畢業(yè)設計（論文）-小型挖掘機駕駛室外部造型與頂蓋前窗總成設計

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1、小型挖掘機駕駛室外部造型與頂蓋前窗總成設計 朱云云 第一章 緒論 1.1 人機工程學概述 人機工程學是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素；研究人和機器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。人機工程學是本世紀五十年代迅速發(fā)展起來的一門新興學科。它主要研究工程技術設計如何與人體尺寸、生理和心理特性相適應的問題。人機工程學的最大特點是把人看成是系統(tǒng)中的一個組成元素，以人為主體詳細分析人一機器一環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)關系，使機器或者設備適合人的生理和心理要求，以及其他因素，從而達到工作環(huán)境舒適安全，操作準確、省力

2、、簡便，減輕操作疲勞和提高工作效率。 1.1.1 人機工程學的發(fā)展 人機工程學的發(fā)展大致經(jīng)歷以下幾個階段：(一)機械發(fā)展初期。機械設計只考慮物理原理而忽視操作者的因素，造成許多差錯和事故。因此對機械改進和重新設計成為工程技術人員、生理學家和心理學者共同研究的課題。其特點是選擇人和訓練人，使它適應于機器。(二)隨著工業(yè)技術不斷發(fā)展的需要，機械種類不斷增多，對機械的性能要求也越來越高，機械的操作也相應復雜起來，人們往往難以掌握，這迫使工程技術人員在設計機械時考慮人的生理、心理特性與機器的關系，使機械系統(tǒng)適應人的操作，形成人機工程學。(三)工業(yè)技術特別是電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展、各種高科技領域的

3、突破以及自動化技術的發(fā)展，促進工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了一系列變革。人與機器、環(huán)境之間的關系愈來愈復雜。系統(tǒng)研究人一機器一環(huán)境的關系，以創(chuàng)造出最適合人工作的條件和環(huán)境，使人機系統(tǒng)綜合效能達到最高。這形成了現(xiàn)代人機工程學。 我國人機工程學的研究在三十年代開始即有少量的開展，但系統(tǒng)和深入的開展則在八十年代以后。1980年全國人類工效學標準化技術委員會和1984年國家軍用人一機一環(huán)境系統(tǒng)工程標準化技術委員會的建立，有力地推動了我國人機工程學研究的發(fā)展。 1.1.2 人機工程學的應用 通過多年的研究和應用，人機工程已發(fā)展成為一項獨特的應用技術，即“人一系統(tǒng)接口技術”，以增強安全性、健康性和舒適性，提高工作

4、效率，改善工作質(zhì)量?！叭艘幌到y(tǒng)接口技術”己逐漸形成以下四個分支：①人-機器接口技術。研究人的生理和知覺特性，并將其相關成果應用到操作、顯示與工作空間布局的分析、設計和評價等過程中。②人一環(huán)境接口技術。研究處于各種環(huán)境狀態(tài)(光、熱、噪聲和振動等)下人的能力及其極限，同時加強人的能力建模方面的生態(tài)學研究。③人一軟件接口技術。研究人們獲取和加工信息的方式，該技術應用于設計或完善系統(tǒng)軟件，從而提高可使用性。④人一組織接口技術。前述三種接口技術的研究重心都是單個的操作者和操作小組(子系統(tǒng))?？梢哉f是處在“微觀”人機工程層次上。與此相反，人一系統(tǒng)接口中的人一組織接口技術更顯“宏觀”。它在與系統(tǒng)中的人和技術

5、相互作用時，解決工作系統(tǒng)的整個結構問題。從概念上講，它是一種自上而下的社會一技術系統(tǒng)方法。著重研究組織系統(tǒng)和工作系統(tǒng)的設計及與此相關的人一機器、人一環(huán)境和人一軟件等多個接口的設計。隨著人們對人一機器一環(huán)境之間關系的進一步認識，以及對人體潛力和局限的研究，人機工程學的應用逐步走向了實用階段，特別是在航天飛行器安全設計、汽車設計、家居環(huán)境設計、辦公室空間設計等方面，人機工程已經(jīng)成為設計是否成功的決定因素。 1.2 人機工程學在挖掘機駕駛室設計中的應用和研究現(xiàn)狀 二十世紀八九十年代以來，小型工程機械在市政工程、交通等施工中發(fā)揮了較大優(yōu)勢并得以迅速發(fā)展。小型挖掘機在這些工程中為節(jié)省人力、物力做出

6、了較大貢獻，滿足了城市各種作業(yè)要求，在城市狹窄的工作空間內(nèi)能夠最大限度地發(fā)揮其生產(chǎn)能力，逐步成為城市施工中具有代表性的施工機械。伴隨著小型挖掘機市場的不斷擴大和客戶需求，國內(nèi)外對小型挖掘機技術的研究也與日俱增。經(jīng)過三十年的不斷改進和完善，小型挖掘機在技術性能、作業(yè)功能、作業(yè)效率、安全、環(huán)保、節(jié)能和維護保養(yǎng)等方面有了大幅度的提高。 本文主要針對小型挖掘機駕駛室的外部造型及前窗與頂窗總成設計進行研究。其所研究的內(nèi)容包括駕駛室采光范圍、安全性舒適、坐姿舒適、動態(tài)舒適、溫度舒適、接觸舒適、操作舒適、視野良好等等，這些都屬于人機工程學的研究范疇。 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 小型挖掘機（國外一般指

7、整機質(zhì)量在) 6t 以下的液壓挖掘機，國內(nèi)把10t 以下的液壓挖掘機都稱為小型挖掘機，以下簡稱小挖）的生產(chǎn)始于上世紀70 年代。1985 年以后，由于技術的進步，這種產(chǎn)品得到了迅速的發(fā)展，技術上日臻成熟、完善。目前，世界上專業(yè)批量生產(chǎn)小挖的著名企業(yè)有20多家，主要分布在日本、美國、歐洲等地。處于前列的有日本的小松、久保田JCB等公司。日本一個國家在上世紀90年代初小挖的產(chǎn)量曾達到創(chuàng)紀錄的7 萬多臺，目前也在4 萬臺以上，歐洲、美國等目前也各有2萬臺以上的產(chǎn)量。日本、西歐、美國等發(fā)達國家既是小挖的生產(chǎn)大國，也是小挖的使用大國。國外對在小型挖掘機的研究上，創(chuàng)新是永恒的主題，在bauma 2004

8、上展出的挖掘機中，大多數(shù)都融入了一些新理念。包括新產(chǎn)品、新結構、新工藝和新方法等，這些新理念不同程度地推進了小型挖掘機技術的法杖，使得加工簡單，焊縫減少，強度增加、性能完善、成本降低、維護方便、外形更加完美等。特別在駕駛室的改進研究上，如NEUSON的12003VIRIO；駕駛室大幅度側翻，利于維護，如NEUSON的3703；雨刮器安裝在駕駛室的主梁上，克服了安裝在玻璃上的弊端。對于駕駛室漸入人性化的設計更是在國外得到了廣泛的應用：駕駛室布置美觀，座椅舒適。上下前后可調(diào)。前窗上翻輕便，視野開闊，空間布置合理，色調(diào)溫和，配備冷暖空調(diào)，收放機，使工作成為一種享受。安全帶已經(jīng)是必備裝置，防落物及防側

