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1、小型挖掘機(jī)駕駛室外部造型與頂蓋前窗總成設(shè)計 朱云云 第一章緒論 1.1 人機(jī)工程學(xué)概述 人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、 生理學(xué)和心理學(xué)等方面的 因素；研究人和機(jī)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(xué)科。人機(jī)工程學(xué)是本世紀(jì)五十年代 迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。它主要研究工程技術(shù)設(shè)計如何與人體尺寸、 生理 和心理特性相適應(yīng)的問題。人機(jī)工程學(xué)的最大特點(diǎn)是把人看成是系統(tǒng)中的一個組 成元素，以人為主體詳細(xì)分析人一機(jī)器一環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系， 使機(jī)器或者 設(shè)備適合人的生理和心理要求，以及其他因素，從而達(dá)到工作環(huán)境舒適安

2、全，操 作準(zhǔn)確、省力、簡便，減輕操作疲勞和提高工作效率。 1.1.1 人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展 人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷以下幾個階段：（一）機(jī)械發(fā)展初期。機(jī)械設(shè)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(jī)械改進(jìn)和重 新設(shè)計成為工程技術(shù)人員、生理學(xué)家和心理學(xué)者共同研究的課題。其特點(diǎn)是選擇 人和訓(xùn)練人，使它適應(yīng)于機(jī)器。（二）隨著工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的需要，機(jī)械種類不 斷增多，對機(jī)械的性能要求也越來越高， 機(jī)械的操作也相應(yīng)復(fù)雜起來，人們往往 難以掌握，這迫使工程技術(shù)人員在設(shè)計機(jī)械時考慮人的生理、心理特性與機(jī)器的 關(guān)系，使機(jī)械系統(tǒng)適應(yīng)人的操作，形成人機(jī)工程學(xué)。（三）工業(yè)技術(shù)特別是電子計

3、 算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展、各種高科技領(lǐng)域的突破以及自動化技術(shù)的發(fā)展， 促進(jìn)工業(yè)生 產(chǎn)發(fā)生了一系列變革。人與機(jī)器、環(huán)境之間的關(guān)系愈來愈復(fù)雜。系統(tǒng)研究人一機(jī) 器一環(huán)境的關(guān)系，以創(chuàng)造出最適合人工作的條件和環(huán)境， 使人機(jī)系統(tǒng)綜合效能達(dá) 到最高。這形成了現(xiàn)代人機(jī)工程學(xué)。 我國人機(jī)工程學(xué)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和198的國家軍 用人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)工程標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會的建立， 有力地推動了我國人機(jī)工程 學(xué)研究的發(fā)展。 1.1.2 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用 通過多年的研究和應(yīng)用，人機(jī)工程已發(fā)展成為一項獨(dú)特的應(yīng)用技術(shù)，即“人 一

4、系統(tǒng)接口技術(shù)”，以增強(qiáng)安全性、健康性和舒適性，提高工作效率，改善工作 質(zhì)量?！叭艘幌到y(tǒng)接口技術(shù)”己逐漸形成以下四個分支：①人 -機(jī)器接口技術(shù)。 研究人的生理和知覺特性，并將其相關(guān)成果應(yīng)用到操作、顯示與工作空間布局的 分析、設(shè)計和評價等過程中。②人一環(huán)境接口技術(shù)。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(qiáng)人的能力建模方面的生態(tài)學(xué) 研究。③人一軟件接口技術(shù)。研究人們獲取和加工信息的方式， 該技術(shù)應(yīng)用于設(shè) 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(shù)。前述三種接口技 術(shù)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(jī)工程層次上。

