1、基于人机工程学的工程机械座椅设计摘要：运用人机工程学的制作原理与方法，通过对工程机械座椅的人机工程学的设计进行探讨，考虑到工程座椅设计过程中的人机因素。针对驾驶座椅对驾驶员造成的疲劳原因，从人身测量、工作空间等多角度进行系统分析，研究了驾驶员在驾驶室中的座椅设计。本文仅对驾驶员座椅的合理布置及它自身设计时需符合的有关人机工程学要求的相关问题进行探讨。 关键词：人机工程学 工程机械座椅 设计 座椅 人机工程学是一门新兴的科学，它的发展起源要追朔到上个世纪五十年代，它跨越了不同的科学领域，结合了多种科学原理、数据和方法，它所研究的重点对象为怎样将工程机械的设计布置和人身尺寸、生理及心理特点有机结合
2、的相关问题。人机工程学的最大特点为，将人看做组成系统的一个元件，以人为主体，通过对人体进行详细分析，将人与机械进行优化协调，从而使整个工作系统得到完善。人机工程学的研究成果对工程机械驾驶员座椅的设计和布置有着重要意义。通过人机工程学的理念设计出的驾驶员座椅，充分根据人身尺寸、生理及心理特点，对人的使用及操作有一定的适用性，带给人一种舒适、安全的驾驶环境，让驾驶员与设备发挥有效的作用，使人机工程学的机械效率达到最高，这是现代人机工程学应主要研究的课题。 一、人机工程学对工程机械驾驶室的设计与布置 （一）对驾驶室的座椅位置进行确定。在人机工程中，驾驶员在工作中采用的坐姿，人和机械的重要接口就是座椅
3、。因此，座椅的布置和设计对驾驶员座椅的舒适程度和驾驶室内相关的布置有直接影响。对座椅进行合理的布置，优化人和座椅之间的联系，为驾驶员提供一种舒适、安全的工作环境有着深远影响。 在对驾驶室座椅的位置进行确定时，第一个要确定的是，驾驶座椅上人身躯干与大腿之间的连接点，它是驾驶室座椅的尺寸和舒适程度的基准点。驾驶员通过自身条件将驾驶座椅调节到舒适的入座位置后，通过对座椅的前后调节，驾驶员自身坐姿角度的调整，使驾驶员在驾驶过程中不易产生疲劳，并且在操作过程中有利于满足操作的轻便型、视野的开阔性。 （二）驾驶员座椅和其他功能部件控制元件设计关系。工程机械中用于操作的机械功能部件控制系统比较多，首先座椅的
4、位置与脚部操作部件的关系，要易于脚操作，而且长期工作状态下脚部又不易疲劳。汽车座椅位置和方向盘间的设计，要求两者之间的距离合适而且座椅对人体的肩部有支持，降低人体疲劳。座椅和工程机械操作杆之间的设计，手柄的操作杆一般在座椅两侧的控制箱上，座椅的设计要充分支撑手臂位置减少疲劳。 驾驶员的各项功能部件控制元件与座椅之间主要要考虑人体操作是的方便和避免人体的疲劳。按照人机工程学原理指导，充分考虑人体各方面的操作习惯和操作距离，对于容易疲劳的位置要对人体有支撑，避免疲劳。 二、人机工程学对工程机械驾驶员座椅的设计指导 在对驾驶员的座椅进行设计时，首先应该考虑驾驶员的人体心理及生理特点和人体压力合理性的
5、分布，在选择参数的过程中，需要对驾驶室内驾驶座椅的舒适性和操作灵活性之间的矛盾进行调节，以及舒适性和视觉效果之间的不协调等。 （一）驾驶座椅乘坐的姿势。驾驶座椅的舒适程度的人体乘坐的姿势、生理特点有着紧密联系。人身的脊柱是支撑人体重量的关键，它的承受重量由上到下越来越大，腰曲变形变形最为严重。人体除了在站立时腰曲接近人体的生理弧形而产生的变形较小外，坐姿的不正确容易应发腰痛、腰酸等难受的感觉。因此，在对座椅进行设计时，应强迫驾驶员使用正确的坐姿。也就是：将臀部向前移与靠背分离开，让肩部往后倾斜，使两条腿之间的夹角保持在 115?.并且让小腿向前伸，将大腿和小腿之间的夹角保持在 110?至 11