9、翻結構已經(jīng)被很多大公司作為標準配置采用。操作系統(tǒng)全部是液壓先導或電子控制，大大減輕了操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)率。目前國外對挖掘機駕駛室舒適性方面研究和發(fā)展已經(jīng)達到了較高的水平，個別比較先進的挖掘機其舒適性甚至可以與一些普通轎車相媲美，比如美國的卡特彼勒(CATERPILLAR)公司，英國的杰西博(JCB)公司，瑞典的沃爾沃(VOVOL)公司，日本的小松(KOMATSU)公司、日立(HITACHI)公司等，這些公司生產(chǎn)的履帶式液壓挖掘機，其駕駛室內(nèi)部的設計從座椅到儀表盤、操縱桿、腳踏板都非常人性化，其司機視野性能和操作舒適性以及室內(nèi)溫度、空氣對流和噪聲水平都達到非常高的水平。這些公司生產(chǎn)的挖掘

10、機駕駛室不僅達到了人機布置的科學性，還普遍采用全封閉式駕駛室，同時也注意駕駛室內(nèi)溫度、濕度和氣流速度等的調(diào)節(jié)，使得駕駛員無論在什么樣的氣候條件下作業(yè)都會感覺到舒適。 由此可見，人機工程學在駕駛室的設計和布置中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)人機工程學相關原理的要求，國外也制定了一系列的駕駛室設計標準，供工程設計人員參考，其中SAE和EEC是國際上被廣為采用的兩種標準，日本在這方面也制定了自己的標準。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)生產(chǎn)小挖的最著名企業(yè)是玉柴，它的產(chǎn)品品種規(guī)格型號產(chǎn)量在國內(nèi)都處于第一位。1989 年玉柴在天津工程機械研究所的幫助下開發(fā)、試制、生產(chǎn)1.3t的小型液壓挖掘機，1990 年

11、正式投產(chǎn)。產(chǎn)品以出口為主，現(xiàn)在已累計出口小挖達2000 多臺。去年該企業(yè)的年銷售量超過了600 臺。處于第二位的企業(yè)是韓國在中國的合獨資企業(yè)大宇和現(xiàn)代二家，在國內(nèi)產(chǎn)銷量均超過了200 臺。 隨著國內(nèi)對小挖功用的認可，國內(nèi)生產(chǎn)小挖的企業(yè)正在逐年增多，產(chǎn)量也在逐年增加，去年的產(chǎn)銷量超過了1100臺，預計到2005年國內(nèi)小挖的年產(chǎn)量將達到3000臺以上。 在國內(nèi),人機工程學在工程機械(如裝載機、挖掘機等)駕駛室的設計和布置中得到了一定的應用，東北大學的黃英，張以枕2000年發(fā)表的《人機工程學在工程機械司機室布置與設計中的應用研究》，已經(jīng)將車身設計中的人體布置加以應用到了工程機械中，研究了如何以駕

12、駛員為中心，用人機工程學的原理進行司機室內(nèi)座椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等室內(nèi)設施的布置。東北大學的楊英、張國忠、馮麗敏發(fā)表的《用因子分析法確定工程機械駕駛室尺寸綜合因子G》，以多元統(tǒng)計分析理論為依據(jù)，采用因子分析技術對工程機械駕駛室內(nèi)部尺寸的測量值進行分析處理，建立因子模型，最終找出各尺寸變量對手伸及界面影響的駕駛室尺寸綜合因子G及其得分公式，以此作為工程車輛駕駛室內(nèi)操作部件舒適性設計的理論依據(jù)和現(xiàn)有駕駛室內(nèi)布置是否合理的一個標準。吉林大學黃建兵的碩士學位論文《人機工程學在工程機械駕駛室布置設計的應用研究》中詳細的論述了人體模型在工程機械駕駛室布置中的作用，并將汽車車身設計方法和理論

13、應用到工程機械中。福州大學朱燕輝的碩士學位論文《裝載機駕駛室人機界面設計研究》中系統(tǒng)的闡述了裝載機駕駛室中駕駛員視野性能校核、操作裝置人機設計、駕駛室作業(yè)空間設計等內(nèi)容，并應用模糊評價理論對裝載機駕駛室人機界面進行了綜合評價。福州大學朱輝碩士學位論文《裝載機駕駛室人機工程設計方法研究》中對駕駛室人機工程設計方法做了詳細的論述。在對駕駛室進行人機工程設計時，一般以中國標準化與信息分類編碼研究所提供的人體尺度的百分位值為標準，根據(jù)“去兩頭”原則以5％和95％百分位的人體尺度值來制作代表最小和最大身材的人體模型，以駕駛員為中心，用人機工程學相關原理進行駕駛室內(nèi)座椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等

14、室內(nèi)設施的布置。這樣可以使設計出的駕駛室滿足90％司機的需要，同時也使駕駛室的布置與設計有規(guī)律可循。國內(nèi)關于人機工程的標準的制定起步較晚，但也做了一些工作，如：對人體模型的測量統(tǒng)計和分析，公布了中國成年人人體尺寸標GBl0000-88，目前工程機械設計主要參照383683-84《工程機械操縱的舒適區(qū)域與可及范圍》進行設計，這些對中國人機工程的應用研究起到了一些推動作用。對駕駛室的頂窗以及駕駛室的前窗視野問題一直是國內(nèi)研究的重點對象，根據(jù)人機工程學的各方面的規(guī)定及要求進行不斷的改進。 1.3 設計的目的意義及主要內(nèi)容 1.3.1 設計的目的與意義 國際上，汽車在開發(fā)設計上己經(jīng)成熟地應用

15、了人機工程學的理論和方法，遵照比較全面和規(guī)范的設計標準合理地進行設計工作，比如SAE(美國汽車工程師學會標準)，IS0(國際標準)，JIS（日本工業(yè)標準)以及GB(中國國家標準)都有關于轎車、載重卡車等機動車的有關操作空間、視野、儀表、布置、駕駛員位置等非常全面的設計標準，給開發(fā)設計帶來極大的方便。然而，在挖掘機行業(yè)中，由于國際大公司的行業(yè)壟斷與技術封鎖，只有世界上一些大型的公司才對該項目進行研究，而且不對外發(fā)布其成果與標準。這嚴重的影響了中國挖掘機行業(yè)的發(fā)展和崛起。 同時由于中國在挖掘機行業(yè)和人機工程學的研究方面落后于西方等先進工業(yè)國，目前國內(nèi)尚無比較完整的挖掘機駕駛室研究設計的相關標準作

16、為參考，本課題基于此，將人機工程學的理論應用到挖掘機駕駛室的外部造型設計、前窗頂蓋總成設計和舒適性研究中去。 因此，本課題具有以下目的意義: (l) 提高和促進了國內(nèi)人機工程學的應用研究與擴展使用領域; (2) 將成熟的汽車設計方法應用于挖掘機駕駛室的設計中，使國產(chǎn)挖掘機駕駛室的操作舒適度和安全性從技術上得到改進，提高了挖掘作業(yè)的工作效率; (3) 對改進和完善目前國內(nèi)現(xiàn)有的挖掘機駕駛室設計標準有一定的幫助，為加快國內(nèi)挖掘機駕駛室行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎; (4) 系統(tǒng)的介紹了挖掘機駕駛室的設計任務和方法，對提高工作效率，改進的落后設計手段具有一定的幫助; 1.3.2 設計的主要內(nèi)容

