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多功能矿用安全靴 ——安全人机工程学产品设计 院 系： 华北科技学院安全工程学院 班 级： 安全BE101 专 业： 安 全 工 程 指导老师： 姚 建 设计学生： 郭洪丽 程瑞鹏 张彪 王伟 设计时间： 2011 年 月 日 1．设计背景 在井下，矿工的安全靴是每个工人必不可少的物件之一。我的设计动力来自于学生所穿的运动鞋。由于它的各种方面的一些不适用，导致靴子起不到它应有的舒适作用。而且穿时工人会感到很疲劳，给工人一种不舒服的感觉。 我认为矿工安全靴，当然也包括其产品设计，最重要的就是功能和外观设计。有人说除了功能和外观就没有了，说了和没说一样。其实此言差矣。除了功能和外观，还有材料等的设计。须知设计是一项集体活动，它包含了每一个领域的专业，而且不论大小。 众所周知，脚是人身上离心脏和大脑最远的地方，总是血和神经传导较难到达的地方，所以脚也被称为人体的第二心脏。如果脚的血液循环功能减弱，静脉血回流不足，会引起局部酸性代谢废物的积聚。这些有害的成份开始时引起脚的疲劳，沉重，进而引起脚的各种疾病。可见脚对人体的健康有着极重要的作用。脚部也是中医学说中经络最集中的地方，在脚底还有和人体各部位器官相关连的神经反射区，通过刺激这些神经反射区，会改善脚的微循环，能显著地促进疾病的治疗。一双好的靴子就能够通过合理的设计达到促进矿工脚部血液循环，刺激脚部穴位的作用，而让工人精神充沛，身体健康。 所以一双好的靴子对每个矿工而言都应该是一个必须品，矿工穿上一双好的靴子，脚的感觉好了，整个人干活都精神了。 2．产品设计原理 要给矿工设计一双合脚的靴子，就必须先了解脚的生理结构及其运动受力特点。 1）脚的外形及运动时受力分析 每个人脚掌的形状各不相同，但是却具有相似的外形。人的两只脚基本上是对称的，其中，大拇指一侧称为里怀，小趾一侧称为外怀。由于构成脚的骨骼多而肌肉少，因此脚的骨骼结构基本上决定了脚的外形。从侧面看，人脚大体成为楔形。脚底部分的曲线呈波浪形，里怀一侧有明显的脚弓，脚背部成斜坡形；脚后跟为椭圆形。俯视脚背，则构成头斜尾圆前宽腰窄的不规则形状。前脚掌的跖趾关节是脚底最宽的部位，人体在站立、行走时，跖趾关节是脚的主要受力部位，也是活动时最频繁弯折的部位。 脚后跟在脚的最后端，有着圆滑的肉体。脚后跟是支撑人体重量的主要受力部位。在赤脚站立时，后跟支撑重量的 50%以上。随着脚后跟的抬高，后跟受力逐渐减少，而前掌受力逐渐增加。脚后跟又直接和小腿与前脚掌相连，不但承受整个身体的重量，还是把前脚掌力传到小腿上的力传导器。人在跑动跳动的时候，脚后跟的受力非常大。 脚弓是指由脚骨形成的弓壮结构。按脚弓伸展的方向，可分为横弓和纵弓两种类型。横弓是左右伸展，有前横弓和后横弓的区别。纵弓是前后伸展，有内纵弓和外纵弓的区别．前横弓是由第一到第五跖趾关节构成的，后横弓是由三块楔骨和骰骨构成的。内纵弓是由三块跖骨三块楔骨，舟壮骨，距骨和后跟骨构成的，外纵弓是由第四，第五跖骨，骰骨和后跟骨构成的。在四条脚弓中以内纵弓变曲度最大，以前横弓变化最大，人体在站立时，体重通过距骨分别传递到跖骨和跟骨上，此时脚弓保持着弓状结构，支撑着人体的重量。当人在行走时，人体的重心会随着脚的着地部位的移动而移动。当重量完全集中在一只脚的跖趾关节时，前横弓消失。脚继续运动，在重心转移到另一只脚上时，消失的前横弓又回复到愿来的弓状结构。这是前横弓的正常生理机能变化。当人在跑跳时，脚掌会对地面产生很大的冲击力，同样地面对脚掌也产生同样大的反作用力。当这种反作用力作用在脚掌的瞬间，前横弓发生了形态变化，从而减缓了反冲击作用的强度，起到了减震作用，保护了机体。 2）脚的生理机能 脚整体是缺乏吸震组织的，多骨骼而少肌肉，毛细血管分布密集，很容易软组织受伤。脚受到的冲击力很容易就传至膝盖和臀部。 脚的骨骼是被动器官。正是由于附着在骨骼的肌肉和韧带等的作用，脚才能成为运动器官。脚背和脚底的足肌借助跟腱附着在跟骨上。这些肌肉群在神经支配下，才能协调人的站立平衡以及脚趾伸曲。 被覆与脚上的皮肤与身体其他部位的皮肤一样，其职能除了起保护作用外，使脚免受外界损伤，还能调节温度，交换物质，分泌汗液和抵御外界环境的各种刺激。汗腺在脚上的分布是不均匀的，在脚掌面的脚弓和脚趾部位密度最大，所以脚掌包括脚趾部位出汗最多，其他部位出汗较少。人体分泌的汗液中，主要成分是水，含有氯化钠、硫的无机物，以及尿素、尿