健康,同时提升机器的整体性能和安全性。
