工程機械駕駛室安全舒適性設計探討

萬家建設有限公司 22100

摘要：工程機械中一個非常重要的部分就是駕駛室，它是整個工程機械的功能控制部位。因為工程的施工環境通常都比較惡劣，工程機械駕駛人員的工作強度也比較大，為緩解其疲勞提供他的工作質量，設計人員可以提高工程機械駕駛室的人性化設計。另外由于在施工中經常會發生意料之外的安全事故，而且工程機械在工作中的損耗比較大，以此也應該適當增加它的安全性設計。本文筆者將液壓鑿鉆機作為例子，以人體工程學為基礎，研究分析了工程機械駕駛室的安全性設計和舒適性設計，以期能為實際的設計工作提供幫助。

關鍵詞：工程機械；駕駛室；安全；舒適；設計

工程機械是確保我國經持續發展的重要設施，但是因為它的工作環境比較復雜，而且工作過程中常常發生安全事故，這極大威脅了駕駛人員的健康和生命。工程機械的駕駛室能夠保護駕駛人員并為駕駛人員提供舒適的工作氛圍的設施。和國外的工程機械駕駛室比較，我國的駕駛室在安全性設計和舒適性設計方面還存在很大的差距。為避免因駕駛室的問題影響我國工程建設的發展，就必須重視對駕駛室安全舒適性的設計。

工程機械駕駛室結構

不同的工程機械因為它們的功能各有千秋，所以其駕駛室的構造也會有所不同，而不同的結構會導致不同的設計方案，所以設計人員在開始設計時必須對不同的工程機械結構有一定了解。

液壓鑿鉆機的駕駛室分為外部結構和內部飾件組成。其外部結構包括安全骨架、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計不但和工程機械駕駛室的安全性和舒適性有莫大關系，還和駕駛室的外觀有一定聯系。液壓鑿鉆機駕駛室的內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者之間的設計有很大的關聯，其中顯示件為駕駛人員和工程機械建立的信息交流的平臺，駕駛人員在工作時可以根據顯示件上顯示的數值來掌握工程機械的狀況；控制件的主要功能就是利用機器的具體動作向工程機械作出指令。此外為了增強駕駛室內的人性化，設計人員通常會在駕駛室內設計少量的部件圖溫度調節、通風等設施。

工程機械駕駛室安全性設計

要想提高工程機械駕駛室的安全性能，就要對它的安全骨架進行設計，并利用FOPS和ROPS驗證方法對安全骨架的有限元進行分析。

根據觀察可知，大多數的液壓鑿鉆機的駕駛室的類型為右篇型駕駛室。因為鑿鉆機的工作環境比較惡劣，在設計時設計人員應該選用安全骨架性能優良的駕駛室，同時為了增加安全骨架的強度可以適當增加骨架的柱體數量。在設計時設計師應利用FOPS軟件構件駕駛室內的安全骨架。同時在這一基礎上，根據FOPS和ROPS驗證方法給駕駛室增施縱向、垂直、側向的加載[2]，如果此時能夠滿足駕駛室的驗證要求，那么安全骨架的設計就符合對安全性的要求，那么設計人員就可以以安全骨架為基礎進行駕駛室的外觀設計和內飾設計。

設計人員在對安全骨架進行設計時，不但要注重它的結構，還要對它的材料進行嚴格的篩選，從而找到合適的骨架用料。選擇骨架用料時其需要考慮的因素包括：骨料的剛度、強度極限、屈服極限、泊松比以及彈性模量。

工程機械駕駛室舒適性設計

工程機械的駕駛室舒適性設計可以分為艙體設計、座椅設計、控制件設計以及減震防噪音設計幾個方面。

1、艙體設計

駕駛艙不單單是工程機械的一個組成部分，而且也是駕駛人員進行工作的產所，因此艙體舒適性的設計應該本著以人為本的理念，依照人體工程學原理進行設計。

（1）艙體空間設計

設計人員首先要了解駕駛人員的坐姿，因為駕駛人員在駕駛室內的工作狀態是坐著的。人體在坐姿狀態下最容易疲勞也是最容易受到損傷的就是脊柱。在駕駛過程中，脊柱會幫助駕駛人員完成側、扭、彎要等動作，在這一過程中脊柱會承受比較大的壓力，如果長時間得不到緩解，就會使駕駛人員感到疲勞甚至會引發各類疾病。設計人員應該分析那女的不同坐姿尺寸，進而進行設計。需要注意的是，在設計時艙體的空間不但應該符合單純的坐姿尺寸，還要滿足人們在駕駛室內基本的活動空間，從而方便其進行活動，這些基本的活動包括撿拾物品、向外和向前探身觀察周圍的環境等等。

