郭凌岑， 劉文川

（1.南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，四川 南充637131；2.南充市輝煌模具有限公司，四川 南充637131）

0 引 言

人體工效學(xué)，又稱人體工程學(xué)，在歐洲通稱人類工效學(xué)。其以人體測(cè)量學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和生物力學(xué)等作為研究手段和方法，綜合地進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)、功能、心理及力學(xué)等問(wèn)題研究的學(xué)科。該學(xué)科近三四十年來(lái)發(fā)展迅速，在交通工具、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及服裝、鞋、帽等生活用品設(shè)計(jì)等方面已得到廣泛應(yīng)用。

近幾年來(lái)，筆者及所在團(tuán)隊(duì)將人體工效學(xué)[1]、績(jī)效理論及美學(xué)等[2-4]新理論、新理念，較好地應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，尤其是在較多的鑄造生產(chǎn)方面的工裝設(shè)計(jì)中，取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果，所設(shè)計(jì)的鑄造工裝、工位器具等深受相關(guān)生產(chǎn)操作者、工裝制作和工廠管理者的好評(píng)。在此，將將人體工效學(xué)、績(jī)效理論等新理論、新理念用于一種砂箱翻轉(zhuǎn)吊具優(yōu)化設(shè)計(jì)所取得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果作以簡(jiǎn)單總結(jié)，供同行參考。

1 傳統(tǒng)簡(jiǎn)單翻轉(zhuǎn)吊具存在的缺點(diǎn)和不足

在中小鑄造廠的生產(chǎn)中，非流水線鑄造生產(chǎn)的廠家常用一種砂箱（型）翻轉(zhuǎn)吊具，在設(shè)計(jì)制作工裝、模具的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)少數(shù)大型鑄造廠及一些專業(yè)鑄造模具公司，采用一些傳統(tǒng)理念、應(yīng)用一些傳統(tǒng)方法[5-6]，去指導(dǎo)這種翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì)制作及生產(chǎn)應(yīng)用。圖1所示為傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)。為討論方便，本文以鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用較多的、適用于砂箱內(nèi)腔尺寸大致為1200 mm×800 mm×350 mm的翻轉(zhuǎn)吊具為典型案例進(jìn)行評(píng)述。

圖1 傳統(tǒng)簡(jiǎn)單翻轉(zhuǎn)吊具結(jié)構(gòu)圖

圖2 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具結(jié)構(gòu)圖

圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)大致情況是:用直徑φ1為50～55 mm的優(yōu)質(zhì)碳鋼做橫梁（吊臂）3，用直徑φ2為20～25 mm的優(yōu)質(zhì)碳鋼做封閉式吊環(huán)1、吊耳2、吊環(huán)I固定條5、吊架4、吊環(huán)6。其工作過(guò)程是：吊具的封閉式吊環(huán)I 置于天車、電葫蘆及其它類起重設(shè)備的起重鉤上，起重設(shè)備的起重鉤升起至封閉式吊環(huán)II的末端與起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象砂箱、有箱砂型、箱體類工裝之吊軸相匹配的高度，吊環(huán)II與起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象的吊軸“鏈結(jié)”，起重設(shè)備的起重鉤繼續(xù)升起將被調(diào)對(duì)象帶至適宜高度（通常為高于起吊對(duì)象的翻轉(zhuǎn)半徑10～20 cm左右），至此該吊具便實(shí)施了起吊及可翻轉(zhuǎn)的工藝要求。

圖1所示為傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、材料用量少、設(shè)計(jì)與制作簡(jiǎn)單；但經(jīng)過(guò)我們分析研究認(rèn)為該結(jié)構(gòu)非優(yōu)化結(jié)構(gòu)，其存在的缺點(diǎn)遠(yuǎn)大于優(yōu)點(diǎn)。其主要的缺點(diǎn)和不足有如下幾個(gè)方面：

