人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其包括人员呼吸仿真系统、作业环境仿真舱体、喷雾系统、风流整流器、增湿机、立式空调、抽出式风机、颗粒物采样器、颗粒物发生器、数据分析系统、马尔文激光粒度仪等主要部分。利用抽出式风机和置于仿真舱体内的风流整流器模拟作业风流场，喷雾系统置于仿真舱体内，以实现一定压力的喷雾，颗粒物发生器、增湿机、立式空调置于仿真舱体进风口自由端，以模拟作业颗粒物环境及微气候，通过人员呼吸仿真系统和颗粒物采样器测定作业人员吸入颗粒物情况及颗粒物浓度等参数。本发明可为作业人员职业安全健康指标体系的研究提供可靠的技术支持。
【专利说明】
人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台
技术领域
[0001] 本发明涉及一种模拟实验装置，尤其涉及人员作业环境职业安全健康指标体系仿 真测试实验台。
【背景技术】
[0002] 随着社会的进步及生活水平的提高，社会各界对于职业病的重视程度也水涨船 高。其中，尘肺病逐渐成为人们日益关注的焦点。2015年12月03日，国家卫生计生委发布了 《2014年全国职业病报告情况》，据统计，共报告职业性尘肺病新病例26873例，较2013年增 加3721例。其中，94.21 %的病例为煤工尘肺和矽肺，分别为13846例和11471例。尘肺病报告 病例数占2014年职业病报告总例数的89.66%。其次，共报告各类急性职业中毒事故295起， 中毒486例，死亡2例。其中重大职业中毒事故7起（同时中毒10人以上或死亡5人以下），中毒 84例。引起急性职业中毒的化学物质30余种，其中一氧化碳中毒的起数和人数最多，共发生 111 起 213 例。
[0003] 近年来，随着工业化、城镇化的加速，经济转型及产业结构的调整，新技术、新工 艺、新设备和新材料的推广应用，劳动者在职业活动中接触的职业病危害因素更为多样、复 杂。引发职业病的危险物质包括:粉尘类、有毒气体类、高温噪声等物理因素类及放射性因 素类等，数量众多的职业病患者，要花费大量的人力、物力、财力来进行治疗，不仅经济损失 巨大，而且也给患者及家属带来了很大的痛苦。
[0004]由此可见，生产现场的高浓度颗粒物、高温噪声、有毒气体等危害，对作业人员的 身体健康影响很大，造成很多工人患尘肺病，皮肤感染病、耳鸣等部分器官损害，甚至化学 物质中毒未能及时治愈而死亡。但各行各业作业环境较为复杂、多样，为国内外专家对作业 危险因素的深入研究造成了极大困难，而国内外针对人员作业环境的实验仿真装置仍未出 现。
【发明内容】
[0005] 基于上述技术问题，本发明通过模拟作业风流、颗粒物、喷雾、有毒物质、微气候等 复杂环境，以提供一种人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台。
[0006] 本发明所采用的技术解决方案是：
[0007] 人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，包括作业环境仿真舱体， 作业环境仿真舱体的一端为进风口自由端，在进风口自由端处设置有增湿机、立式空调以 及颗粒物发生器，作业环境仿真舱体的另一端连接抽出式风机，在作业环境仿真舱体的内 部设置有喷雾系统和人员呼吸仿真系统，所述人员呼吸仿真系统包括硅胶肢体模型、周期 性仿真呼吸栗、仿真气管、个体吸尘采集口罩和微气候测量装置，仿真气管设置于硅胶肢体 模型的腹腔内，仿真气管的一端与硅胶肢体模型的鼻腔相连接，仿真气管的另一端与周期 性仿真呼吸栗相连接，个体吸尘采集口罩佩戴在硅胶肢体模型的鼻腔处，微气候测量装置 设置在硅胶肢体模型的胸腔位置处，微气候测量装置包括风速仪、湿度计、温度计以及有害 气体测定装置。
[0008] 优选的，所述作业环境仿真舱体包括刚性骨架，在刚性骨架的侧面设置刚性玻璃 板;作业环境仿真舱体由稳定段和收缩段组成，所述抽出式风机与收缩段相对接，抽出式风 机接有无极变频器。
