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摘要：工程机械中一个非常重要的部分就是驾驶室，它是整个工程机械的功能控制部位。因为工程的施工环境通常都比较恶劣，工程机械驾驶人员的工作强度也比较大，为缓解其疲劳提供他的工作质量，设计人员可以提高工程机械驾驶室的人性化设计。另外由于在施工中经常会发生意料之外的安全事故，而且工程机械在工作中的损耗比较大，以此也应该适当增加它的安全性设计。本文笔者将液压凿钻机作为例子，以人体工程学为基础，研究分析了工程机械驾驶室的安全性设计和舒适性设计，以期能为实际的设计工作提供帮助。
关键词：工程机械；驾驶室；安全；舒适；设计
工程机械是确保我国经持续发展的重要设施，但是因为它的工作环境比较复杂，而且工作过程中常常发生安全事故，这极大威胁了驾驶人员的健康和生命。工程机械的驾驶室能够保护驾驶人员并为驾驶人员提供舒适的工作氛围的设施。和国外的工程机械驾驶室比较，我国的驾驶室在安全性设计和舒适性设计方面还存在很大的差距。为避免因驾驶室的问题影响我国工程建设的发展，就必须重视对驾驶室安全舒适性的设计。
一、工程机械驾驶室结构
不同的工程机械因为它们的功能各有千秋，所以其驾驶室的构造也会有所不同，而不同的结构会导致不同的设计方案，所以设计人员在开始设计时必须对不同的工程机械结构有一定了解。
液压凿钻机的驾驶室分为外部结构和内部饰件组成。其外部结构包括安全骨架、蒙皮和安装在驾驶室外部的照明灯具、后视镜等等[1]。工程机械驾驶室的安全保障部件就是安全骨架，它通常被蒙皮覆盖，以提高它的舒适性。安全骨架和蒙皮的设计不但和工程机械驾驶室的安全性和舒适性有莫大关系，还和驾驶室的外观有一定联系。液压凿钻机驾驶室的内部饰件主要包括显示件、控制件、座椅和其他小部件。显示件、控制件、座椅这3者之间的设计有很大的关联，其中显示件为驾驶人员和工程机械建立的信息交流的平台，驾驶人员在工作时可以根据显示件上显示的数值来掌握工程机械的状况；控制件的主要功能就是利用机器的具体动作向工程机械作出指令。此外为了增强驾驶室内的人性化，设计人员通常会在驾驶室内设计少量的部件图温度调节、通风等设施。
二、工程机械驾驶室安全性设计
要想提高工程机械驾驶室的安全性能，就要对它的安全骨架进行设计，并利用FOPS和ROPS验证方法对安全骨架的有限元进行分析。
根据观察可知，大多数的液压凿钻机的驾驶室的类型为右篇型驾驶室。因为凿钻机的工作环境比较恶劣，在设计时设计人员应该选用安全骨架性能优良的驾驶室，同时为了增加安全骨架的强度可以适当增加骨架的柱体数量。在设计时设计师应利用FOPS软件构件驾驶室内的安全骨架。同时在这一基础上，根据FOPS和ROPS验证方法给驾驶室增施纵向、垂直、侧向的加载[2]，如果此时能够满足驾驶室的验证要求，那么安全骨架的设计就符合对安全性的要求，那么设计人员就可以以安全骨架为基础进行驾驶室的外观设计和内饰设计。
设计人员在对安全骨架进行设计时，不但要注重它的结构，还要对它的材料进行严格的筛选，从而找到合适的骨架用料。选择骨架用料时其需要考虑的因素包括：骨料的刚度、强度极限、屈服极限、泊松比以及弹性模量。
三、工程机械驾驶室舒适性设计
工程机械的驾驶室舒适性设计可以分为舱体设计、座椅设计、控制件设计以及减震防噪音设计几个方面。
1、舱体设计
驾驶舱不单单是工程机械的一个组成部分，而且也是驾驶人员进行工作的产所，因此舱体舒适性的设计应该本着以人为本的理念，依照人体工程学原理进行设计。
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（1）舱体空间设计