1）靈活度低、平衡性差。圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)，封閉式吊環(huán)I與吊臂的接觸、兩端的吊環(huán)II與吊耳的接觸及吊環(huán)II的末端與起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象工裝之吊軸之間的接觸皆為硬性接觸，即整個(gè)吊具的3組（5個(gè)）需要運(yùn)動(dòng)的摩擦副均為滑動(dòng)摩擦，故而圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)的靈活度低、平衡性差且操作性差。

2）可靠性差、安全性低。圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)，其吊環(huán)II（兩端各一個(gè)）、吊耳（兩端各一個(gè)）、吊架、吊環(huán)I等零件皆是φ20 mm 左右的碳鋼（或優(yōu)質(zhì)碳鋼）的硬性聯(lián)結(jié)，幾個(gè)零件在長(zhǎng)期的重力作用下，一方面因動(dòng)作（運(yùn)動(dòng)）的靈敏性差，另一方面易產(chǎn)生疲勞斷裂，從而使得整個(gè)吊具的可靠性差、安全性低。

3）操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大。圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)，除整個(gè)吊具的3組（5個(gè)）需要運(yùn)動(dòng)的摩擦副均為滑動(dòng)摩擦（靈活性低）外，又因翻轉(zhuǎn)對(duì)象的翻轉(zhuǎn)過(guò)程完全靠人工強(qiáng)力實(shí)施翻轉(zhuǎn)，尤其是翻轉(zhuǎn)對(duì)象的吊軸在吊環(huán)II中的運(yùn)動(dòng)是滑動(dòng)摩擦運(yùn)動(dòng)。由此使得砂型的翻轉(zhuǎn)需要的人力多（通常需要4名工人操作）、操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大。

4）工作質(zhì)量差。圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)，因其運(yùn)動(dòng)副均為滑動(dòng)摩擦，除其靈活性低、動(dòng)作生硬，生產(chǎn)中的操作用人多外，翻轉(zhuǎn)較重的砂型用的時(shí)間也很長(zhǎng)，使得其工作效率低、工作質(zhì)量差。生產(chǎn)操作者多不愿使用該種結(jié)構(gòu)吊具。換句話說(shuō)，圖1所示的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單吊具結(jié)構(gòu)是一個(gè)不符合人體工效學(xué)、績(jī)效技術(shù)理念的設(shè)計(jì)制作方案。

2 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

用人體工效學(xué)理論指導(dǎo)機(jī)械制造業(yè)中工裝翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì),其原則大致是：一方面，使得其翻轉(zhuǎn)吊具結(jié)構(gòu)盡可能優(yōu)化、合理和工作高效，制作工藝盡可能簡(jiǎn)單，以較低的成本投入實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)出，或以同等的成本投入實(shí)現(xiàn)高價(jià)值的產(chǎn)出；另一方面，結(jié)合績(jī)效理論、美學(xué)理念的應(yīng)用，使得其運(yùn)動(dòng)副具有適度靈活性，以降低生產(chǎn)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，使人的勞動(dòng)效率盡可能提高，以最終獲得盡可能高的性價(jià)比。

將人體工效學(xué)理論、績(jī)效技術(shù)和美學(xué)作為當(dāng)代新技術(shù)、新理念，用于機(jī)械制造業(yè)中工裝翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì)中,我們?cè)O(shè)計(jì)出圖2所示結(jié)構(gòu)方案。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在幾組運(yùn)動(dòng)副皆是滾動(dòng)摩擦，設(shè)計(jì)較為巧妙，制作也較為簡(jiǎn)單，用材較為合理。本文主要研究和探討這幾個(gè)較為重要的方面，其具體內(nèi)容如下。

2.1 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用

在工裝翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用人體工效學(xué)理論、績(jī)效技術(shù)和美學(xué)及黃金分割原理作為指導(dǎo)理念, 我們?cè)O(shè)計(jì)出圖2所示結(jié)構(gòu)方案，其局部結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具結(jié)構(gòu)主要包括吊具本體1、封閉式吊環(huán)2、吊軸3、六角頭螺栓4、螺母5、墊圈6、吊軸7、十字節(jié)8、墊圈9、吊軸10、滑輪11、鐵鏈12等組合而成，其總的特征是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。

