解析工程機械駕駛室的幾種發展方向

劉南才　孫平　朱華

摘 要：文章通過對駕駛室設計中遇到幾個技術部件的構思分析，提出了幾條設計發展方向的觀點，供業內交流。

關鍵詞：工程機械；駕駛室；鈑金；玻璃；異型管；人機工程；內飾；鎖具

中圖分類號：TH248 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0007-02

有別于汽車駕駛室，本文涵蓋的工程機械駕駛室主要狹義的包括裝載機、平地機、挖掘機、礦用卡車等各類帶駕駛室的土石方施工機械。由于工況的特殊，工程機械駕駛室的發展總體外觀上不同于汽車駕駛室。隨著我國基礎建設的穩步發展，推動了國內的工程機械企業的大規模發展。這些機械的外觀風格在眾多大小品牌間呈各有千秋，群雄并起之勢。其中駕駛室的造型設計對外觀展示起到了決定性的作用。類似于汽車行業，在專業的設計單位，駕駛室設計已經成為各主機廠一個重要的技術研究分支。近年作者多次參加工程機械展會，對比國外工程機械駕駛室發展，我國工程機械駕駛室有如下幾個技術特點。

1 現代鈑金沖壓化發展

我國早期的工程機械駕駛室都照搬了國外早期產品有棱有角的模樣。大量的部件均采用平面板折彎，拼焊或裝配成型。隨著模具制造的快速發展，工程機械的駕駛室外觀開始向汽車鈑金那樣采用新式內外鈑金結構， 點焊為主，外觀表面質量好，連接強度好。表現在：

①鋼板厚度的下降，常用外板普遍降到1.2 mm，某些內板甚至只有0.6 mm。

②接縫的減少，由于大型模具的運用，使得大片的鈑金得以一次模壓成形，作者曾參觀某專業駕駛室廠家拼焊車間，發現其駕駛室主要外板僅數4片在拼搭工裝上一次對接成功，效率大增。

③焊接工藝的改進：手工焊條方式在減少，代之以大量的機械手自動焊接，壓力對接電阻焊，電流調整得當，幾乎看不到焊縫，外側板上也看不到高溫燒熔痕跡。大量節約了打磨、刮膩子等后續修補工作。

④外側A面鋼板普遍采用了汽車行業的電泳漆，涂裝效率高、質量可靠。

⑤近年某些制造企業還開發獨創了一些更新穎的工藝技術。如內部噴涂一些粘接填充料，相應可以更多地減少焊縫的長度，并促進減少震動噪音。

2 異型管材的廣泛使用

這類管材主要用于駕駛室的骨架成形。駕駛室的主要骨架經歷了三個發展階段。第一階段：如上文所述我國早期工程機械駕駛室，外側A面鈑金全部為單層板，部分內側板通過折彎后與外側板焊縫接合形成一些管狀型腔，支撐起整個駕駛室。這類駕駛室也可以說是沒有骨架，普遍重量輕，價格便宜。至今在國內仍有大量生產。第二階段： 國際上由于土方機械翻車保護結構技術標準的強制實施，要求駕駛室必須按照技術標準能夠承受計算要求的橫向、縱向、垂直載荷。僅用前述無骨架的駕駛室滿足不了這個要求。設計上引入了一些矩形鋼管，這些鋼管的厚度普遍在4～12 mm，用這些鋼管對接形成一個2～6個立柱的堅實骨架，鋪上地板組件，外側再用鈑金蒙皮包圍對接形成駕駛室。這類駕駛室能夠按照上述標準通過載荷試驗，符合國際安全法規要求。但重量增加許多，有的甚至超過1 000 kg，造價自然不低。由于厚度大，這類鋼管一般呈直線狀，無法折彎。對于一些新型美觀的駕駛室，這類鋼管只能作為內部骨架支撐，無法與外側鈑金的曲面造型相貼合。目前國內多數出口裝載機、平地機駕駛室都采用這類風格設計。第三階段：由于管材制造技術的提升，由圓管到方管，再到異型管的制造模式的成熟。這類異型管壁厚普遍在2～6 mm，故可以通過加工彎曲成型，還具有良好的表面質量。設計可以考慮使用這類鋼管直接去形成駕駛室的外形輪廓。有了它，鈑金壓形可以大大簡化。在上述第二階段使用的一些門框鋼板壓形、玻璃裝配面壓形都得以簡化，因為異型管上的突出輪廓已經承擔了這個作用。這類管材當前在國內挖掘機駕駛室上大量使用、幾乎一統行業天下。

