工程機(jī)械駕駛室安全舒適性設(shè)計(jì)探討

萬(wàn)家建設(shè)有限公司 22100

摘要：工程機(jī)械中一個(gè)非常重要的部分就是駕駛室，它是整個(gè)工程機(jī)械的功能控制部位。因?yàn)楣こ痰氖┕きh(huán)境通常都比較惡劣，工程機(jī)械駕駛?cè)藛T的工作強(qiáng)度也比較大，為緩解其疲勞提供他的工作質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員可以提高工程機(jī)械駕駛室的人性化設(shè)計(jì)。另外由于在施工中經(jīng)常會(huì)發(fā)生意料之外的安全事故，而且工程機(jī)械在工作中的損耗比較大，以此也應(yīng)該適當(dāng)增加它的安全性設(shè)計(jì)。本文筆者將液壓鑿鉆機(jī)作為例子，以人體工程學(xué)為基礎(chǔ)，研究分析了工程機(jī)械駕駛室的安全性設(shè)計(jì)和舒適性設(shè)計(jì)，以期能為實(shí)際的設(shè)計(jì)工作提供幫助。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；駕駛室；安全；舒適；設(shè)計(jì)

工程機(jī)械是確保我國(guó)經(jīng)持續(xù)發(fā)展的重要設(shè)施，但是因?yàn)樗墓ぷ鳝h(huán)境比較復(fù)雜，而且工作過(guò)程中常常發(fā)生安全事故，這極大威脅了駕駛?cè)藛T的健康和生命。工程機(jī)械的駕駛室能夠保護(hù)駕駛?cè)藛T并為駕駛?cè)藛T提供舒適的工作氛圍的設(shè)施。和國(guó)外的工程機(jī)械駕駛室比較，我國(guó)的駕駛室在安全性設(shè)計(jì)和舒適性設(shè)計(jì)方面還存在很大的差距。為避免因駕駛室的問(wèn)題影響我國(guó)工程建設(shè)的發(fā)展，就必須重視對(duì)駕駛室安全舒適性的設(shè)計(jì)。

工程機(jī)械駕駛室結(jié)構(gòu)

不同的工程機(jī)械因?yàn)樗鼈兊墓δ芨饔星铮云漶{駛室的構(gòu)造也會(huì)有所不同，而不同的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不同的設(shè)計(jì)方案，所以設(shè)計(jì)人員在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)不同的工程機(jī)械結(jié)構(gòu)有一定了解。

液壓鑿鉆機(jī)的駕駛室分為外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部飾件組成。其外部結(jié)構(gòu)包括安全骨架、蒙皮和安裝在駕駛室外部的照明燈具、后視鏡等等[1]。工程機(jī)械駕駛室的安全保障部件就是安全骨架，它通常被蒙皮覆蓋，以提高它的舒適性。安全骨架和蒙皮的設(shè)計(jì)不但和工程機(jī)械駕駛室的安全性和舒適性有莫大關(guān)系，還和駕駛室的外觀有一定聯(lián)系。液壓鑿鉆機(jī)駕駛室的內(nèi)部飾件主要包括顯示件、控制件、座椅和其他小部件。顯示件、控制件、座椅這3者之間的設(shè)計(jì)有很大的關(guān)聯(lián)，其中顯示件為駕駛?cè)藛T和工程機(jī)械建立的信息交流的平臺(tái)，駕駛?cè)藛T在工作時(shí)可以根據(jù)顯示件上顯示的數(shù)值來(lái)掌握工程機(jī)械的狀況；控制件的主要功能就是利用機(jī)器的具體動(dòng)作向工程機(jī)械作出指令。此外為了增強(qiáng)駕駛室內(nèi)的人性化，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)在駕駛室內(nèi)設(shè)計(jì)少量的部件圖溫度調(diào)節(jié)、通風(fēng)等設(shè)施。