新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的工作過(guò)程是：吊具的封閉式吊環(huán)2置于天車、電葫蘆及其它類起重設(shè)備的起重鉤上，起重設(shè)備的起重鉤升起至鐵鏈12的末端與起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象砂箱、有箱砂型、箱體類工裝之吊軸相匹配的高度，鐵鏈12與起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象的吊軸“鏈結(jié)”，起重設(shè)備的起重鉤繼續(xù)升起至適宜高度（通常為高于起吊對(duì)象的翻轉(zhuǎn)半徑10～20 mm左右，從而實(shí)現(xiàn)了正常的起吊及至可翻轉(zhuǎn)的工藝要求。

2.2 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的特點(diǎn)

具體分析圖2～圖4所示吊具結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面。

圖3 新型靈巧吊具—吊軸I 局部結(jié)構(gòu)

1）靈活輕便。其新型結(jié)構(gòu)方案除應(yīng)用前述的新理論外，還采用了天平原理、滑輪技術(shù)，設(shè)計(jì)制作出3組滑輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成吊具的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使翻轉(zhuǎn)吊具具有良好的靈活性。操作工效高和操作安全性高的封閉式吊環(huán)結(jié)構(gòu)，一對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活度適宜的十字節(jié)滑輪結(jié)構(gòu)，高剛性的雙層吊具本體結(jié)構(gòu)及其滑輪、吊軸、吊環(huán)、十字節(jié)，與本體間的各自適宜間隙、操作性良好的鐵鏈?zhǔn)狡鸬踹B結(jié)方式等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使該吊具具有靈巧、輕便的優(yōu)點(diǎn)。

圖2吊具結(jié)構(gòu)中，其3組滑輪運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，主要采用了人體工效學(xué)和績(jī)效技術(shù)理念來(lái)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)與制作，以使得其相關(guān)運(yùn)動(dòng)副既有良好的靈活性，又具有適度的靈敏性。

圖4 新型靈巧吊具之吊軸II及吊軸III的局部結(jié)構(gòu)

2）穩(wěn)定高效。一方面，其3組滑輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成吊具運(yùn)動(dòng)副，既能有效地保證吊具的起吊、平衡及操作的靈活機(jī)動(dòng)性，又能方便于起吊及翻轉(zhuǎn)對(duì)象砂箱、有箱 砂型、箱體類工裝和實(shí)物等平衡性操作；另一 方面，其一對(duì)十字節(jié)結(jié)構(gòu)及滑輪 結(jié)構(gòu)，能夠使得適當(dāng)大小及適當(dāng)強(qiáng)度的普通鐵鏈在其滑輪上的運(yùn)動(dòng)適度靈活，能縮短起吊對(duì)象及其翻轉(zhuǎn)的操作周期，以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高其生產(chǎn)效率。因此，既減輕生產(chǎn)操作者的勞動(dòng)工作量，又提高了工作效率。該特點(diǎn)也是較好地運(yùn)用了績(jī)效技術(shù)理念來(lái)指導(dǎo)吊具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3）安全性高。新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具雙層吊具本體結(jié)構(gòu)及其滑輪、吊軸、吊環(huán)、十字節(jié)與本體間各自的適宜大小尺寸及間隙，使得該吊具的封閉式吊環(huán)與吊軸I、十字節(jié)與吊軸II、滑輪吊軸III及滑輪與鐵鏈的各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)系合理高效；其滑輪、吊軸、吊環(huán)、十字節(jié)與本體間各自適度大小的間隙使得整個(gè)翻轉(zhuǎn)吊具靈活及靈敏適度，能夠很好地保證該吊具較高的安全性。

其良好的安全性結(jié)構(gòu)，主要運(yùn)用了績(jī)效技術(shù)理念來(lái)指導(dǎo)其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以追求其良好穩(wěn)定的綜合性，即總體性的良好性價(jià)比。