[0009] 优选的，所述作业环境仿真舱体内部且靠近收缩段的位置处安设风流整流器，所 述风流整流器由多根圆管平行排放搭成。
[0010] 优选的，在作业环境仿真舱体内部且与硅胶肢体模型同高度处的一侧安设颗粒物 米样器。
[0011]优选的，所述喷雾系统包括电动液压装置、传动皮带、电机、喷嘴、喷嘴安装杆和水 平滑道，喷嘴安设在喷嘴安装杆上，喷嘴安装杆与电动液压装置的顶部连接，电动液压装置 的底部设置有滚轮，滚轮安放在水平滑道上，电动液压装置通过传动杆与传动皮带连接，传 动皮带由电机带动运转。
[0012] 优选的，所述周期性仿真呼吸栗包括微处理器、低压报警器、电动呼吸栗和控制面 板，微处理器、低压报警器和电动呼吸栗分别与控制面板连接，控制面板通过电源线连接电 源，在电源线上串接有开关。
[0013] 优选的，该仿真测试实验台还包括精密电子天平、数据分析系统以及马尔文激光 粒度仪。
[0014] 本发明的有益技术效果是：
[0015] 本发明通过仿真测试实验台较为真实的模拟出人员作业环境，可实现对作业人员 呼入颗粒物情况与作业强度的关系、风流场分布与有害气体扩散的关系、风流、雾滴场与颗 粒场耦合作用效果、温度湿度场对人员的综合影响等方面的研究，为作业人员职业健康指 标体系的研究提供可靠的技术支持。
[0016] 本发明不仅考虑到了作业微气候的影响，而且借助电动液压装置设计了可实现全 方位调控喷嘴位置的喷雾系统，通过微处理器改进了作业人员呼吸系统，实现对作业风流 场、水雾场、颗粒场、温度场、湿度场等多场耦合模拟，对采集后的数据采用精密天平、数据 分析系统、马尔文激光粒度仪测定颗粒物的分散度、颗粒物浓度等参数，实现对不同人员作 业强度、风流大小、喷嘴类型和位置、喷雾压力等影响因素下的测定及分析，对研究作业人 员呼入颗粒物性质和规律，以及获取喷雾降尘的最佳参数、研发新型除尘设备有重要的意 义。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明中人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台的结构图；
[0018] 图中：1-喷雾系统;2-颗粒物采样器;3-作业环境仿真舱体;4-风流整流器;5-仿真 舱体收缩段;6-抽出式风机;7-无极变频器;8-风机托架;9-人员呼吸仿真系统；10-水箱； 11-增压栗；12-底座螺栓;13-刚性骨架；14-增湿机;15-立式空调；16-颗粒物发生器;17-精 密电子天平;18-数据分析系统；19-马尔文激光粒度仪;20-进风口自由端。
[0019] 图2是本发明中人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台的侧视图；
[0020] 图3是本发明中喷雾系统结构简图；
[0021 ]图中：101-电动液压装置；102-喷嘴；103-喷嘴安装杆；104-传动皮带；105-螺栓； 106-传动杆;107-水平滑道;108-电机;109-滚轮;110-皮带固定装置。
[0022]图4是本发明中人员呼吸仿真系统结构原理图；
[0023]图中：901-硅胶肢体模型；902-周期性仿真呼吸栗;903-仿真气管;904-个体吸尘 采集口罩;905-微气候测量装置;906-风速仪;907-湿度计;908-温度计;909-有害气体测定 装置。
[0024]图5是本发明中周期性仿真呼吸栗原理图：
[0025] 图中：9021-调控面板、9022-CC430微处理器、9023-电源、9024-低压报警器、9025-开关、9026-电动呼吸栗。
【具体实施方式】
[0026] 以下将结合附图，对本发明具体实施例进行较为详尽的说明。
[0027] 本发明提供了人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，为了使本发 明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，下面将结合附图，对本发明进一步详细说明。