5、與此相反，人一系統(tǒng)接口中的人一組織接口技術(shù)更顯“宏觀”。 它在與系統(tǒng)中的人和技術(shù)相互作用時， 解決工作系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)問題。從概念上 講，它是一種自上而下的社會一技術(shù)系統(tǒng)方法。著重研究組織系統(tǒng)和工作系統(tǒng)的 設(shè)計及與此相關(guān)的人一機(jī)器、人一環(huán)境和人一軟件等多個接口的設(shè)計。隨著人們 對人一機(jī)器一環(huán)境之間關(guān)系的進(jìn)一步認(rèn)識， 以及對人體潛力和局限的研究，人機(jī) 工程學(xué)的應(yīng)用逐步走向了實用階段，特別是在航天飛行器安全設(shè)計、汽車設(shè)計、 家居環(huán)境設(shè)計、辦公室空間設(shè)計等方面，人機(jī)工程已經(jīng)成為設(shè)計是否成功的決定 因素。 1.2 人機(jī)工程學(xué)在挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計中的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 二十世紀(jì)八九十年代以來，小型工程機(jī)械

6、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(jī)在這些工程中為節(jié)省人力、 物力做出了較 大貢獻(xiàn)，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(jī)械。伴隨著小型挖掘機(jī) 市場的不斷擴(kuò)大和客戶需求，國內(nèi)外對小型挖掘機(jī)技術(shù)的研究也與日俱增。 經(jīng)過 三十年的不斷改進(jìn)和完善，小型挖掘機(jī)在技術(shù)性能、作業(yè)功能、作業(yè)效率、安全、 環(huán)保、節(jié)能和維護(hù)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(jī)駕駛室的外部造型及前窗與頂窗總成設(shè)計進(jìn)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

7、觸舒適、操作舒適、視野良好等等，這些都屬于人機(jī)工程學(xué)的研究范疇。 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 小型挖掘機(jī)（國外一般指整機(jī)質(zhì)量在）6t以下的液壓挖掘機(jī)，國內(nèi)把10t以 下的液壓挖掘機(jī)都稱為小型挖掘機(jī)，以下簡稱小挖）的生產(chǎn)始于上世紀(jì)70年代。 1985年以后，由于技術(shù)的進(jìn)步，這種產(chǎn)品得到了迅速的發(fā)展，技術(shù)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?公司。日本一個國家 在上世紀(jì)90年代初小挖的產(chǎn)量曾達(dá)到創(chuàng)紀(jì)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

8、等發(fā)達(dá)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(jī)的研究上，創(chuàng)新是 永恒的主題，在bauma 2004上展出的挖掘機(jī)中，大多數(shù)都融入了一些新理念。 包括新產(chǎn)品、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新方法等，這些新理念不同程度地推進(jìn)了小型挖 掘機(jī)技術(shù)的法杖，使得加工簡單，焊縫減少，強(qiáng)度增加、性能完善、成本降低、 維護(hù)方便、外形更加完美等。特別在駕駛室的改進(jìn)研究上，如NEUSO N 12003VIRIO;駕駛室大幅度側(cè)翻，利于維護(hù)，如NEUSON3703;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(shè)計更是 在國外得到了廣泛的應(yīng)用：駕駛室布置美觀，座椅舒適。上下前

9、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(jī)，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(cè)翻結(jié)構(gòu)已經(jīng)被很多大公司 作為標(biāo)準(zhǔn)配置采用。操作系統(tǒng)全部是液壓先導(dǎo)或電子控制， 大大減輕了操作者的 勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。目前國外對挖掘機(jī)駕駛室舒適性方面研究和發(fā)展已經(jīng)達(dá) 到了較高的水平，個別比較先進(jìn)的挖掘機(jī)具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^司，英國的杰西博（JCB）公司，瑞典的 沃爾沃（VOVOL訟司，日本的小松（KOMATSU）司、日立（HITACHI）公司等，這些 公司生產(chǎn)的履帶式液壓挖掘機(jī)，其駕駛室內(nèi)部的

10、設(shè)計從座椅到儀表盤、操縱桿、 腳踏板都非常人性化，其司機(jī)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(dá)到非常高的水平。這些公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)駕駛室不僅達(dá)到了人機(jī)布 置的科學(xué)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(jī)工程學(xué)在駕駛室的設(shè)計和布置中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)人機(jī) 工程學(xué)相關(guān)原理的要求，國外也制定了一系列的駕駛室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，供工程設(shè)計人 員參考，其中SAEJ口EE獎國際上被廣為采用的兩種標(biāo)準(zhǔn)，日本在這方面也制定了 自己的標(biāo)準(zhǔn)。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)生產(chǎn)小挖的最著