工程機(jī)械駕駛室安全性設(shè)計(jì)

要想提高工程機(jī)械駕駛室的安全性能，就要對(duì)它的安全骨架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用FOPS和ROPS驗(yàn)證方法對(duì)安全骨架的有限元進(jìn)行分析。

根據(jù)觀察可知，大多數(shù)的液壓鑿鉆機(jī)的駕駛室的類(lèi)型為右篇型駕駛室。因?yàn)殍忋@機(jī)的工作環(huán)境比較惡劣，在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該選用安全骨架性能優(yōu)良的駕駛室，同時(shí)為了增加安全骨架的強(qiáng)度可以適當(dāng)增加骨架的柱體數(shù)量。在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)師應(yīng)利用FOPS軟件構(gòu)件駕駛室內(nèi)的安全骨架。同時(shí)在這一基礎(chǔ)上，根據(jù)FOPS和ROPS驗(yàn)證方法給駕駛室增施縱向、垂直、側(cè)向的加載[2]，如果此時(shí)能夠滿(mǎn)足駕駛室的驗(yàn)證要求，那么安全骨架的設(shè)計(jì)就符合對(duì)安全性的要求，那么設(shè)計(jì)人員就可以以安全骨架為基礎(chǔ)進(jìn)行駕駛室的外觀設(shè)計(jì)和內(nèi)飾設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)人員在對(duì)安全骨架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不但要注重它的結(jié)構(gòu)，還要對(duì)它的材料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，從而找到合適的骨架用料。選擇骨架用料時(shí)其需要考慮的因素包括：骨料的剛度、強(qiáng)度極限、屈服極限、泊松比以及彈性模量。

工程機(jī)械駕駛室舒適性設(shè)計(jì)

工程機(jī)械的駕駛室舒適性設(shè)計(jì)可以分為艙體設(shè)計(jì)、座椅設(shè)計(jì)、控制件設(shè)計(jì)以及減震防噪音設(shè)計(jì)幾個(gè)方面。

1、艙體設(shè)計(jì)

駕駛艙不單單是工程機(jī)械的一個(gè)組成部分，而且也是駕駛?cè)藛T進(jìn)行工作的產(chǎn)所，因此艙體舒適性的設(shè)計(jì)應(yīng)該本著以人為本的理念，依照人體工程學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）艙體空間設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員首先要了解駕駛?cè)藛T的坐姿，因?yàn)轳{駛?cè)藛T在駕駛室內(nèi)的工作狀態(tài)是坐著的。人體在坐姿狀態(tài)下最容易疲勞也是最容易受到損傷的就是脊柱。在駕駛過(guò)程中，脊柱會(huì)幫助駕駛?cè)藛T完成側(cè)、扭、彎要等動(dòng)作，在這一過(guò)程中脊柱會(huì)承受比較大的壓力，如果長(zhǎng)時(shí)間得不到緩解，就會(huì)使駕駛?cè)藛T感到疲勞甚至?xí)l(fā)各類(lèi)疾病。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該分析那女的不同坐姿尺寸，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。需要注意的是，在設(shè)計(jì)時(shí)艙體的空間不但應(yīng)該符合單純的坐姿尺寸，還要滿(mǎn)足人們?cè)隈{駛室內(nèi)基本的活動(dòng)空間，從而方便其進(jìn)行活動(dòng)，這些基本的活動(dòng)包括撿拾物品、向外和向前探身觀察周?chē)沫h(huán)境等等。

（2）艙體視野設(shè)計(jì)

艙體設(shè)計(jì)好壞評(píng)判的一個(gè)關(guān)鍵因素就是視野。工程機(jī)械駕駛室視野的特性包括人體的視力、視角、色覺(jué)視野等感知上的特性，這是確保駕駛?cè)藛T在坐姿狀態(tài)下進(jìn)行駕駛和操作安全性的重要條件。