[0028] 如图1、2所示，人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，包括作业环 境仿真舱体3,作业环境仿真舱体3为半封闭式，其一端为进风口自由端20,在进风口自由端 20的前方分别安设增湿机14、立式空调15以及颗粒物发生器16。作业环境仿真舱体3的另一 端连接抽出式风机6。在作业环境仿真舱体3的内部设置有喷雾系统1和人员呼吸仿真系统 9〇
[0029 ]如图3所示，喷雾系统1包括电动液压装置101、传动皮带104、电机108、喷嘴102、喷 嘴安装杆103和水平滑道107。喷嘴102安设在喷嘴安装杆103上，经螺母固定，可自行调整喷 嘴安装杆上喷嘴的数量及间距。喷嘴安装杆103的两端分别与电动液压装置101的顶部连 接，电动液压装置101的底部设置有滚轮109,滚轮109安放在水平滑道107上。电动液压装置 101与传动杆103固定连接，传动杆103通过螺栓105与传动皮带104连接，传动皮带104的两 端设置有皮带固定装置110,传动皮带104由电机108带动运转。电动液压装置101主要控制 喷嘴安装杆103的垂直方向位置。电机108控制传动皮带104转动，并拖动由螺栓105固定的 传动杆106水平移动，由此实现喷嘴102的水平方向移动。喷嘴102通过管路与水箱10连接， 在管路上设置有增压栗11。水箱尺寸为1.5m左右的正方体，增压栗11可有效控制喷雾水压， 增压栗11能提供的压力范围为〇~30Mpa。喷雾系统可实现自动化调控，有效模拟不同喷雾 排列作业方式，以接近作业现场的喷雾除尘措施的效果。
[0030] 如图4所示，人员呼吸仿真系统9包括硅胶肢体模型901、周期性仿真呼吸栗902、仿 真气管903、个体吸尘采集口罩904和微气候测量装置905。硅胶肢体模型901主要采用硅胶 材料，内部使用木质或铝合金制骨架，身高采用男性平均身高1.70m左右。仿真气管903设置 于硅胶肢体模型901的腹腔内，仿真气管903的一端与硅胶肢体模型的鼻腔相连接，仿真气 管903的另一端与周期性仿真呼吸栗902相连接。个体吸尘采集口罩904佩戴在硅胶肢体模 型的鼻腔处，以采集负压作用下吸入的颗粒物。微气候测量装置905设置在硅胶肢体模型 901的胸腔位置处。微气候测量装置905主要包括风速仪906、湿度计907、温度计908以及有 害气体测定装置909,主要测定仿真人员附近的风速、湿度、温度等微气候参数，通过反馈进 一步调整抽出式风机6、立式空调15以及增湿机14参数，更加接近作业实际环境。
[0031] 如图5所示，周期性仿真呼吸栗902包括控制面板9021、CC430微处理器9022、电源 9023、 低压报警器9024、开关9025和电动呼吸栗9026 XC430微处理器9022、低压报警器 9024、 电动呼吸栗9026分别与控制面板9021连接，控制面板9021通过电源线连接电源9023， 在电源线上串接有开关9025。试验人员通过控制调控面板9021，利用CC430微处理器9022输 出控制信号，使电动呼吸栗9026以预定的频率和幅度工作，其中CC430微处理器输出的信号 为
其中，A，a，b值由不同强度下作业 人员的呼吸幅度、频率值求出，以模拟作业人员呼气过程。电源9024采用12000mAh锂电池， 主要为CC430微处理器9022提供长期续航能力。
[0032] 上述仿真测试实验台还包括精密电子天平17、数据分析系统18以及马尔文激光粒 度仪19,并置于作业环境仿真舱体3-侧的实验桌上。精密电子天平17采用ML-T天平，马尔 文激光粒度仪19采用Mastersizer 3000,可对采集后的颗粒物样本进行颗粒物浓度、颗粒 物分散度等参数测定分析。