11、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(jī)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(jī)，1990年正式投產(chǎn)。產(chǎn)品以出口為主，現(xiàn)在已累計出口小挖 達(dá)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(dú)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(rèn)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(yù)計到2005年國內(nèi)小挖的年產(chǎn)量將達(dá)到 3000臺以上。 在國內(nèi)，人機(jī)工程學(xué)在工程機(jī)械（如裝載機(jī)、挖掘機(jī)等）駕駛室的設(shè)計和布置 中得到

12、了一定的應(yīng)用，東北大學(xué)的黃英，張以枕2000年發(fā)表的《人機(jī)工程學(xué)在工 程機(jī)械司機(jī)室布置與設(shè)計中的應(yīng)用研究》，已經(jīng)將車身設(shè)計中的人體布置加以應(yīng) 用到了工程機(jī)械中，研究了如何以駕駛員為中心，用人機(jī)工程學(xué)的原理進(jìn)行司機(jī) 室內(nèi)座椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等室內(nèi)設(shè)施的布置。東北大學(xué)的 楊英、張國忠、馮麗敏發(fā)表的《用因子分析法確定工程機(jī)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(shù)對工程機(jī)械駕駛室內(nèi)部尺寸 的測量值進(jìn)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GR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(shè)計的理論依據(jù)和現(xiàn)有

13、駕駛室內(nèi)布置是否合理的一個標(biāo)準(zhǔn)。 吉林大學(xué)黃建兵 的碩士學(xué)位論文《人機(jī)工程學(xué)在工程機(jī)械駕駛室布置設(shè)計的應(yīng)用研究》 中詳細(xì)的 論述了人體模型在工程機(jī)械駕駛室布置中的作用，并將汽車車身設(shè)計方法和理論 應(yīng)用到工程機(jī)械中。福州大學(xué)朱燕輝的碩士學(xué)位論文《裝載機(jī)駕駛室人機(jī)界面設(shè) 計研究》中系統(tǒng)的闡述了裝載機(jī)駕駛室中駕駛員視野性能校核、操作裝置人機(jī)設(shè) 計、駕駛室作業(yè)空間設(shè)計等內(nèi)容，并應(yīng)用模糊評價理論對裝載機(jī)駕駛室人機(jī)界面 進(jìn)行了綜合評價。福州大學(xué)朱輝碩士學(xué)位論文《裝載機(jī)駕駛室人機(jī)工程設(shè)計方法 研究》中對駕駛室人機(jī)工程設(shè)計方法做了詳細(xì)的論述。在對駕駛室進(jìn)行人機(jī)工程 設(shè)計時，一般以中國標(biāo)準(zhǔn)化與信息分類編碼

14、研究所提供的人體尺度的百分位值為 標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)工程學(xué)相關(guān)原理進(jìn)行駕駛室內(nèi)座 椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等室內(nèi)設(shè)施的布置。這樣可以使設(shè)計出 的駕駛室滿足90%司機(jī)的需要，同時也使駕駛室的布置與設(shè)計有規(guī)律可循。 國內(nèi) 關(guān)于人機(jī)工程的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)GB10000-88,目前工程機(jī)械設(shè)計主 要參照383683-84《工程機(jī)械操縱的舒適區(qū)域與可及范圍》進(jìn)行設(shè)計，這些對中 國人機(jī)工程的應(yīng)用研究起到了一些推動