17、 本設計主要結合人機工程學原理，利用CATIA軟件，對小型挖掘機的外部造型進行改造設計，并對其前窗及頂蓋的總成進行設計，具體內(nèi)容如下： （1）對挖掘機駕駛室在CATIA環(huán)境下進行內(nèi)外部造型設計和總體設計，主要對駕駛室設計中的各個方面提出總體設計要求，明確設計目標（即上述待解決的問題）?？偟膩碚f，就是要求所設計的駕駛室安全、舒適、外形美觀、結構合理、操作方便、符合人機工程學原理； （2）對駕駛室前窗頂窗進行改進，以求達到完美的視覺要求及改進，并在軟件模擬情況下調(diào)整窗戶角度以及其透明度，盡量讓駕駛員有個舒適的視野范圍； （3）對小型挖掘機駕駛室進行人機工程設計，主要包括人機工程學相關理論的

18、研究，H點的優(yōu)化，駕駛室視野性能研究，眼橢圓、手伸及界面、儀表及儀表板布置設計，座椅界面設計，操作裝置的布置與設計，駕駛室作業(yè)空間設計。 1.4 本章小結 本章闡述了人機工程學的發(fā)展，以及其在駕駛室設計中的作用，并交代了論文設計的內(nèi)容，以及此設計的意義。 第二章 小型挖掘機的駕駛室內(nèi)外部總體設計 2.1 現(xiàn)代挖掘機駕駛室設計存在的問題及要求 2.1.1 國產(chǎn)挖掘機駕駛室存在的問題 目前國外挖掘機駕駛室不再是僅具有遮風擋雨的功能，而是普遍采用人機工程學原理設計。與國外挖掘機駕駛室相比，國產(chǎn)挖掘機的駕駛室普遍顯得粗糙、簡陋，并且在使用過程中暴露出不少問題。主要表現(xiàn)為:

19、 (l) 內(nèi)部布置不符合人機工程學要求。由于監(jiān)控儀表臺體積過大，妨礙了駕駛員座椅的調(diào)節(jié)，造成下視能力不足。挖深溝作業(yè)時，駕駛員只好半蹲著進行操作，不僅降低了工效，而且增加了駕駛員的勞動強度。此外，一部分手柄、按鈕的布置不當，也給駕駛員的操作帶來許多不便; (2) 密封性差。外部的雜物、灰塵和雨水等容易進人駕駛室，影響了儀器儀表的正常工作; (3) 駕駛室的減振性能不高，駕駛室內(nèi)振動較大; (4) 駕駛室結構不具備足夠的剛度和強度; (5) 隔音效果不好，室內(nèi)噪聲高，舒適性較差; (6) 制冷空調(diào)性能較差; (7) 外觀造型較差，表面質(zhì)量不好，接合處粗糙。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和人類

20、生活質(zhì)量的不斷提高，挖掘機駕駛室的設計呈現(xiàn)出以下幾個趨勢:①人性化?！耙匀藶楸尽?，是挖掘機駕駛室設計的基本要求，建筑工程作業(yè)量大，要提高駕駛員的工作效率就必須減少駕駛疲勞，所以對于挖掘機駕駛室的設計，無論從技術到外形，都將不斷訴求更為“人性化”的設計。②智能化。挖掘機將伴隨著先進的技術而不斷更新?lián)Q代，操作更簡單易學、更自動化、更安全可靠。③與先進的材料技術相結合。新材料與新技術為設計提供了更大的創(chuàng)新余地。④綠色、環(huán)保設計。綠色設計思想在現(xiàn)代設計中不斷延續(xù)，能源、噪音、振動、排放物都將是我們設計中必須考慮的環(huán)境因素。 2.1.2 現(xiàn)代挖掘機駕駛室的總體設計要求 駕駛室是挖掘機整機的重要組成

21、部分，其造型美和外觀美對整機的形象影響很大。在設計駕駛室時，首先要注意造型結構設計與功能設計之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在符合結構、使用和工藝要求的前提下，使外形給人以美觀協(xié)調(diào)的感覺;同時要注意整體性要求，即駕駛室與整機的整體觀念，注意整機的側向視覺效果和立面造型的協(xié)調(diào)，駕駛室與整機的外部輪廓應自然溝通成形;另外還要注意涂裝工藝和色彩設計符合美學的要求;最后還關系到駕駛員作業(yè)時的安全性和舒適性，以及疲勞度的減輕和工作效率的提高。因而駕駛室的設計在產(chǎn)品設計中占有重要地位。 現(xiàn)代挖掘機駕駛室的總體設計要求是: (l) 具備足夠的剛性和強度; (2) 具有保障駕駛員人身安全的結構形式或裝置，主要指防落物裝

22、置(FOPS)和防翻滾裝置(ROPS); (3) 駕駛室要視野開闊、美觀大方，具有一定的審美價值。比例、尺寸符合人機工程學及審美學要求; (4) 具有隔熱、減振及降噪功能; (5) 室內(nèi)應空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)。 總的來說，就是要求所設計的駕駛室安全、舒適、外形美觀、結構合理、操作方便、符合人機工程學原理等。 2.2 造型設計 挖掘機駕駛室的造型要求簡潔、協(xié)調(diào)統(tǒng)一、穩(wěn)重、美觀大方。傳統(tǒng)挖掘機駕駛室的外形線條主要是直線加棱角，由于直線形結構具有工藝簡單的特點，因而在我國早前得到廣泛的應用。但單純的直線線條不符合人們的審美要求，圓弧和曲面能體現(xiàn)自然美的特點。異型管彎曲成形的圓弧框架結

23、構，給人以線條流暢、自然、美觀的感覺。金屬薄板件壓延成形、模具成形、無骨架雙層板拼焊的圓弧，以及曲面流線造型，具有精美、流暢、自然等優(yōu)點。目前挖掘機駕駛室己由原來的直線棱角風格逐步演變到圓弧曲面流線形風格。 在比例與尺寸設計上，除滿足功能與結構需要外，應主要考慮人機因素，參照人機工程學與審美學進行選擇(可參考有關標準)。 2.3 剛性與強度設計 駕駛室屬薄板結構件，通常采用以下方法增加其剛性和強度。 (l) 箱形結構。駕駛室骨架的主要立柱、橫梁采用箱形斷面結構或方鋼； (2) 加強筋?？刹捎闷桨?、角鋼、槽鋼等多種加強形式； (3) 重疊。在受力大的薄板處焊貼一定厚度的鋼板；

24、 (4) 框架結構。薄板表面貼焊框架，如門框架，可有效地減少翹曲變鋼形； (5) 變形薄板。如駕駛室頂部采用沖壓成波浪形狀的薄板； 2.4 安全性設計 挖掘機的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，存在一定的危險性，有關部門對各種車輛事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析表明:在挖掘機車輛事故中，翻車事故占總事故的56.7%，落物事故占總事故的2.6%。由于挖掘機的質(zhì)量較大，翻車事故的致命傷害率極高。為防止其傾翻和落物對駕駛員的傷害，我們應設計防落物和防翻滾駕駛室，這對于產(chǎn)品適應市場需要，進入國際市場也具有重要意義。 目前國內(nèi)駕駛室保護裝置多采用在駕駛室外安裝一組柵欄結構，如圖2-2所示。這種結構在落物和傾翻時對駕駛員具有