4）操作簡(jiǎn)便。新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的封閉式吊環(huán)結(jié)構(gòu)，使得該輕便式砂箱類工裝翻轉(zhuǎn)吊具與天車、電葫蘆及其它類起重設(shè)備的起重鉤鏈結(jié)方便、可靠，其封閉式吊環(huán)附近（兩個(gè)鎖緊螺栓與吊軸I的中心距適宜）的兩個(gè)鎖緊螺栓結(jié)構(gòu)還有平衡和限制吊環(huán)的活動(dòng)范圍，有利于提高操作工效和操作者的安全性的作用，也使得該吊具操作簡(jiǎn)便，使圖1結(jié)構(gòu)吊具的4人大力翻轉(zhuǎn)砂型改進(jìn)為2人輕松翻轉(zhuǎn)砂型。

新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具兩個(gè)鎖緊螺栓結(jié)構(gòu)平衡和限制吊環(huán)的活動(dòng)范圍的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，亦是采用了人體工效學(xué)和績(jī)效技術(shù)理念來(lái)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)與制作，以提高吊具相應(yīng)的操作工效和操作者的安全性。

5）外型美觀大方。吊具本體結(jié)構(gòu)看起來(lái)十分美觀，給人美的視覺感受。其主要運(yùn)用了美學(xué)理念和黃金分割原理來(lái)指導(dǎo)吊具本體的結(jié)構(gòu)視覺。比如吊具的主體結(jié)構(gòu)的高度尺寸大致是長(zhǎng)度尺寸的0.382倍（即黃金分割點(diǎn)的參數(shù)）；本體的挖空面積亦大致是本體外緣尺寸面積的0.382倍數(shù)（亦即面積方面的黃金分割點(diǎn)的參數(shù)）。

2.3 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的優(yōu)點(diǎn)

該新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的鐵鏈?zhǔn)狡鸬踹B結(jié)方式，其鐵鏈與滑輪的運(yùn)動(dòng)、鐵鏈與起吊對(duì)象的吊軸的運(yùn)動(dòng)既有適度的摩擦力，又有適度的靈敏性，使得生產(chǎn)操作安全可靠和靈活適度，能夠很好地提高其工作質(zhì)量、生產(chǎn)效率及操作者的安全性。

2.4 新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具的應(yīng)用范圍

具體分析圖2～圖4所示吊具結(jié)構(gòu)，能很好地用于機(jī)械制造工廠、倉(cāng)庫(kù)、碼頭的生產(chǎn)作業(yè)工裝及產(chǎn)品等的起吊和翻轉(zhuǎn)；尤其適用于鑄造生產(chǎn)廠的中型、較大型砂箱及箱體類工裝及產(chǎn)品等的起吊和翻轉(zhuǎn)，為鑄造生產(chǎn)提供一種結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量適宜、制作成本較低、操作靈活方便、工效較高及安全性高的新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具。

3 結(jié) 語(yǔ)

新型靈巧翻轉(zhuǎn)吊具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量輕便、動(dòng)作適度靈活，相關(guān)零件的配合精度要求較低，潤(rùn)滑要求亦較低，相關(guān)零件使用壽命較長(zhǎng)，可很好地適合于機(jī)械制工廠、倉(cāng)庫(kù)、碼頭的生產(chǎn)和作業(yè)工裝及產(chǎn)品等的起吊和翻轉(zhuǎn)，尤其適用于鑄造工廠的砂箱、有箱砂型、箱體類工裝及產(chǎn)品等起吊及翻轉(zhuǎn)的平衡性操作。

筆者認(rèn)為，一個(gè)優(yōu)秀的工裝設(shè)計(jì)者，既應(yīng)當(dāng)是一個(gè)相應(yīng)行業(yè)的技術(shù)專家，同時(shí)又應(yīng)該是一個(gè)美學(xué)工作者，及對(duì)人體工效學(xué)、績(jī)效技術(shù)和美學(xué)及黃金分割原理有深入的了解。不僅能夠設(shè)計(jì)制作出實(shí)用可靠、經(jīng)濟(jì)的工裝、設(shè)施；而且也應(yīng)當(dāng)使其工裝、吊具的設(shè)計(jì)制作對(duì)象做到更好、更優(yōu)化、更美觀，使所設(shè)計(jì)制作的工裝、吊具等既實(shí)用可靠,又安全高效。