15、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(diǎn)對象，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的各方面的規(guī)定及要求進(jìn) 行不斷的改進(jìn)。 1.3 設(shè)計的目的意義及主要內(nèi)容 1.3.1 設(shè)計的目的與意義 國際上，汽車在開發(fā)設(shè)計上己經(jīng)成熟地應(yīng)用了人機(jī)工程學(xué)的理論和方法， 遵 照比較全面和規(guī)范的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)合理地進(jìn)行設(shè)計工作，比如SAE慶國汽車工程師學(xué) 會標(biāo)準(zhǔn)），IS0（國際標(biāo)準(zhǔn)），JIS （日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）以及GB（中國國家標(biāo)準(zhǔn)）都有關(guān)于 轎車、載重卡車等機(jī)動車的有關(guān)操作空間、視野、儀表、布置、駕駛員位置等非 常全面的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，給開發(fā)設(shè)計帶來極大的方便。然而，在挖掘機(jī)行業(yè)中，由于 國際大公司的行業(yè)壟斷與技術(shù)

16、封鎖，只有世界上一些大型的公司才對該項目進(jìn)行 研究，而且不對外發(fā)布其成果與標(biāo)準(zhǔn)。這嚴(yán)重的影響了中國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展和 崛起。 同時由于中國在挖掘機(jī)行業(yè)和人機(jī)工程學(xué)的研究方面落后于西方等先進(jìn)工 業(yè)國，目前國內(nèi)尚無比較完整的挖掘機(jī)駕駛室研究設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為參考， 本 課題基于此，將人機(jī)工程學(xué)的理論應(yīng)用到挖掘機(jī)駕駛室的外部造型設(shè)計、 前窗頂 蓋總成設(shè)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(jìn)了國內(nèi)人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用研究與擴(kuò)展使用領(lǐng)域 ； (2)將成熟的汽車設(shè)計方法應(yīng)用于挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計中，使國產(chǎn)挖掘機(jī)駕 駛室的操作舒適度和安全性從技術(shù)上得到改進(jìn)，提高了挖掘作業(yè)

17、的工作效率 ； (3)對改進(jìn)和完善目前國內(nèi)現(xiàn)有的挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有一定的幫助， 為 加快國內(nèi)挖掘機(jī)駕駛室行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)； (4)系統(tǒng)的介紹了挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計任務(wù)和方法， 對提高工作效率，改進(jìn) 的落后設(shè)計手段具有一定的幫助； 1.3.2 設(shè)計的主要內(nèi)容 本設(shè)計主要結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，利用 CATIA軟件，對小型挖掘機(jī)的外部造 型進(jìn)行改造設(shè)計，并對其前窗及頂蓋的總成進(jìn)行設(shè)計，具體內(nèi)容如下： (1)對挖掘機(jī)駕駛室在CATIA環(huán)境下進(jìn)行內(nèi)外部造型設(shè)計和總體設(shè)計，主要 對駕駛室設(shè)計中的各個方面提出總體設(shè)計要求， 明確設(shè)計目標(biāo)(即上述待解決的 問題)?？偟膩碚f，就是要求所設(shè)計的

18、駕駛室安全、 舒適、外形美觀、結(jié)構(gòu)合理、 操作方便、符合人機(jī)工程學(xué)原理； (2)對駕駛室前窗頂窗進(jìn)行改進(jìn)，以求達(dá)到完美的視覺要求及改進(jìn)， 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(jī)駕駛室進(jìn)行人機(jī)工程設(shè)計，主要包括人機(jī)工程學(xué)相關(guān)理論 的研究，H點(diǎn)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(shè)計，座椅界面設(shè)計，操作裝置的布置與設(shè)計，駕駛室作業(yè)空間設(shè)計。 1.4 本章小結(jié) 本章闡述了人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展，以及其在駕駛室設(shè)計中的作用，并交代了 論文設(shè)計的內(nèi)容，以及此設(shè)計的意義。 第二章 小型挖掘機(jī)的駕駛室內(nèi)外部總體設(shè)計

19、 2.1 現(xiàn)代挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計存在的問題及要求 2.1.1 國產(chǎn)挖掘機(jī)駕駛室存在的問題 目前國外挖掘機(jī)駕駛室不再是僅具有遮風(fēng)擋雨的功能，而是普遍采用人機(jī)工 程學(xué)原理設(shè)計。與國外挖掘機(jī)駕駛室相比，國產(chǎn)挖掘機(jī)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 ： (l)內(nèi)部布置不符合人機(jī)工程學(xué)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(jìn)行操 作，不僅降低了工效，而且增加了駕駛員的勞動強(qiáng)度。止匕外，一部分手柄、按鈕 的布置不當(dāng)，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(jìn)

