基于人機(jī)工程學(xué)的壓路機(jī)駕駛室設(shè)計

唐笑 張召春 楊曼芳 袁方直

摘 要：本文介紹了工程機(jī)械駕駛室的設(shè)計開發(fā)內(nèi)容，重點說明人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于工程車輛的必要性，并以壓路機(jī)駕駛室為例子，運用RAMSIS分析軟件進(jìn)行人機(jī)工程分析，找出可能存在的問題，并給出解決方案。

關(guān)鍵詞：壓路機(jī)駕駛室；人機(jī)工程；RAMSIS

中圖分類號：U418.326 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）20-0117-03

The Design of RoadRoller Cab Based on Ergonomics

TANG Xiao ZHANG Zhaochun YANG Manfang YUAN Fangzhi

（SANY Heavy Industry Co.， Ltd.，Changsha Hunan 410100）

Abstract： This paper introduced the design and development of the cab of construction machinery， emphasizing on the necessity of applying ergonomics to engineering vehicles. Taking the cab of roller as an example， the paper analyzed ergonomics by using RAMSIS analysis software， found out the possible problems and gave the solutions.

Keywords： roller cab；ergonomics；RAMSIS

壓路機(jī)是一種利用碾輪的碾壓作用，使土壤、路基墊層和路面鋪砌層壓實的工程機(jī)械，廣泛用于筑路、筑堤和筑壩等工程。壓路機(jī)屬于土方作業(yè)機(jī)械，一般情況下，作業(yè)時間較長，工況較惡劣。因此，需提供舒適性較高的駕駛室。本文以單鋼輪壓路機(jī)為例，介紹工程機(jī)械駕駛室的設(shè)計流程及設(shè)計內(nèi)容，并運用RAMSIS軟件進(jìn)行可觸及性、舒適性和視野等人機(jī)工程分析，反饋指導(dǎo)駕駛室的詳細(xì)設(shè)計。

1 人機(jī)工程學(xué)及其軟件介紹

RAMSIS是一種采用數(shù)字人體模型進(jìn)行乘員仿真和車輛內(nèi)飾人機(jī)工程設(shè)計的CAD工具[1]，其是一款常用的人機(jī)工程學(xué)分析軟件，該軟件提供了一個詳細(xì)的CAD人體模型，模擬仿真駕駛員的行為，使設(shè)計者在產(chǎn)品開發(fā)初期就可以進(jìn)行大量的人機(jī)工程分析（空間性、視野、可觸及性、舒適度和操縱力等），從而避免以后階段的修改。引入RAMSIS分析軟件對新產(chǎn)品的人機(jī)工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以減少試驗次數(shù)，縮短研制周期，降低生產(chǎn)成本。

2 駕駛室設(shè)計開發(fā)內(nèi)容

駕駛室設(shè)計是依據(jù)主機(jī)工業(yè)造型及總體布置要求進(jìn)行白車身設(shè)計、內(nèi)外飾設(shè)計、電氣開發(fā)等，并同步進(jìn)行工藝設(shè)計及外協(xié)外購件開發(fā)，以便于滿足樣機(jī)試制。駕駛室最基本的功能是為駕乘人員提供設(shè)備操作及乘坐空間，因此，在滿足整機(jī)總體布置要求的前提下，還需考慮滿足人機(jī)舒適性、安全法規(guī)、視野法規(guī)、淋雨密封性和隔音降噪等要求。工程機(jī)械駕駛室設(shè)計開發(fā)內(nèi)容如圖1所示。

駕駛室人機(jī)工程學(xué)分析，是在駕駛室總體方案及CAS數(shù)據(jù)制作時進(jìn)行方向盤、座椅、扶手箱等布置及視野初步校核，在詳細(xì)設(shè)計時同步開展視野、上下車方便性、空間性、姿態(tài)、觸及性和舒適性的人機(jī)工程學(xué)分析[2]。通過校核及分析，找出駕駛室人機(jī)工程學(xué)的問題，用于指導(dǎo)詳細(xì)設(shè)計改進(jìn)。駕駛室人機(jī)工程學(xué)分析內(nèi)容如圖2所示。