25、很好的保護作用，但是這種柵欄結構由于安裝于駕駛室外部，對駕駛員的視線有很大的阻礙，不利于駕駛員的作業(yè)。 國際上通用的安全駕駛室是直接對駕駛室的立柱以及頂部進行安全性校核和設計，這樣設計出的駕駛室既能滿足強度要求又不對駕駛員的視線造成阻礙。 2.5 舒適性設計 駕駛室的舒適性設計是指采用適當?shù)难b置和措施來減輕、降低噪聲，暢通空氣，調(diào)節(jié)溫度。 2.5.1 色彩 色彩對人們心理、生理的作用是非常重要的，在設計中不可忽視。機械整體的色彩、操縱部位的色彩、信號的色彩以及工作場所的色彩都對人的心理和生理產(chǎn)生很大影響。色彩具有明顯的美觀特性，設計不當還能給人造成疲勞的感覺，因此在色彩設計中需注

26、意以下問題: (l) 挖掘機以動態(tài)的形式出現(xiàn)在不同的背景下，因此色彩的選擇要考慮經(jīng)常遇到的物體和背景，以期達到光學平衡，與背景顏色相互協(xié)調(diào); (2) 挖掘機在正常環(huán)境中作業(yè)時，車體應明顯清晰可見，而且不使視力緊張; (3) 外表涂成多種不同色調(diào)時，應設置分色鑲條，以方便工藝過程和防止鄰近色彩造成過度強烈的對比; (4) 充分理解色彩學中三原色與噴漆漆色調(diào)配中黃、藍、白、紅、黑五種主色的異同點。在噴漆漆色調(diào)配中，顏色在濕態(tài)下色淡，干后變濃; (5) 要考慮用戶所在地的環(huán)境因素，應根據(jù)不同的具體條件，決定冷暖色調(diào)的取舍。 2.5.2 降噪與減振 (l) 噪聲。噪聲會損害人體健康，引

27、起各種病癥，還能使人產(chǎn)生各種非正常的情緒，引起人們精神上的煩惱，造成工作效率降低，甚至造成操縱失誤，產(chǎn)生不良后果。噪聲還會掩蓋安全信號或機器的不正常聲響，導致事故。所以，設計產(chǎn)品時必須考慮降噪和防噪問題。 (2) 振動。人體是一個彈性系統(tǒng)，有自己的振動特性(以4～8Hz，10～12Hz，20～25Hz分別為第1，2，3階共振峰)。人的各個器官也有自己的共振頻率，例如眼睛的共振頻率為20～25Hz，頭為25～30Hz，手為30～40Hz，內(nèi)臟為5～8Hz，神經(jīng)為245～250Hz。振動會使人不舒適，降低人的視覺和操作效率，增多失誤，尤其發(fā)生共振時可能造成人體疾患。研制產(chǎn)品時，要通過測試檢查，并

28、在設備結構和元件上采用隔振、吸振和緩沖減振等裝置，避免達到生理臨界范圍的機械振動并將沖擊傳至人體。 駕駛室噪聲來源于動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和機體振動。降噪的主要措施是隔離吸收和減少共振。 ① 在結構上盡可能將駕駛室與發(fā)動機罩分離，以減少噪聲直接傳入; ② 駕駛室的密封性要好，室內(nèi)所有操縱桿件、手柄、踏板的開口處均加橡膠套密封，門框及玻璃周邊用柔軟而有彈性的密封條嵌套，以阻隔噪聲傳入，并緩沖門窗的振動; ③ 駕駛室板壁用薄鋼板組成夾層壁，中間填充吸收聲音和振動的材料，隔絕噪聲傳播，抑制機械噪聲傳遞和吸收噪聲。板壁內(nèi)面選用橡膠板、人造革或粗線織物作蒙皮，有利于隔聲、消聲和隔熱; ④ 采用中間

29、夾透明塑膠的雙層玻璃做門窗，提高隔聲效果，減小振動; ⑤ 駕駛室總成與車架之間采用彈性連接，達到緩沖和隔振的目的。減振橡膠墊塊如圖2-3所示。駕駛室相對機體振動時，橡膠墊塊承受垂直方向和水平方向的沖擊載荷，從結構上起到彈性隔振作用。 2.5.3 通風與溫度調(diào)節(jié) 客觀標準的舒適溫度是生理學和醫(yī)學上認為對于人體最適宜的溫度:工作時為19～21℃，休息時為25～29℃，標準溫度為21～30℃。在“工作溫度”下，操作者可以安全、健康、有效地工作，故又稱為“允許溫度”。 駕駛室應通風良好，溫度調(diào)節(jié)簡便。全封閉駕駛室室內(nèi)外空氣隔絕，必須安裝通風裝置，保持室內(nèi)空氣的新鮮，安裝空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室

30、內(nèi)溫度。 2.6 CATIA在外部造型中的應用 2.6.1駕駛室的整體設計 在整體設計時，采用傳統(tǒng)的上窄下寬的塔式結構來體現(xiàn)工程車的穩(wěn)重大方的視覺感。在連接面得處理上采用圓弧過渡，與常見的挖掘機駕駛室相比，圖2-4的整體感覺是小巧、緊湊。此外，在比例的選擇上以均方根、整數(shù)、黃金分割比例為主：顏色以純度低、明度高的黃色為主 圖2-4 駕駛室整體示意圖 2.6.2前圍及前風窗的設計 前圍是駕駛室的正面，因而在整個駕駛室的設計過程中顯得尤為重要。以往由于直線條在結構工藝上簡單、成本低的特點而一直被廣泛使用在工程機械上，然而從審美的角度看，過渡面及曲面的使用已成為趨勢，甚至在國際上出現(xiàn)

31、了流線型風格的挖掘機。在進行該部分的設計時強調(diào)復雜以與整體的簡潔形成對比：整個駕駛室以平直面為主，駕駛室的前窗采用Loft全面設計，而前圍由Sweep得到，這樣雖然會增加成本，但是與傳統(tǒng)的挖掘機駕駛室的平直多立柱的前臉相比，不僅美觀大方、體現(xiàn)出變化與統(tǒng)一、局部與整體的協(xié)調(diào)，而且也提高了作業(yè)人員的視野，因而有著重要的意義。 為防止在正常工況下駕駛室與運動構建發(fā)生干涉，需要在駕駛室的前部兩側（圖中圓圈位置）倒角，相對于駕駛室整體的謹慎的平直線條，我們在改位置使用夸張的球面Sphere來過渡，以與駕駛室整體的穩(wěn)重感形成對比。相對于倒角而言，球形面更顯得活潑、夸張。 2.6.3側窗及側門的布置與設