20、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(jié)構(gòu)不具備足夠的剛度和強(qiáng)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)展和人類生活質(zhì)量的不斷提高，挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計呈現(xiàn) 出以下幾個趨勢：①人性化。"以人為本‘，是挖掘機(jī)駕駛室設(shè)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(jī)駕駛室的設(shè)計，無論從技術(shù)到外形，都將不斷訴求更為“人性化”的設(shè)計。 ②智能化。挖掘機(jī)將伴隨著先進(jìn)的技術(shù)而不斷更新?lián)Q代，

21、 操作更簡單易學(xué)、更自 動化、更安全可靠。③與先進(jìn)的材料技術(shù)相結(jié)合。新材料與新技術(shù)為設(shè)計提供了 更大的創(chuàng)新余地。④綠色、環(huán)保設(shè)計。綠色設(shè)計思想在現(xiàn)代設(shè)計中不斷延續(xù)，能 源、噪音、振動、排放物都將是我們設(shè)計中必須考慮的環(huán)境因素。 2.1.2 現(xiàn)代挖掘機(jī)駕駛室的總體設(shè)計要求 駕駛室是挖掘機(jī)整機(jī)的重要組成部分，其造型美和外觀美對整機(jī)的形象影響 很大。在設(shè)計駕駛室時，首先要注意造型結(jié)構(gòu)設(shè)計與功能設(shè)計之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一， 在符合結(jié)構(gòu)、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(jī)的整體觀念，注意整機(jī)的側(cè)向視覺效果和立面 造型的協(xié)調(diào)，駕駛室與整機(jī)的外部輪廓

22、應(yīng)自然溝通成形；另外還要注意涂裝工藝 和色彩設(shè)計符合美學(xué)的要求；最后還關(guān)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(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中占有重要地 位。 現(xiàn)代挖掘機(jī)駕駛室白^總體設(shè)計要求是： (l)具備足夠的剛性和強(qiáng)度； (2)具有保障駕駛員人身安全的結(jié)構(gòu)形式或裝置，主要指防落物裝置(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(jī)工程學(xué)及審美學(xué)要求； (4)具有隔熱、減振及降噪功能； (5)室內(nèi)應(yīng)空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)。 總的來說，就是要求所設(shè)計的駕駛室安全、舒適、外形美觀、結(jié)構(gòu)

23、合理、操 作方便、符合人機(jī)工程學(xué)原理等。 2.2 造型設(shè)計 挖掘機(jī)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(jī)駕 駛室的外形線條主要是直線加棱角，由于直線形結(jié)構(gòu)具有工藝簡單的特點(diǎn)， 因而 在我國早前得到廣泛的應(yīng)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(diǎn)。異型管彎曲成形的圓弧框架結(jié)構(gòu)，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(diǎn)。目前挖掘機(jī)駕駛室己由原來 的直線棱角風(fēng)格逐步演變到圓弧曲面流線形風(fēng)格。 在比例與尺寸設(shè)計上，除滿足功能與結(jié)構(gòu)需要外，應(yīng)主要

24、考慮人機(jī)因素，參 照人機(jī)工程學(xué)與審美學(xué)進(jìn)行選擇(可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn))。 2.3 剛性與強(qiáng)度設(shè)計 駕駛室屬薄板結(jié)構(gòu)件，通常采用以下方法增加其剛性和強(qiáng)度。 (1) 箱形結(jié)構(gòu)。駕駛室骨架的主要立柱、橫梁采用箱形斷面結(jié)構(gòu)或方鋼； 38 防護(hù)好欄結(jié)構(gòu) 圖2-2防護(hù)楣欄結(jié)構(gòu)的小挖駕駛室 圖2T箱形結(jié)構(gòu) (2)加強(qiáng)筋。可采用平板、角鋼、槽鋼等多種加強(qiáng)形式； (3)重疊。在受力大的薄板處焊貼一定厚度的鋼板； (4)框架結(jié)構(gòu)。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(shè)計 挖掘機(jī)的作業(yè)環(huán)境