視野包括3種類(lèi)型：動(dòng)視野、靜視野和注視野，這3者之間的視野角度和視野范圍相似，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)常以靜視野作為駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)的參考。人體的雙眼視野在正常情況下的綜合范圍為：垂直方向上130度左右，水平方向上120度左右[3]。在設(shè)計(jì)駕駛室的視野時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該以駕駛?cè)藛T的視覺(jué)角度為標(biāo)準(zhǔn)判定需要設(shè)計(jì)的視覺(jué)范圍，在考察駕駛?cè)藛T的視覺(jué)范圍時(shí)要確定最舒適的駕駛體位。同時(shí)還要根據(jù)工程機(jī)械動(dòng)態(tài)情況和其他操作過(guò)程中的狀態(tài)估計(jì)駕駛?cè)藛T需要的視野范圍，因?yàn)榄h(huán)境不同、駕駛?cè)藛T不同、速度不同駕駛室的視野要求也會(huì)有所不同。

2、座椅設(shè)計(jì)

座椅是駕駛?cè)藛T人身安全的另一種保障，它應(yīng)該具有一定的安全可靠性。另外設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將座椅設(shè)計(jì)成高度、深度可調(diào)的形式，以便于它能滿(mǎn)足不同體型和身高的駕駛?cè)藛T的駕駛舒適度要求。研究人員經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)座椅的高度不超過(guò)人體小腿的高度時(shí)駕駛?cè)藛T的駕駛體位最舒適。如果座椅過(guò)低，就會(huì)使腰骶部位的椎骨出于壓迫狀態(tài)下，背肌上的負(fù)荷也會(huì)增大；而如果座椅過(guò)高，人體的體重就會(huì)分散給大腿，增大大腿部的壓力，從而造成腿部出現(xiàn)酸、麻、腫脹等癥狀[4]，導(dǎo)致背部肌肉和下肢不適。另外還應(yīng)該注意將靠背和座面之間的傾角設(shè)計(jì)成可以獨(dú)立調(diào)節(jié)的形式。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，如果座面和水平面之前的夾角為3.7度，靠背和水平面之間的夾角為117.7度時(shí)[5]，人體的坐姿最舒適。為進(jìn)一步提高座椅的舒適度，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要合理的控制座椅的尺寸，還要加贈(zèng)緩沖裝置降低因?yàn)楣こ虣C(jī)械運(yùn)行而引起的震動(dòng)和顛簸，在選擇座椅的蒙皮材料時(shí)，要將蒙皮的質(zhì)量和絕緣絕熱性作為主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

3、控制件設(shè)計(jì)

工程機(jī)械的駕駛室中使用最多的結(jié)構(gòu)除了座椅就是各類(lèi)控制件，其控制件應(yīng)該安裝在工作方便、易操作的范圍內(nèi)，而且控制件本身的運(yùn)動(dòng)區(qū)域也要控制在這一范圍內(nèi)。

操作件上設(shè)計(jì)的作用力大小也應(yīng)該適中，其形狀和結(jié)構(gòu)也應(yīng)該便于駕駛?cè)藛T的操作。其負(fù)責(zé)各種作業(yè)功能的按鈕或者開(kāi)關(guān)應(yīng)該具有明顯的區(qū)別，便于操作人員辨認(rèn)。對(duì)于那些對(duì)速度和精度要求比較高的功能其操作件要使用手動(dòng)操作的方式，對(duì)于那些連續(xù)性較強(qiáng)的功能其操作件要使用腳動(dòng)操作的方式。

結(jié)束語(yǔ)：隨著科技的快速發(fā)展，許多新的工藝和技術(shù)被應(yīng)用在工程機(jī)械駕駛室的設(shè)計(jì)和制作中。為提高駕駛室的安全性和舒適性，就需要設(shè)計(jì)人員充分了解工程機(jī)械駕駛室的結(jié)構(gòu)，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念完成設(shè)計(jì)工作。

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