32、計 為突出處挺拔穩(wěn)重之感，駕駛室的側面與垂直方向有傾角。側窗及側門的布置應考慮加工工藝性及前后立柱的強度，太靠前或靠后都會影響駕駛室的強度，車門的大小以便于人員出入為準。車門與車窗的形狀常用的有兩種，斜式和直式。在前窗使用大曲面設計的情況下，當擋風玻璃的曲率變化較大時，即類似于轎車的A柱，這時應采用斜式設計，從而讓前部的曲面與側面的平面設計在前立柱位置形成良好的過渡。而在玻璃曲率變化平緩的時候，采用直立柱即能較好的實現(xiàn)面面之間的過渡，同事相對于斜式設計還能夠簡化制造工藝，降低車門制造的成本。 車門在另一側面，其大小、位置的確定應盡量與車門一致，形狀方案的確定依賴于車門的選擇。

33、在車窗的下部有散熱裝置，所以在車窗的尺寸，尤其是高度方向尺寸確定時，要考慮下面散熱裝置的大小，做到合理布置。確定窗框?qū)挾葧r，應在保證駕駛室防滾翻功能的前提下，盡量減少寬度，以擴大駕駛員的視野，提高作業(yè)安全性，使駕駛室與整體對比協(xié)調(diào)、輕巧。 2.6.4后圍及后風窗的設計 后圍設計是，分上下兩部分：與機罩想連接的后圍下部為垂直平面設計，同時為容納和布置發(fā)動機等部件，平面要作適當?shù)膬?nèi)凹；機罩以上的后圍是一個與垂直方向有一傾角的平面，與下半部分有圓弧過渡。后圍與側面之間采用圓柱面過渡，可以提高駕駛員對后方的視野，因為這樣一來后窗的兩邊緣處就是柱面了。 后風窗設計時實際上市將整個未經(jīng)切割處理的后圍

34、曲面劃分成兩塊，一塊即是后圍，另一塊曲面作Offset操作后就得到了后窗的整個玻璃面。于此類推，前風窗、門窗及側窗的玻璃面的設計亦是如此。 2.6.5頂蓋的設計 設計頂蓋時，其曲面構成有兩種方法：一是曲率變化均勻的曲面設計，可以改變傳統(tǒng)駕駛室平直面給人美觀上的不足，但該曲面不宜曲率太大，否則會有失工程機械的大方穩(wěn)重。然而這種方法單一曲率變化的曲面給人感覺呆板；二是增加工藝筋的設計，就能實現(xiàn)靜中有動，使人感覺到活潑的氣息，從而體現(xiàn)了活動與靜止的造型設計思想。 此外在駕駛室頂蓋的布置時還應考慮是否要外延，考慮工程車輛的作業(yè)環(huán)境，外延的車頂蓋結合引水槽的使用可以減少車頂?shù)姆e壓雨水對車窗玻璃的沖

35、刷，提高陰雨天氣的作業(yè)能力。注意引水槽應在各立柱的相應位置。 2.6.6 駕駛室附件的設計 扶手是為了便于駕駛員的上下方便，因而其布置應保證安全性，給人以充分的活動空間，其布置如圖2-5 ，燈與后視鏡一般都市系列化的產(chǎn)品，在選擇時主要考慮何種類型的產(chǎn)品與整體相一致，以及對他們?nèi)绾芜M行布置。在工程車的駕駛室上都不宜使用圓形燈具，常以矩形或近似矩形的燈具居多，其布置視燈具與整體的尺寸而定，由于該駕駛室小巧的特點，因而燈具被布置在頂蓋的四個角上且偏外一點，否則會因燈距過小而給人以生拼硬湊之感，失去協(xié)調(diào)性。最終建立好的駕駛室模型如圖6-2所示。 圖2-5 利用CATIA建立的挖掘機駕駛室外

36、部造型 2.7 本章小結 本章闡述了小型挖掘機駕駛室外部總體設計的設計要求以及其設計步驟，對其外部造型中的各個部件所需設計內(nèi)容進行了詳細的描述，并介紹了三維繪圖軟件CATIA在這方面的應用，通過模型直觀的給出了駕駛室的整體建模。 第三章 小型挖掘機駕駛室頂蓋與前窗總成設計 3.1 頂蓋與前窗總成設計的依據(jù)思想 對駕駛室前窗頂蓋進行改進，以求達到完美的視覺要求，闡述前窗與頂蓋的設計要點，解決當前設計所帶來的缺陷；并在軟件模擬情況下調(diào)整窗戶角度以及其透明度，盡量讓駕駛員有個舒適的視野范圍。 3.2活動前窗機構的設計要點 3.2.1駕駛室前窗的機構形式 挖掘機駕駛

37、室通常設計成可開啟的活動窗，可開啟的活動窗主要有純導軌式（雙滑塊機構）和連桿式（擺桿滑塊機構見圖3-1）兩種結構形式。連桿式活動窗較導軌式活動窗具有開窗運行平穩(wěn)，開窗動作舒適等優(yōu)點，高端品牌小型挖掘機大多選用連桿式活動前窗。 活動前窗設計中需注意如下問題：由于機構參數(shù)較多，參數(shù)相互關聯(lián)，設計中需系統(tǒng)考慮參數(shù)設置，活動窗在運動過程中容易出現(xiàn)卡死或滑移不暢；制造或裝配誤差導致關鍵點位置或運動軌跡產(chǎn)生大 圖3-1 連桿式活動前窗示意圖 的偏移。 其CATIA三維圖如圖3-2所示： 圖3-2 CATIA三維建模示意圖 3.2.2機構參數(shù)的設定方法 挖

38、掘機駕駛室活動前窗設計的基本要求是開啟、關閉過程動作舒適，在關閉、開啟位置可以鎖定，密封效果好（防水），滿足人際工程學，可靠耐用等。設計的目標是最大化滿足各性能指標。僅僅憑這些模糊的要求或目標無法確定機構中的各個參數(shù)。本文采用根據(jù)設計參數(shù)重要程序進行排序（見表3-1），按重要、次重要至不重要先后順序確定各個參數(shù)的方法。 表3-1 參數(shù)重要性排名 令 ，可知：，由各點的幾何關系可得到如下方程： 按照順序，窗戶的初始位置和最終位置最先確定，即已知a(0,0),a′(xa′,ya′),玻璃初始角θ1，最終角度θ2；需確定的量為o（xo,yo）、lak、lap及l(fā)op,將式（2）、（3）

39、、（4）、（5）代入式（1），可以得方程中未知量為x0、y0、φ、lkp共4個未知參數(shù)，方程要唯一解需再確 圖3-3 kp長度和ak長度之間的關系 定其他三個參數(shù)。按排序表，再依次設定轉(zhuǎn)軸位置o（x0，y0）、kp長度，ak長度。 至此，活動前窗機構參數(shù)完全確定，后續(xù)設計中根據(jù)實際情況進行微調(diào)即可。可駕駛θ1=85，θ2=7.5，o（270,995），a′（105,875），通過計算可得kp長度隨ak長度增加而減少，kp長度和ak長度關系如圖3-3。 3.2.3活動前窗設計關鍵問題分析及解決 1. 密封膠條