[0033] 作业环境仿真舱体3通过抽出式风机6、增湿机14、立式空调15以及颗粒物发生器 16,实现对作业的风流、有害气体扩散场、湿度、温度、颗粒物等环境要素的模拟仿真。通过 风流整流器4减小抽出式风机紊流影响，形成较为稳定风流场，颗粒物发生器16产生的颗粒 物在风流场作用下，由进风口自由端20进入作业环境仿真舱体3中，通过喷雾系统1降尘后， 残留的颗粒物通过人体仿真系统9,同时被人体仿真系统9采集，采集后的颗粒物经过精密 电子天平17、数据分析系统18以及马尔文激光粒度仪19测定并统计分析，得出作业人员呼 入颗粒物情况与作业强度的关系、风流场分布与有害气体扩散的关系、雾滴场与颗粒场耦 合作用的效果、温度湿度场对人员的综合影响等。同时对于作业喷雾降尘过程中喷嘴种类 的优选、喷雾压力的确定以及研发喷雾设备、检测喷雾设备的降尘效果提供可靠的技术支 持。
[0034] 上述作业环境仿真舱体3包括刚性骨架13,在刚性骨架的侧面设置刚性玻璃板，即 由刚性玻璃板借助刚性骨架搭建而成。作业环境仿真舱体3包括仿真舱体稳定段和仿真舱 体收缩段5,所述抽出式风机6与仿真舱体收缩段5相对接，抽出式风机6接有无极变频器7， 通过无极变频器7调控风机风量大小。仿真舱体3总长约8.0m~10.0m，其中，收缩段5长为 1.0~2.0m，收缩角为45度~55度，该仿真舱体稳定段高和宽约为2.5m~5.0m，由厚度2~ 3cm的有机玻璃构成，内部用钢骨架做支撑，装置底部为金属制托盘，并由螺栓12固定在地 面上，孔径约为25mm。抽出式风机6抽风口直径600mm，可控风量为200~400m 3/min，根据不 同风机尺寸，选择一定高度的铁质风机托架8,使抽出式风机6中轴线达到一定水平高度，实 现与仿真舱体收缩段5的对接。通过无极变频器7有效调控风机风量大小，以研究风流大小 对作业人员吸入颗粒物、温度湿度场、有害气体扩散等多因素的影响。同时对于作业环境仿 真舱体3内排出的污风进行净化处理，减小环境污染。
[0035] 上述作业环境仿真舱体3内部且靠近收缩段的位置处安设风流整流器4,风流整流 器4采用轻质错合金材料，由10 X 10焊接在一起的圆管搭成，圆管厚度约5mm，长约80mm。风 流整流器4通过螺丝固定于仿真舱体3内，对抽出式风机6叶片旋转产生的紊乱风流进行整 流，避免作业环境仿真舱体3中的横向风流的影响。所述人员呼吸仿真系统9安设在风流整 流器4的前方，喷雾系统1安设在人员呼吸仿真系统9的前方。上述作业环境仿真舱体3内部 且与硅胶肢体模型同高度处的一侧安设颗粒物采样器2。
[0036] 下面结合附图详细阐述本发明的主要工作原理：
[0037] 根据现场实际情况，首先利用电动液压装置101及电机108与传动皮带104调整喷 嘴102水平垂直位置。启动抽出式风机6,通过无极变频器7调节抽出式风机参数，待系统运 行稳定后，即得到稳定的风流场，启动增湿机14和立式空调15，并观测微气候测量装置905， 最终调整至实验温度和湿度。打开颗粒物发生器16,使颗粒物随风流形成稳定的颗粒场，待 颗粒场形成5~lOmin后，打开颗粒物采样器2测定颗粒物浓度，与此同时，调整人员呼吸仿 真系统9参数，并启动人员呼吸仿真系统9,待达到采集时间后，即得到作业人员呼入颗粒物 样本及采样滤膜，关闭人员呼吸仿真系统9及颗粒物采样器2。然后，开启喷雾系统1，调整增 压栗压力，并观测微气候测量装置905，最终调整至实验温度和湿度，重启颗粒物采样器2及 人员呼吸仿真系统9,待达到采集时间后，即得到喷雾实施后作业人员呼入颗粒物样本及采 样滤膜。利用精密电子天平17对颗粒物样本及滤膜进行称重测定，并利用马尔文激光粒度 仪19对人员呼入颗粒物数据进行测定分析，得到人员吸入颗粒物的分散度等参数。同样的 原理，通过调节增湿机14和立式空调15改变作业环境仿真舱体3内的温度湿度场，通过在仿 真舱体进风口自由端20释放一定体积的有害气体，以实现对有害气体场的扩散仿真。
