关于EN 1005-3机械安全 - 人体生理性能 - 第 3 部分：机械操作推荐力限值标准

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。