機(jī)場(chǎng)消防車駕駛室移動(dòng)式操縱裝置及踏板的設(shè)計(jì)

葛智聰

摘 要：消防車駕駛室在作業(yè)和行駛過(guò)程中占有重要的地位。如果駕駛室設(shè)計(jì)不合理，駕駛員在駕駛車輛的過(guò)程當(dāng)中容易產(chǎn)生疲勞，交通事故發(fā)生的頻率也就隨之增多。消防車駕駛室的布置主要是對(duì)方向盤、駕駛員座椅、踏板、變速桿等部件進(jìn)行人性化布置，使駕駛員能夠簡(jiǎn)單、方便、舒適、安全地操作。本文主要對(duì)移動(dòng)式操縱桿及腳踏進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)消防車；駕駛室；操縱桿；腳踏

中圖分類號(hào)： U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-196-2

1 移動(dòng)式操縱裝置設(shè)計(jì)

操縱桿是消防車上經(jīng)常使用的移動(dòng)式操縱裝置，手柄或者是把手通常布置在桿的自由端，機(jī)器的受控部件則與桿的另一端連接。具有較大的杠桿比是操縱桿的主要特征，因?yàn)樗３Ｓ迷谧枇Ρ容^大的操縱上。在一個(gè)或者是幾個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)是操縱桿的主要工作模式。由于受行程和扳動(dòng)角度的限制，操縱桿不適宜作大幅度的連續(xù)控制，也不適宜作精細(xì)調(diào)節(jié)。

1.1 操縱桿的設(shè)計(jì)

①操縱桿的尺寸。操作頻率是影響操縱桿選擇的主要因素，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)操縱頻率較低時(shí)，應(yīng)選擇長(zhǎng)度較大的操縱桿。當(dāng)操縱桿的長(zhǎng)度為35、45、65、100、130、230和580mm時(shí)，相對(duì)應(yīng)的最高操縱頻率一般為25、26、26.5、24.5、22.5、17.5和15次/min。②操縱桿的操縱力。對(duì)于車輛來(lái)說(shuō)，30N一般是最小的操縱力，大約130N是最大的操縱力，對(duì)于那些經(jīng)常使用的操縱桿，60N是允許操縱力的極限值。通常情況下，30～50N是常用的變速桿操縱力大小。

1.2 移動(dòng)式操縱裝置的工作行程和操縱力

操縱手柄離地面的高度、操作時(shí)使用左手還是右手和操縱方向等這些因素與手柄的適宜用力有很大的關(guān)系，見(jiàn)表1。

1.3 手柄的形狀和尺寸設(shè)計(jì)

操作手柄時(shí)要保證駕駛員施力方便，手握舒適，動(dòng)作可控制，不打滑等性能要求。所以說(shuō)要研究手的生理特征和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)手柄的形狀和尺寸。手部肌肉結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過(guò)對(duì)手的研究發(fā)現(xiàn)，手掌心的肌肉比較少，肌肉豐厚的地方分布在大、小魚際肌處，神經(jīng)末梢則布置在手指和指骨間肌處。因此，在設(shè)計(jì)手柄時(shí)，為了減輕指骨間肌和掌心的受力，必須考慮在手柄被握住的地方與指骨間肌和掌心之間留適當(dāng)?shù)木嚯x，這樣能確保手掌的血液循環(huán)良好，不至于使神經(jīng)受到大的壓迫。若在駕駛過(guò)程當(dāng)中，掌心經(jīng)常被迫受壓和受振，會(huì)使手痙攣，輕的話會(huì)導(dǎo)致在操作時(shí)定位不準(zhǔn)確。常用的手柄形式如圖2。

圖2中，I、II、III三種形式的手柄符合上述要求，操縱效果較好；IV、V、VI三種形式的手柄，執(zhí)握時(shí)掌心與手柄貼合面太大，操縱效果不是太好，適合作為瞬間和受力不大的操縱手柄。

2 踏板模型的建立

2.1 腳控操縱裝置的型式和操縱特點(diǎn)

腳控操縱裝置有兩種不同的類型，其一為腳踏板，其二為腳踏鈕?；剞D(zhuǎn)式、擺動(dòng)式和直動(dòng)式是腳踏板的主要模式。直動(dòng)式模型中，車輛的加速踏板是以腳跟為支點(diǎn)，但車輛的離合器和制動(dòng)器踏板是腳懸空的腳踏板。