设计人员首先要了解驾驶人员的坐姿，因为驾驶人员在驾驶室内的工作状态是坐着的。人体在坐姿状态下最容易疲劳也是最容易受到损伤的就是脊柱。在驾驶过程中，脊柱会帮助驾驶人员完成侧、扭、弯要等动作，在这一过程中脊柱会承受比较大的压力，如果长时间得不到缓解，就会使驾驶人员感到疲劳甚至会引发各类疾病。设计人员应该分析那女的不同坐姿尺寸，进而进行设计。需要注意的是，在设计时舱体的空间不但应该符合单纯的坐姿尺寸，还要满足人们在驾驶室内基本的活动空间，从而方便其进行活动，这些基本的活动包括捡拾物品、向外和向前探身观察周围的环境等等。
（2）舱体视野设计
舱体设计好坏评判的一个关键因素就是视野。工程机械驾驶室视野的特性包括人体的视力、视角、色觉视野等感知上的特性，这是确保驾驶人员在坐姿状态下进行驾驶和操作安全性的重要条件。
视野包括3种类型：动视野、静视野和注视野，这3者之间的视野角度和视野范围相似，所以在实际设计中经常以静视野作为驾驶室人机工程设计的参考。人体的双眼视野在正常情况下的综合范围为：垂直方向上130度左右，水平方向上120度左右[3]。在设计驾驶室的视野时，设计人员应该以驾驶人员的视觉角度为标准判定需要设计的视觉范围，在考察驾驶人员的视觉范围时要确定最舒适的驾驶体位。同时还要根据工程机械动态情况和其他操作过程中的状态估计驾驶人员需要的视野范围，因为环境不同、驾驶人员不同、速度不同驾驶室的视野要求也会有所不同。
2、座椅设计
座椅是驾驶人员人身安全的另一种保障，它应该具有一定的安全可靠性。另外设计人员应该将座椅设计成高度、深度可调的形式，以便于它能满足不同体型和身高的驾驶人员的驾驶舒适度要求。研究人员经过实验得出当座椅的高度不超过人体小腿的高度时驾驶人员的驾驶体位最舒适。如果座椅过低，就会使腰骶部位的椎骨出于压迫状态下，背肌上的负荷也会增大；而如果座椅过高，人体的体重就会分散给大腿，增大大腿部的压力，从而造成腿部出现酸、麻、肿胀等症状[4]，导致背部肌肉和下肢不适。另外还应该注意将靠背和座面之间的倾角设计成可以独立调节的形式。经过大量的实验可以发现，如果座面和水平面之前的夹角为3.7度，靠背和水平面之间的夹角为117.7度时[5]，人体的坐姿最舒适。为进一步提高座椅的舒适度，在设计时不仅要合理的控制座椅的尺寸，还要加赠缓冲装置降低因为工程机械运行而引起的震动和颠簸，在选择座椅的蒙皮材料时，要将蒙皮的质量和绝缘绝热性作为主要的选择标准。
3、控制件设计
工程机械的驾驶室中使用最多的结构除了座椅就是各类控制件，其控制件应该安装在工作方便、易操作的范围内，而且控制件本身的运动区域也要控制在这一范围内。
操作件上设计的作用力大小也应该适中，其形状和结构也应该便于驾驶人员的操作。其负责各种作业功能的按钮或者开关应该具有明显的区别，便于操作人员辨认。对于那些对速度和精度要求比较高的功能其操作件要使用手动操作的方式，对于那些连续性较强的功能其操作件要使用脚动操作的方式。
结束语：随着科技的快速发展，许多新的工艺和技术被应用在工程机械驾驶室的设计和制作中。为提高驾驶室的安全性和舒适性，就需要设计人员充分了解工程机械驾驶室的结构，采取相应的设计方法和设计理念完成设计工作。
参考文献：
[1]贾志艳. 工程机械驾驶室的安全舒适性设计研究[D].南京航空航天大学,2014.
[2]孙小娟,张建润. 工程机械驾驶室舒适性设计中的低频隔振优化[J]. 农业工程学报,2012,21:44-52.
[3]董荫,徐存霞. 享受舒适(一) 工程机械舒适性设计之操控舒适性[J]. 工程机械与维修,2014,02:38-40+42+44-46.
[4]张瑞,樊新宇,冯贤平,杨小朋. 现代工程机械驾驶室中的人性化设计[J]. 建筑机械,2013,09:77-80.
[5]王琦,李文宝,唐德栋,王继忠. 浅谈车辆驾驶室安全舒适性设计[J]. 林业机械,1994,02:34-35.
论文作者:钱汝玉
论文发表刊物:《基层建设》2015年15期
论文发表时间:2015/11/18
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