40、關窗回彈 活動窗滑移系統(tǒng)設計不當容易引起下端密封橡膠（見圖3-1）回彈，即密封橡膠在向下運動接觸下部玻璃后折回向上運動?；顒哟懊芊庀鹉z回彈影響密封橡膠和下部玻璃的密封性能，應盡量避免或控制在可接受范圍以內(nèi)。 有機構理論可知，如p點運動軌跡與下端導軌軌跡延長線相交（圖3-4中處于關閉位置時，p點在下端導軌軌跡延長線左側， 圖3-4 活動窗機構及參數(shù)示意圖 則密封橡膠關窗會產(chǎn)生回彈。理論上減輕或避免回彈有如下3種方法：（1）適當增加lap長度，由圖3可得，lap減少，在圖3-2中即p點向右下移動；（2）將下端導軌往p點左方適當傾斜；（3）o點位置前移，則p點下移，可以減輕或避免

41、回彈。 2. 運動不暢及卡死 開啟、關閉運動順暢，力度適中是活動窗開發(fā)的基本要求，而運動不暢或卡死卻是活動窗最容易遇到的問題之一。 3. 氣彈簧的選擇 氣彈簧的作用是在活動窗開啟時提供開啟助力和關閉后提供適當?shù)膲壕o力。氣彈簧力度過大，則關閉過程中操作者提供的反作用力大；氣彈簧力度過小，則開啟過程中操作者提供的開啟力過大。氣彈簧的力度以保證活動窗開啟位置和關閉位置都有適當?shù)膲壕o力，且操作者開啟、閉合動作流暢、舒適。 設計因避免因受力不均導致窗框扭曲而卡死。采用單彈簧助力結構（活動窗僅一端有氣彈簧）需設計相應結構以平衡兩端受力；采用雙彈簧支撐結構（活動窗兩端各設置一個氣彈簧），除選擇合

42、適的彈簧外，還要求兩只氣彈簧參數(shù)相同，以保證兩個氣彈簧在同一時間的施力大小一致。同時，設計因盡量減輕活動窗重量并使活動窗兩端重量分布均衡，采用合適的結構增強窗框抗扭強度，以提高兩端受力均衡性。 4. 合理的結構布局 合理的結構可以充分提高各部件的效能，使整個機構性能達到最佳狀態(tài)。忽略機構自身重力，將前窗機構簡化成為圖3-5模型。 圖3-5 活動窗機構受力示意圖 假設該機構處于力平衡狀態(tài)，對于o點，由力矩平衡可以得到 由桿可以得到 由可得氣彈簧為克服摩擦力所需提供的力為： 可以得知，γ、φ角接近90度時，F(xiàn)為無窮大，氣彈簧無法提供足夠大的前窗開啟運動助力，在不提供

43、適合外力的情況下，前窗會出現(xiàn)卡死，設計中應避免γ角度接近90度。 3.2.4 誤差的影響及調(diào)整 產(chǎn)品在制造和裝配過程中不可避免地存在誤差。機構的安裝或制造誤差可能導致其他關鍵位置產(chǎn)生較大偏差。誤差引起的常見問題有：關窗位置密封橡膠和下端玻璃無法密封或產(chǎn)生干涉；開窗位置鎖定機構（圖3-1）位置產(chǎn)生較大的偏差，導致鎖孔無法對準鎖欣，甚至與內(nèi)飾干涉等。 忽略二階及二階以上導數(shù)的影響，由各參數(shù)誤差導致在關鍵點X方向和Y方向的總誤差可以表示為： 不同參數(shù)的相同誤差對關鍵點位置影響不同，對關鍵點位置影響大的尺寸應在設計和工裝上優(yōu)先保證。同時，設計中要充分考慮誤差的后續(xù)補償，對夾具無法保證的尺

44、寸通過設計腰形孔等方式方便后續(xù)調(diào)節(jié)。 3.3 頂窗蓋的設計以及對頂窗漏水的解決方法 3.3.1 頂窗蓋的設計 目前，國內(nèi)大多數(shù)小型挖掘機的車內(nèi)通風都采用頂窗，而這些頂窗主要由鋼板沖壓和鋼材經(jīng)過機械加工制成，所以重量大、成本高、制作困難、表面精度差以及易腐蝕，同時，安裝也困難.隨著挖掘機水平的提高，這種頂窗顯得檔次低，與車內(nèi)裝飾不協(xié)調(diào)，因而有些廠家為了提高客車的檔次，采用換氣扇來替代頂窗。但經(jīng)過實際使用證明，換氣扇的通風能力遠遠不能滿足車內(nèi)通風需要，而且價格又高，因此，各廠家都迫切需要一種檔次高又經(jīng)濟實用的頂窗。為此，我們設計了一套頂窗總成，該頂窗主要采用工程

45、塑料和玻璃鋼，它具有重量輕、檔次高、通風性能好、成本低及安裝方便等特點。 圖3-5所示為該頂窗裝置頂窗蓋的剖視圖： 圖3-5 頂窗蓋剖面圖 由于總成結構較復雜，所以具體細節(jié)部分未詳細繪出。它由主框、內(nèi)框、把手、頂蓋、彈簧片及密封條等組成。主框是由ABs工程塑料整體注塑成形，在其上制有支承銷，內(nèi)框是由鋁合金擠壓型材加工而成，兩個把手為注塑件，頂窗蓋為玻璃鋼件，它通過自攻螺釘與把手相連接。彈簧片的一端連著把手，另一端與支承銷相連接。開窗時，推動把手，通過彈簧片的變形，把頂窗蓋頂起。內(nèi)框通過螺釘和主框連接，并互相夾緊在頂蓋上。主框外沿與頂蓋外蒙皮接觸部分采用密封膠密封，以防水流入車內(nèi)。這種

46、頂窗前后、左右均可開啟，結構簡單，安裝方便，在駕駛室內(nèi)可見的頂窗蓋部分、內(nèi)框、主框及把手等表面精度高、顏色鮮艷以及造型美觀. 這種頂窗的設計適應我國目前小型挖掘機駕駛室的發(fā)展水平，是一種實用和美觀的挖掘機駕駛室配件，它的應用和推廣，必將促進我國客車內(nèi)飾件水平向更高的層次發(fā)展. 3.3.2 頂窗蓋漏水的設計解決方法 駕駛室雨天漏水是一個較為普遍而且難以徹底解決的問題，尤以頂窗漏水最為嚴重。特別是南方雨季，駕駛員反映較為強烈。要解決好這個問題，必須全面分析有關部位的結構，找出存在的缺陷，提出改進措施，在設計這一步驟上盡量減少頂窗蓋漏水的發(fā)生。 目前多數(shù)挖掘機駕駛室廠家所采用的頂窗結構(見

47、圖3-6)，框形頂窗座1是用螺釘3固定在定型橡皮5、玻璃鋼頂棚6和槽形骨架7上的。橡皮形狀與頂窗座底面相同，橡皮上下面涂厚白漆，以增加其密封作用。框形頂窗座上罩著頂窗蓋，蓋與座之間以鉸鏈聯(lián)接，可使蓋單面開啟。 圖3-6 頂窗蓋結構示意圖 頂窗常見漏水原因如下: 1. 頂窗骨架下陷 當受到人為的關窗沖擊力和把手拉力作用，使頂窗骨架下陷時，頂窗總成就處于頂棚的凹陷處。每當下雨，頂窗周圍會有很多積水，頂窗座就浸在水中，水通過頂窗與頂棚間的微小縫隙滲入車內(nèi)。這些微小縫隙存在于螺釘與螺釘孔之間、座與橡皮之間、橡皮與頂棚之間，特別是淋水時間一長，就會有一些水滲進車中。 同樣，當頂窗周圍積水時