[0038] 综上所述，本发明提供了人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台， 实现对作业环境及作业人员呼入颗粒物的仿真模拟，主要通过风速仪906、湿度计907、温度 计908、有害气体测定装置909等微气候测量装置，使仿真舱体内的环境与作业环境相近，同 时通过马尔文激光粒度仪19、颗粒物采样器2测定颗粒物的分散度、颗粒物浓度等参数，得 出作业人员呼入颗粒物情况与作业强度的关系、风流场分布与有害气体扩散的关系、雾滴 场与颗粒场耦合作用的效果、温度湿度场对人员的综合影响等。同时对于作业喷雾降尘过 程中喷嘴种类的优选、喷雾压力的确定以及研发喷雾设备、检测喷雾设备的降尘效果提供 可靠的技术支持。
[0039] 应当理解的是，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利 要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保 护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特征在于:包括作业环境 仿真舱体，作业环境仿真舱体的一端为进风口自由端，在进风口自由端处设置有增湿机、立 式空调以及颗粒物发生器，作业环境仿真舱体的另一端连接抽出式风机，在作业环境仿真 舱体的内部设置有喷雾系统和人员呼吸仿真系统，所述人员呼吸仿真系统包括硅胶肢体模 型、周期性仿真呼吸栗、仿真气管、个体吸尘采集口罩和微气候测量装置，仿真气管设置于 硅胶肢体模型的腹腔内，仿真气管的一端与硅胶肢体模型的鼻腔相连接，仿真气管的另一 端与周期性仿真呼吸栗相连接，个体吸尘采集口罩佩戴在硅胶肢体模型的鼻腔处，微气候 测量装置设置在硅胶肢体模型的胸腔位置处，微气候测量装置包括风速仪、湿度计、温度计 以及有害气体测定装置。2. 根据权利要求1所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特 征在于:所述作业环境仿真舱体包括刚性骨架，在刚性骨架的侧面设置刚性玻璃板;作业环 境仿真舱体由稳定段和收缩段组成，所述抽出式风机与收缩段相对接，抽出式风机接有无 极变频器。3. 据权利要求2所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特征 在于:所述作业环境仿真舱体内部且靠近收缩段的位置处安设风流整流器，所述风流整流 器由多根圆管平行排放搭成。4. 根据权利要求1所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特 征在于:在作业环境仿真舱体内部且与硅胶肢体模型同高度处的一侧安设颗粒物采样器。5. 根据权利要求1所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特 征在于:所述喷雾系统包括电动液压装置、传动皮带、电机、喷嘴、喷嘴安装杆和水平滑道， 喷嘴安设在喷嘴安装杆上，喷嘴安装杆与电动液压装置的顶部连接，电动液压装置的底部 设置有滚轮，滚轮安放在水平滑道上，电动液压装置通过传动杆与传动皮带连接，传动皮带 由电机带动运转。6. 根据权利要求1所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特 征在于:所述周期性仿真呼吸栗包括微处理器、低压报警器、电动呼吸栗和控制面板，微处 理器、低压报警器和电动呼吸栗分别与控制面板连接，控制面板通过电源线连接电源，在电 源线上串接有开关。7. 根据权利要求1所述的人员作业环境职业安全健康指标体系仿真测试实验台，其特 征在于:该仿真测试实验台还包括精密电子天平、数据分析系统以及马尔文激光粒度仪。
【文档编号】G01M99/00GK105973623SQ201610285714
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】程卫民, 于海明, 周刚, 聂文, 于岩斌, 王昊, 孙彪, 张琦, 马骁, 白若男, 范韬, 徐茂, 邱晗, 陈冲
【申请人】山东科技大学