坐姿操作是腳控操縱裝置常采用的操作方式，只有在特殊情況下才會(huì)選用立姿操作，比如操縱力小于50N時(shí)，立姿操作過(guò)程中體重壓于一側(cè)的下肢，很容易導(dǎo)致疲勞，因此這時(shí)一般不用腳控類元件。如果非得用立姿腳控操縱時(shí)，15mm以內(nèi)是腳踏板離地的適宜距離。右腳一般操作準(zhǔn)確性高、操縱力大和速度快的動(dòng)作；兩腿交替進(jìn)行操作一般是一些容易導(dǎo)致疲勞，不是很重要的操作。

2.2 踏板的蹬力分析

駕駛員在駕駛車輛時(shí)要容易發(fā)力，盡量減少腳部和腿部的疲勞是消防車輛踏板位置布置時(shí)考慮的主要因素。在正常的坐姿狀態(tài)下，腳的蹬力規(guī)律如圖3所示，其中各個(gè)方向的蹬力由外圍曲線表示，經(jīng)分析可知，大約70度時(shí)蹬力比較合適，所需要的蹬力是踏板位置布置時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素。當(dāng)需要很大蹬力時(shí)，踏板在人體的中心線左右兩側(cè)各15度范圍內(nèi)變化。通常右腳的蹬力一般比左腳大，研究發(fā)現(xiàn)坐姿時(shí)右腳蹬力可以達(dá)到2500N，左腳則是2300N。

2.3 腳控操縱裝置的適宜用力

當(dāng)腿的屈折角大約為107度時(shí)，此時(shí)腳蹬力要小于227N才能使腿感到舒適；當(dāng)腿的屈折角為130度時(shí)，腳蹬力應(yīng)大于227N才能夠得到比較滿意的結(jié)果。60N是用腳的前端操縱時(shí)，腳踏板所承受的極限力；當(dāng)用腿和腳聯(lián)合進(jìn)行作業(yè)時(shí)，此時(shí)腳踏板上的力可以達(dá)到1200N；但是當(dāng)作用于腳踏板上的力減少到20N左右時(shí)，這時(shí)應(yīng)采取快速的操縱動(dòng)作。

在消防車駕駛員操縱車輛的過(guò)程中，駕駛員往往會(huì)把腳放在腳踏板之上，設(shè)計(jì)者為了防止腳踏板被無(wú)意碰觸而發(fā)生不當(dāng)?shù)牟僮?，腳踏板應(yīng)有一定的起始阻力，且該起始阻力至少應(yīng)該超過(guò)當(dāng)腳歇息時(shí)腳踏板的承受力。

2.4 腳踏板的操縱方式及設(shè)計(jì)

腳踏板的操縱方式的選擇要遵循操縱力、可控性的一般規(guī)律。踏板的形式按操縱方式分為全腳踏板、腳掌踏板和腳跟踏板等三種形式。當(dāng)采取整個(gè)腳踏板時(shí)，操縱力一般大于50N，操作效率低，較適用于緊急制動(dòng)器的腳踏板；當(dāng)采用腳掌踏時(shí)，操縱力一般在50N左右，操作效率較高，適用于啟動(dòng)、機(jī)床制動(dòng)的腳踏板；當(dāng)采用腳掌或腳跟踏的形式時(shí)，此時(shí)的操縱力一般小于50N，操作迅速，課連續(xù)操縱，適用于動(dòng)作頻繁的腳踏板。

設(shè)計(jì)腳控操縱裝置時(shí)，通常應(yīng)以腳的使用部位、使用條件和用力大小為依據(jù)，踏板的大小參考人體腳尺寸設(shè)計(jì)，尺寸大小如表2。

在設(shè)計(jì)腳控操縱裝置時(shí)，它的空間位置會(huì)直接影響腳的施力和操縱的效率。對(duì)于那些蹬力要求較大的腳控操縱裝置，它的前后位置應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)在腳所能及的距離范圍之內(nèi)，且左右位置的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在人體中線兩側(cè)各10°～50°范圍內(nèi)，這時(shí)候的腳和腿在操作時(shí)能行成一個(gè)施力單元。因此，大、小腿間的夾角一般選在105°～135°的范圍內(nèi)，其中以120°為最優(yōu)。在這種姿勢(shì)下，駕駛員進(jìn)行操作時(shí)，腳的蹬力可以達(dá)到2250N。對(duì)于一些蹬力要求不是太大的腳控操縱裝置，為了能使在坐姿操縱時(shí)腳的施力更為方便，此時(shí)的大、小腿的夾角一般選105°～110°。腳控操作裝置的空間布置如圖4所示。

綜合以上分析，設(shè)計(jì)出的腳踏板的模型如圖5所示。