3 駕駛室玻璃的安裝

關于駕駛室玻璃的安裝方式，一直也是設計業內有趣的話題。一般有兩種方式，膠條安裝式和玻璃粘接式，兩者各有優劣。

①膠條玻璃安裝方式：類似早期汽車玻璃的固定，這類結構一般是在板上開出一個空洞，安裝玻璃的外形輪廓與此空洞輪廓呈平行偏移裝。特制成型的膠條一般由三個U形口，一個口夾住玻璃，一個口夾住鈑金，第三個口為調整漲緊口。膠條安裝玻璃方式的優點：裝配工藝簡單，不需要太多工具，對環境要求不高。在野外工地，一個熟練的工人在數分鐘內就能完成玻璃裝配。缺點：對玻璃、鈑金孔制造尺寸配合精度要求高，制造尺寸偏差后易導致裝配困難或者安裝不牢固、漏水，由于膠條的固有特性，其外觀不如粘接玻璃的形式輪廓平齊。

②類似現代小汽車構造，用特制的膠水將玻璃粘接在駕駛室鈑金上。國內工程機械駕駛室正在越來越多地采用玻璃粘接技術，重點用于國際出口機型。玻璃粘接技術的優點：基本可以解決上述膠條固定玻璃的缺點，對整車駕駛室的美觀、隔音、密封、防水、防塵起到重要的促進作用。在某些批量生產線上甚至能夠有著比膠條裝配更高的制造效率。缺點：裝配環境要求高，粘接膠水一般為聚氨酯成分，靠吸收空氣中的水分逐漸固化，對環境要求高。粘接面清潔度要求高，工藝復雜，需要上清潔劑、底涂劑。粘接完成后固化時間長，通常在10小時內無法讓機械進行工作。上述處理不當，均會發生玻璃脫落現象。在維修市場，這種問題尤其明顯，玻璃破損件的拆除不容易，需要專門工具對鈑金上殘留的膠水進行打磨去除。在塵土大的工地環境基本無法進行這類粘接玻璃的維修。總的說，兩種設計結構需要針對不同的客戶群體分別對待，這兩種方案都將長期并存。

4 人機工程學的成功運用

操縱舒適度顯著提升，歸功于人機工程學的成功運用：人機工程學是研究人、機械及其工作環境之間相互作用的邊緣學科，用以設計使操作者能發揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，并研究控制臺上各個儀表的最適合位置。全球各類人種的身高、手腳長度千差萬別，如何設計一種絕大多數司機都能舒適操縱的工作環境，是設計者追求的最高目標之一。我國目前還在有效沿用的《GB 10000-88中國成年人人體尺寸》為近30年前的中國人口測量數據，已經跟不上時代的需求。當前在國內的設計師大量參照引用的還有國外流行的一些人體尺寸標準及三維數據庫，如：Manikin。依靠模擬人體提供的尺寸參考及相關標準，我們在設計時可以基本確定定踏板、座椅、操縱桿、儀表臺的準確位置，以滿足絕大多數司機的舒適操縱要求。在三維技術已經非常普及運用的今天，我們通常設計的步驟如下：①首先確定三個基準人體尺寸：最小人體尺寸（5%）、中位人體尺寸（50%）、最大人體尺寸（95%）。②根據《GB/T 8591-2000 土方機械司機座椅標定點》，可以確定司機座椅的SIP點，這個在設計時將與模擬人的SIP點重合裝配。需要強調的一點是，通常使用的座椅在高度、前后（甚至左右、坐面角度）都是可調的，與不同位人體對接匹配的應該是座椅處于上述尺寸中間位置的狀態。三組模擬人體的匹配關系見表1：endprint