（2）艙體視野設計

艙體設計好壞評判的一個關鍵因素就是視野。工程機械駕駛室視野的特性包括人體的視力、視角、色覺視野等感知上的特性，這是確保駕駛人員在坐姿狀態下進行駕駛和操作安全性的重要條件。

視野包括3種類型：動視野、靜視野和注視野，這3者之間的視野角度和視野范圍相似，所以在實際設計中經常以靜視野作為駕駛室人機工程設計的參考。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]。在設計駕駛室的視野時，設計人員應該以駕駛人員的視覺角度為標準判定需要設計的視覺范圍，在考察駕駛人員的視覺范圍時要確定最舒適的駕駛體位。同時還要根據工程機械動態情況和其他操作過程中的狀態估計駕駛人員需要的視野范圍，因為環境不同、駕駛人員不同、速度不同駕駛室的視野要求也會有所不同。

2、座椅設計

座椅是駕駛人員人身安全的另一種保障，它應該具有一定的安全可靠性。另外設計人員應該將座椅設計成高度、深度可調的形式，以便于它能滿足不同體型和身高的駕駛人員的駕駛舒適度要求。研究人員經過實驗得出當座椅的高度不超過人體小腿的高度時駕駛人員的駕駛體位最舒適。如果座椅過低，就會使腰骶部位的椎骨出于壓迫狀態下，背肌上的負荷也會增大；而如果座椅過高，人體的體重就會分散給大腿，增大大腿部的壓力，從而造成腿部出現酸、麻、腫脹等癥狀[4]，導致背部肌肉和下肢不適。另外還應該注意將靠背和座面之間的傾角設計成可以獨立調節的形式。經過大量的實驗可以發現，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[5]，人體的坐姿最舒適。為進一步提高座椅的舒適度，在設計時不僅要合理的控制座椅的尺寸，還要加贈緩沖裝置降低因為工程機械運行而引起的震動和顛簸，在選擇座椅的蒙皮材料時，要將蒙皮的質量和絕緣絕熱性作為主要的選擇標準。

3、控制件設計

工程機械的駕駛室中使用最多的結構除了座椅就是各類控制件，其控制件應該安裝在工作方便、易操作的范圍內，而且控制件本身的運動區域也要控制在這一范圍內。

操作件上設計的作用力大小也應該適中，其形狀和結構也應該便于駕駛人員的操作。其負責各種作業功能的按鈕或者開關應該具有明顯的區別，便于操作人員辨認。對于那些對速度和精度要求比較高的功能其操作件要使用手動操作的方式，對于那些連續性較強的功能其操作件要使用腳動操作的方式。

結束語：隨著科技的快速發展，許多新的工藝和技術被應用在工程機械駕駛室的設計和制作中。為提高駕駛室的安全性和舒適性，就需要設計人員充分了解工程機械駕駛室的結構，采取相應的設計方法和設計理念完成設計工作。

參考文獻：

[1]賈志艷.工程機械駕駛室的安全舒適性設計研究[D].南京航空航天大學，2014.

[2]孫小娟，張建潤.工程機械駕駛室舒適性設計中的低頻隔振優化[J].農業工程學報，2012，21：44-52.

[3]董蔭，徐存霞.享受舒適（一）工程機械舒適性設計之操控舒適性[J].工程機械與維修，2014，02：38-40+42+44-46.

[4]張瑞，樊新宇，馮賢平，楊小朋.現代工程機械駕駛室中的人性化設計[J].建筑機械，2013，09：77-80.

[5]王琦，李文寶，唐德棟，王繼忠.淺談車輛駕駛室安全舒適性設計[J].林業機械，1994，02：34-35.