3 人機(jī)工程學(xué)在駕駛室設(shè)計中應(yīng)用

單鋼輪壓路機(jī)產(chǎn)品主要是面對歐美市場，其駕駛室造型配合整機(jī)造型及總體布置，外觀采用視野性能良好的八面體造型，其結(jié)構(gòu)采用“型材骨架+鈑金蒙皮”形式，以滿足駕駛室ROPS強(qiáng)度要求[3]及良好視野要求。單鋼輪壓路機(jī)駕駛室設(shè)計模型見圖3。

在設(shè)計駕駛室時，除白車身、內(nèi)外飾及電氣設(shè)計外，還需滿足車門密封性、地板接口密封性的要求。由于此款壓路機(jī)需出口至歐美國家，其玻璃、后視鏡等外協(xié)外購件還需要滿足相關(guān)ECE認(rèn)證要求。

壓路機(jī)及其駕駛室在ProE中完成第一版詳細(xì)數(shù)模后，便以IGES文件導(dǎo)入RAMSIS中進(jìn)行人機(jī)校核，找出改善點以便于指導(dǎo)進(jìn)一步設(shè)計數(shù)模。常選取95百分位和5百分位的人體模型進(jìn)行人機(jī)工程校核，以滿足90%的操作人員的舒適度要求[4]。本文人體數(shù)據(jù)庫選用美國（NHANES III）人體數(shù)據(jù)，男性，年份為2018年，年齡范圍為18～70歲，進(jìn)行上車姿態(tài)分析、視野分析、可觸及性分析、舒適度評價等人機(jī)工程校核。

第一，上車姿態(tài)分析。主要是找出上車舒適度、樓梯設(shè)置合理性、上車扶手合理性等。通過RAMSIS分析出此款壓路機(jī)上車扶手、踏步等設(shè)置合理，但95百分位人員在上第三級踏步時左腳不能舒適伸展（如圖4所示），需調(diào)整踏板寬度和踏步傾斜角度，以提升人員上車便利性。

第二，視野分析。通過RAMSIS模擬駕駛員在操縱設(shè)備時，觀看路面、工作裝置、儀表臺、后視鏡等視線范圍。本項目分析出95百分位及5百分位人員的駕駛室整體視野良好，儀表臺無遮掩，滿足視野要求（如圖5所示）。

第三，可觸及性分析。該分析常結(jié)合舒適度判定布置合理性，可找出常用操縱元器件（開關(guān)按鈕、手柄、收音機(jī)、空調(diào)面板等）、非常用元器件（衣帽鉤、水杯托、安全錘等）是否在可觸及區(qū)及操作舒適度。舒適度數(shù)值范圍：0～2.5是理想?yún)^(qū)間，2.5～5.5是可接受區(qū)間，5.5～8.0則是不舒適區(qū)間。本文分析出95百分位人員正常操作此壓路機(jī)，舒適度評分為4分（如圖6所示），判定為可接受，座椅及方向盤位置相對合理，但仍要微調(diào)相關(guān)元件的布置位置，以進(jìn)一步提升舒適性。

4 結(jié)論

駕駛室作為工程機(jī)械的一個重要組成部分，其在設(shè)計開發(fā)過程中除了要滿足基本的造型及標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求外，還要進(jìn)一步對操作者的視野、舒適性、方便性等進(jìn)行人機(jī)工程分析，以便為操作者營造一個安全、舒適、方便的作業(yè)環(huán)境，從而增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。應(yīng)用RAMSIS進(jìn)行人機(jī)工程分析，可以快速找到產(chǎn)品設(shè)計的不足之處，對新產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙尚義.RAMSIS軟件在汽車人機(jī)工程設(shè)計中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2008（7）：64-66.

[3]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.土方機(jī)械滾翻保護(hù)結(jié)構(gòu)實驗室試驗和性能要求：GB/T 17922—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[4]黃英，張以忱.人機(jī)工程學(xué)在工程機(jī)械司機(jī)室布置與設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2000（6）：88-89.