48、，在挖掘機制動或加速情況下，積水在慣性力作用下，也會沖過頂窗座折邊落人駕駛室內(nèi)。這種情況的進水量多，呈斷續(xù)狀態(tài)。 2.裝配質(zhì)量不良 由于裝配人員技術水平不高或責任心差，可導致頂窗座的螺釘間距過大、螺釘孔徑過大、螺釘之間產(chǎn)生“拱起”現(xiàn)象，這些因素均會造成頂窗漏水。在裝配頂窗時，操作工人習慣按環(huán)形順序緊固座上的螺釘，這也會導致緊固不嚴。正如緊固發(fā)動機蓋螺栓那樣，如果不按規(guī)定順序作業(yè)，就容易引起發(fā)動機漏氣。同樣，緊固頂窗螺釘順序不對，也會破壞其密封性能。 解決頂窗座“拱起”的方法是:從頂窗座前后邊的中點向兩側緊固螺釘，前后邊要逐漸緊固，使螺釘之間的座邊不受擠壓。 3.頂窗蓋變形 有時，由于

49、加工制造等原因使頂窗蓋出現(xiàn)一邊較高而另一邊較低的情形。這種蓋裝車后，不可能蓋嚴整個頂窗，雨水會從蓋不嚴之處吹刮入車中。解決方法是換上合格的頂窗蓋。 4.其它原因 還有一些其它造成頂窗漏水的原因，如厚白漆太稀、座折邊過小、螺釘松脫等。這些情形，可根據(jù)實際狀況采取相應措施。 3.4 本章小結 本章就小型挖掘機駕駛室活動前窗的設計要頂進行了說明，并對前窗設計所應用的數(shù)據(jù)進行了計算，得出了活動前窗在設計是要注意的內(nèi)容；且描述了駕駛室目前改進的頂蓋窗的構建結構，對頂蓋窗所一直來的漏水的最大問題提出了解決的法案。 第四章 小型挖掘機駕駛室的人機視野設計 4.1 人

50、機工程學基礎 4.1.1 H點定義及應用 H點是指二維人體樣板上的軀千線與大腿中心線的交點，如圖4-1所示;實際H點是指當H點人體模型放置在座椅上時，人體模型上左右兩H點連接線的中點;座椅參考點(SgRP)是指座椅上的一個設計參考點，它是制造廠規(guī)定的設計基準點。它表征當95百分位的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時，實際H點應與座椅參考點重合;設計H點是駕駛室布置設計的基準點，它采用前后兩點H點的設計方法。最前設計H點表示第5百分位的女子人體模型在最前位置時的胯點，最后設計H點表示第95百分位的男子人體模型在最后位置時的胯點。 圖4-1 H點位置圖 駕駛室布置設計中所提出的性能要求，如

51、乘坐舒適性、視野性、操縱方便性、手伸及性、上下車方便性等都與H點緊密相關，H點在駕駛室布置中占有極重的地位，H點的選取直接影響駕駛室的總體布局性能。 4.1.2 眼橢圓定義及應用 眼橢圓是指不同身材的駕駛員按自己的意愿將座椅調(diào)整到適意的位置，以正常駕駛姿勢在座椅中時，眼睛位置的二維正態(tài)分布圖形。由于這種圖形呈橢圓狀，因此被稱為駕駛員眼橢圓。圖4-2為三維“眼橢圓”的形狀。 圖4-2 三維眼橢圓形狀圖 眼橢圓為研究駕駛員的視野性能提供了科學的視野基準。與視野有關的設計和結構以眼橢圓為依據(jù)，一般應用于以下幾個方面:①視野設計和校核;②儀表板的定位;③盲區(qū)的校核。 4.1.3 人體

52、模型定義及應用 以人體參數(shù)為基礎建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學特征的 a） 二維桿系人體模型 b）三維人體模型 圖4-3 人體模型示意圖 有效工具，是研究、分析、設計、評價、試驗人機系統(tǒng)不可缺少的重要輔助手段。人體模型的應用與建立，在國內(nèi)外有很多研究。圖4-3所示為二維桿系人體模型和UG工程軟件下的三維人體模型示意圖。 在駕駛室設計中，人體模型是一種重要的輔助設計手段，它既可以表現(xiàn)設計的結果，也可以用來調(diào)整設計，以確定最終設計的尺寸。人體模型在駕駛室布置中主要有以下幾個方而的應用: (l)可用人體模型進行乘坐舒適性檢驗，如腳踏板，座椅，儀

53、表等布置的合理性; (2)可用二維人體模型來校核駕駛員的視野性，手伸及性能等; (3)可用數(shù)字三維人體模型對駕駛室的空間設計進行檢查、校核等。 4.1.4 手伸及界面定義及應用 駕駛員的手伸及界面是指以正常的駕駛姿態(tài)坐在駕駛座椅中，身系安全帶，一手握住方向盤時另一只手所能伸及的最大空間。實驗結果表明，駕駛員的手伸及界面是一形如橢球的封閉曲而，因此也稱為手伸橢球。圖4-4為UG工程軟件下手伸及界面示意圖。 a）正視圖 b）俯視圖 圖4-4 人體模型示意圖 駕駛員的手伸及界面在是駕駛室布局中一個重要的參數(shù)和指標，操縱裝置、儀表盤、手柄等

54、內(nèi)飾件的布置都必須以駕駛員的手伸及界面為參考。 4.2 小挖駕駛室視野性能研究 在小型挖掘機作業(yè)過程中，不斷循環(huán)著挖掘、轉(zhuǎn)斗、抬臂、轉(zhuǎn)向、卸料等過程來實現(xiàn)其挖掘作業(yè)功能，這些動作之間的配合在不同的工況之下有很大的差別，因此這要求駕駛員具備快速反映的思維和敏捷的反映速度。外界條件對駕駛員信息的獲取有著直接的影響，視覺信息又是獲取外界信息的重要途徑，因此我們有必要對駕駛室的視野性能進行研究和分析。 4.2.1 駕駛室視野的設計要求 在小挖駕駛室中，影響駕駛員視野的主要因素有:前風窗大小、刮水器作用面積的大小、后視鏡的視角、后風窗玻璃的大小等。因作業(yè)需要，在前風窗玻璃的垂直方向上，要求有

55、大的俯視角α和大的仰視角β，如圖4-5所示，仰視角是指前風窗的上邊緣和眼橢圓上緣的切線與水平線的夾角，俯視角是指在側視圖中前風窗的下邊緣和眼橢圓下緣的切線與水平線的夾角。一般情況下，目標越接近直前視線就越容易看清楚，駕駛員不必轉(zhuǎn)動眼睛和頭部就能看清目標。但小型挖掘機要求有大的仰視角和俯視角，難以滿足上面的要求。因此，需對前方視野進行設計和校核，以滿足駕駛員視野舒適性的要求，減少駕駛員的疲勞，保證作業(yè)安全。 圖4-5 小型挖掘機駕駛室視野圖 4.2.2 眼橢圓中心在駕駛室中的定位 要確定駕駛室能否滿足駕駛員的視野性能要求，首先必須確定出駕駛員的眼睛在駕駛室中所處的位置，即駕駛員的眼橢