6、5?之间。然而，对于工程机械的驾驶员来说，为了能有良好的视觉效果和灵活轻便的操作性，可以适当减小大腿与小腿之间的夹角，这样才会使驾驶员的上身接近直立位置，让胸部保持挺起的状态，而肩保持微垂的合理姿势。有的时候为了保证操作的灵活性和视野的开阔性，就要适当牺牲驾驶座椅的舒适性。 （二）人体压力的分布。作用在驾驶座上的人体重量，要充分考虑到臀部的不同部位在感受到不适之前所能承受的压力，以及在靠背上的压力作用，做到分布合理，而不是平均区分。因此，从肩部和腰椎两方面来看，应该使压力由内向外逐渐降低。所以，在驾驶座椅的压力分布上应该是坐骨部分的压力最高，其次是长坐骨周围向臀部的外围部分逐渐降低，直到与坐垫
7、前沿的大腿接触点趋于最低值；在驾驶座椅的靠背上体的压力分布，应为肩部和脊椎两部分的压力最大，即通过肩胛骨与腰椎之间的相互支撑，来保证腰曲弧形的正常和保护脊椎不易受伤。 （三）驾驶座椅的舒适度的标准。首先，驾驶室内的座椅尺寸要与人体的测量尺寸相一致；其次，工程机械的内部座椅应该根据人的坐姿不同，设计成可以自由调节的合理方案，方便驾驶员根据不同的条件需求，来满足不同坐姿要求的舒适度；最后，在设计工程机械的驾驶座椅时，应该保证驾驶员随时保持舒适的坐姿能力，靠背的设计需求应根据腰部的支撑力，合理的设计结构尺寸，方便驾驶员在乘坐时腰椎可以正常弯曲。 （四）工程机械座椅振动舒适性的设计。由于工程机械工作的
8、环境比较恶劣，驾驶员在工程车作业是需要承受低频（2-8Hz） 、高强度的机械振动。根据人机工程学得原理，人体头部的共振频率为 2-30Hz，心脏约 5Hz，眼睛为 18-50Hz，臀与足为 4-8Hz，肩部约 2-6Hz，躯干约 6Hz，人体总体的频率为 7.5Hz 左右，一般来说对应人体的敏感共振频率为 4-8Hz，所以一般工程机械座椅的共振频率应保持在 3.5Hz 以内。 要保证共振频率在 3.5Hz 以内，我们在座椅的下部增加减振系统用于减低座椅的共振传递率。对于减振系统中的设计，首先在选择减振弹簧时（减振弹簧）要选择合适的弹簧，减低减振系统的共振传递率。其次要选择合适的阻尼缸。在确定整
9、椅的配置后再通过实验确定共振频率。（五）工程机械座椅设计的重点。通过人机工程学对工程机械座椅进行合理的设计，它的可行性可以分为四个阶段；概念化阶段、具体化阶段、周祥化阶段、检验校对阶段。概念化设计阶段是工程机械总体设计的理念和宗旨，是保证设计顺利进行的首要条件。具体化的设计阶段，将解决座椅的结构、外形、美观、材料等问题，并设定出基本的形状。周详化的设计阶段的重点是将整体的外观和核心架构进行设计。检验校对的设计阶段，是将产品的外观和座椅的造型及稳定性进行校对、检验，保证产品的质量和舒适度。以上就是工程机械座椅的设计重点。 总结： 总之，人机工程学的设计研发过程，对工程机械的驾驶员座椅的布置和设计
10、有着深远影响，为工程机械驾驶室的舒适度和可操作性提供了保障，因此加强人机工程学的研究与开发，最大限度的满足人体的舒适程度，高度运用人机工程学的知识指导工程机械驾驶员座椅的设计，是非常有必要的，这也是未来发展的趋势。 参考文献： 1 李丹.韦小娟.工程机械设计中人机工程学的应用J.煤炭科技，2008（02）. 2 崔小松.曾志新.李勇.人机工程学在工程机械中的应用J.建筑机械，2004（12）. 3 胡萍.人机工程学在工程机械设计中的综合应用J.机械制造，2009，47（01）. 4 张宝.基于人机工程学的重载卡车驾驶室内部布置J.一重技术，2011（05）. 5 欢迎宾.柯坚.秦剑.任修永.小型挖掘机驾驶室设计中 H 点的优化方法J.机械工程师，2008（02）. 6 严允.吴志华.黄光远.工效学在机车司机室规范化设计中的应用J.机车电传动，2006（04）.