③設計的三維放樣必須對這三種狀況進行檢查，確保其中的操作者的手、腳、視野均處于舒適操作范圍內。技術標準參考：GB/T 8420-2000土方機械司機的身材尺寸與司機的最小活動空間、GBT 21935-2008土方機械操縱的舒適區域與可及范圍。各操縱元件可以通過機構裝置進行位置調整，但仍然會處于標準中規定的舒適區域包絡曲面中。有業內消息稱，我國正在開展新一輪人體尺寸測量項目。未來兩年，我們有望看到新的中國人體尺寸數據庫（標準）出臺。工程機械駕駛室人機工程學設計將更加普遍運用。

5 關于工程機械駕駛室鎖具

目前主要執行的是《GB 15086-2006汽車門鎖及門鉸鏈的性能要求和實驗方法》及行業標準：《JB/T 5934-1991工程機械門鎖技術條件》、《JB/T 7147-1193工程機械門鎖型式和基本參數》。工程機械與汽車工況不同，灰塵大、泥水飛濺多、振動劇烈，容易損壞，可靠性要求高。業內通常要求鎖具能夠在實驗臺上進行開關碰撞試驗，確保整個門鎖部件往復開關30 000次以上無失效。除非特殊統一鑰匙要求，門鎖鑰匙不同牙花數每組應不少于200種。當前的現狀是：有別于汽車行業，許多工程機械駕駛室門上鑰匙與駕駛室內電啟動鑰匙不同，有的甚至還不同于發動機罩門上的鑰匙。只有極少數幾家制造企業能夠實現類似汽車那樣與電啟動開關、發動機罩一致的駕駛室鑰匙，而且不同整車還有不同鑰匙牙花。除了可靠性、美觀、防塵性，這種鎖具鑰匙的一致性也將是未來工程機械行業內共同發展的趨勢。

6 工程機械駕駛室內飾布置的發展趨勢

長期以來，工程機械駕駛室內裝飾也經歷了簡陋內飾到豪華內飾，最后又變成簡化內飾的趨勢。早期的工程機械駕駛室內飾都比較簡陋，僅在一些主要部位包裹一些帶PVC表皮的打孔海綿。隨著時代發展，駕駛室內增加了許多塑料制品裝飾，例如：包裹立柱的吸塑件，頂部的麻氈壓形件、裝飾操縱控制桿的滾塑箱罩，類似汽車內部，塑料板覆蓋了幾乎所有可能外露的鈑金接縫，顯得很美觀。由于工程機械駕駛室的產量遠不及汽車的產量，鈑金的對接尺寸也不如汽車車身精準，這類全內飾覆蓋的模式主要出現在相對批量大的工程機械駕駛室中。在焊接工藝、鈑金及型鋼表面質量大幅提升后，國際上某些品牌工程機械駕駛室內取消了立柱內飾，并將規整粗壯的焊縫大膽地直接暴露在操作者面前，這反倒增加了用戶對產品強悍有力的認可。未來的發展也將會出現上述兩種風格長期并存的現象。

7 結 語

工程機械駕駛室設計涉及的技術分支非常廣泛，相對應的重點部件也很多，由于篇幅有限，本文僅對其中幾個分支部件設計的技術發展及未來趨勢進行了分析。在當今國內工程機械蓬勃發展，行競爭加劇的今天，工程機械駕駛室設計必將出現更多成功的亮點。

參考文獻：

[1] GB/T 8591-2000，土方機械司機座椅標定點[S].

[2] GB 10000-88，中國成年人人體尺寸[S].

[3] GB 15086-2006，汽車門鎖及門鉸鏈的性能要求和實驗方法[S].endprint