56、圓中心在駕駛室中的位置。由于國內(nèi)目前尚未制定相關的標準，因此采用美國SAE標準中的相關尺寸和公式對駕駛員眼橢圓中心進行位置的確定。 (1)確定H點的位置，找出座椅的相關參數(shù)。(未注尺寸單位均為mm) ①座椅前后移動量L23; ②靠背傾角A40。 (2)確定 SgRP(座椅參考點，如圖4-6所示)。 設SgRp點的坐標為(L31、W20、H70)，H點的坐標為(XH、YH、ZH)，其中L31、W20、H70等都是SAE標準中規(guī)定的尺寸符號。水平偏移量為S，垂直偏移量為R，則有: L31=XH+S; W20=YH; H70=ZH-R; 取S=210mm，R=6Omm，代入上式求解

57、SgRP點的坐標。 圖4-6 第95百分位眼橢圓位置圖 (3)確定參考點(ATRP)的位置。 一般情況下ATRP位于水平行程L23的中點或由SgRP點的坐標來確定，即: (4)確定左右眼橢圓中心位置。 (5)根據(jù)L23，選取眼橢圓的尺寸。 表4-1 三維眼橢圓的軸長 表4-2 小挖眼點的發(fā)散角度 確定小型挖掘機座椅的前后水平調(diào)節(jié)量L23，即H點的行程。然后按表4-1的尺寸來確定眼橢圓的軸長。取第95百分位的眼橢圓軸長，即能滿足95%的駕駛員的視野要求。眼橢圓位置確定后，根據(jù)表4-2中的值分別作眼橢圓的上下左右四個切平面，

58、形成的范圍就是前方視野。 4.2.3 駕駛員前方視野的校核 挖掘機的前方視野主要有兩部分，平臺左右轉(zhuǎn)動的水平視野和工作裝置上下運動的垂直視野，但在作業(yè)過程中水平視野運動范圍較小，現(xiàn)代小挖一般均采用全玻窗駕駛室，故水平視野影響較小，可不予校核。影響挖掘機前方視野主要為垂直視野。在實際操縱中，駕駛員經(jīng)常查看鏟斗位置，故需對垂直視野進行校核。垂直視野的校核方法分為以下幾個步驟: (l)按上節(jié)中所述的方法在挖掘機駕駛室的正視圖上定出駕駛員眼橢圓的中心點，并畫出眼橢圓; (2)在眼橢圓正視圖上，找出與風窗玻璃下邊緣最遠的切點C，C點為左右眼的重合點: (3)頭部的轉(zhuǎn)動中心在兩瞳孔連線中點后方

59、98mm的第四頸椎上，距瞳孔高度115mm處。在圖中作出頭部轉(zhuǎn)動中心J和瞳孔的中點D; 圖4-7 小挖駕駛員垂直視野的校核示意圖 (4)作水平線CCO，并作直線CC1與CC0成15°角;如果目標在CCI1之外，需轉(zhuǎn)動頭部的角度為β，當頭部轉(zhuǎn)動時，代表頭部三角形CDJ繞J點隨之轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中兩眼視線CC0與CC1仍保持巧15°不變。當C點轉(zhuǎn)到新位置C′時，原來的視線變?yōu)镃′Cl′恰好對準目標; (5)此時C′Cl′便是兩眼向下轉(zhuǎn)動15°，同時頭部又轉(zhuǎn)動了β角后的新視線?？梢钥闯鲆暰€C′C1′在轉(zhuǎn)動時，始終與該時的頭部中心線的夾角Y為15°; (6)按上述方法分別確定出挖掘機駕

60、駛員在仰視和俯視時能看清目標物頭部需要轉(zhuǎn)動的角度β; (7) β值確定出來之后，可根據(jù)p值討論駕駛員垂直視野的合理性。 ① 當β≦30°時，目標落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15°后，頭部再自然轉(zhuǎn)動β角的舒適視野內(nèi)，此時視野是合理的; ② 當β≦50°時，目標落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15°后，頭部再勉強轉(zhuǎn)動β角的視野內(nèi)，此時視野有點勉強; ③ 當β＞50°時，目標落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15°后，頭部再勉強轉(zhuǎn)動β角的視野外，此時視野是不合理的。 通過做圖對國產(chǎn)某型號挖掘機駕駛室的垂直視野進行了校核，測得該駕駛室仰視時頭部轉(zhuǎn)動角為β=15°，俯視時頭部轉(zhuǎn)動角為β=29°，因此駕駛員在作業(yè)過程中，仰視和俯視時所需頭部

61、轉(zhuǎn)動角均小于30°，目標物均位于頭部和眼睛的自然轉(zhuǎn)動角范圍之內(nèi)，該挖掘機駕駛室前方視野合理。 4.3 本章小結 本章是為了就上章所設計的駕駛室前窗以及頂蓋窗的視野提供視野依據(jù)，并通過計算對視野所涉及的范圍進行了闡述，更好的解釋了第三章設計的要點是從何而來。為全文的結束做了很好的收尾。 第五章 畢業(yè)設計的總結與展望 5.1 畢業(yè)設計的總結 本論文結合國內(nèi)外人機工程設計的研究現(xiàn)狀，以小型挖掘機駕駛室為設計對象，對國產(chǎn)某型號小型挖掘機駕駛室外部造型與頂蓋前窗總成進行設計。通過這次設計，系統(tǒng)的學習了國內(nèi)外人機工程學在挖掘機駕駛室內(nèi)外部設計上的應用

62、，也進一步了解了CATIA在三維建模方面的強大與完美。 此設計我們對駕駛室的外部造型進行了從新布置，力求達到更好的視覺效果以及其舒適度，且對駕駛室的重要部件前窗，頂蓋的總成進行了再改進，盡量減少原來的設計中所缺乏的內(nèi)容。并對前窗滑塊機構設計時的要點進行了分析，對頂蓋的漏水這個最大問題提出了解決的方法，在最后對設計完好的前窗，頂蓋窗進行了視野的校核。得到了完整的數(shù)據(jù) 然而目前國內(nèi)對挖掘機駕駛室的深入研究還較少，相關的資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)更是缺乏，這使本課題的研究受到了一定的制約。而且挖掘機駕駛室是一個復雜的系統(tǒng)，它涉及到多學科的內(nèi)容，本文只針對駕駛室進行了初步設計。 5.1 畢業(yè)設計的展望

63、本論文對駕駛室的外部以及頂蓋前窗總成進行了再設計，然后目前國內(nèi)在這方面的研究還是很少，在以下方面還存在缺陷： （1）本文是就某一型號小型挖掘機的駕駛室進行了再設計，所以并不適合用于其它類型的型號，所以盡量對大多數(shù)小型挖掘機的駕駛室及頂蓋前窗進行設計 （2）上述論文當中只同過CATIA三位軟件進行了作圖，并沒有對其進行模擬分析，也沒有進行實物的研究，在日后的研究設計中應盡量從實物得出數(shù)據(jù)，同過數(shù)據(jù)來得出結論 （3）目前國內(nèi)對小型挖掘機的研究相較國外而言，落后太多，希望能引進外國的先進技術作為我們研究的依據(jù)。希望日后能克服這些問題。 參考文獻 [1]汽車車身制圖（QC/T490-200

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