25、較為惡劣，存在一 定的危險性，有關(guān)部門對各種車輛事故統(tǒng) 計數(shù)據(jù)分析表明：在挖掘機(jī)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(jī)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(yīng)設(shè)計防落物 和防翻滾駕駛室，這對于產(chǎn)品適應(yīng)市場需 要，進(jìn)入國際市場也具有重要意義。 目前國內(nèi)駕駛室保護(hù)裝置多采用在駕駛室外安裝一組柵欄結(jié)構(gòu)，如圖 2-2所 示。這種結(jié)構(gòu)在落物和傾翻時對駕駛員具有很好的保護(hù)作用，但是這種柵欄結(jié)構(gòu) 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

26、部進(jìn)行安全性校核 和設(shè)計，這樣設(shè)計出的駕駛室既能滿足強(qiáng)度要求又不對駕駛員的視線造成阻礙。 2.5 舒適性設(shè)計 駕駛室的舒適性設(shè)計是指采用適當(dāng)?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(shè)計中不可忽視。機(jī)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(shè)計不當(dāng)還能給人造成疲勞的感覺， 因此在色彩設(shè)計中需注意以下問題： (l)挖掘機(jī)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(dá)到光學(xué)平衡，與背景顏色相互協(xié)調(diào) ；

27、 (2)挖掘機(jī)在正常環(huán)境中作業(yè)時，車體應(yīng)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(yīng)設(shè)置分色鑲條，以方便工藝過程和防止鄰 近色彩造成過度強(qiáng)烈的對比； (4)充分理解色彩學(xué)中三原色與噴漆漆色調(diào)配中黃、藍(lán)、白、紅、黑五種主 色的異同點(diǎn)。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(yīng)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(jī)

28、器的不正常聲響，導(dǎo)致事故。所以，設(shè)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?25H日別為第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，并在設(shè)備結(jié)構(gòu) 和元件上采用隔振、吸振和緩沖減振等裝置，避免達(dá)到生理臨界范圍的機(jī)械振動 并將沖擊傳至人體。 駕駛室噪聲來源于動

29、力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和機(jī)體振動。降噪的主要措施是隔離 吸收和減少共振。 ①在結(jié)構(gòu)上盡可能將駕駛室與發(fā)動機(jī)罩分離，以減少噪聲直接傳入 圖2-3戒蠹橡膠墊塊 圖中：■駕駛室底板 2?上班塊 「固定在車架上的托架 3下整塊 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(jī)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 采用中間夾透明塑膠的

30、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(dá)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(jī)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(jié)構(gòu)上起到彈性隔振作用。 2.5.3 通風(fēng)與溫度調(diào)節(jié) 客觀標(biāo)準(zhǔn)的舒適溫度是生理學(xué)和醫(yī)學(xué)上認(rèn)為對于人體最適宜的溫度 ：工作時 為19?21 C,休息時為25?29C,標(biāo)準(zhǔn)溫度為21?30C。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(yīng)通風(fēng)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(fēng)裝置，保持室內(nèi)空氣的新鮮，安裝空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度

31、。 2.6 CATIA在外部造型中的應(yīng)用 2.6.1 駕駛室的整體設(shè)計 在整體設(shè)計時，采用傳統(tǒng)的上窄下寬的塔式結(jié)構(gòu)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(jī)駕駛室相比，圖 2-4 的整體感覺是小巧、緊湊。止匕外，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(fēng)窗的設(shè)計 前圍是駕駛室的正面，因而在整個駕駛室的設(shè)計過程中顯得尤為重要。以往 由于直線條在結(jié)構(gòu)工藝上簡單、成本低的特點(diǎn)而一直被廣泛使用在工程機(jī)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

32、上出現(xiàn)了流 線型風(fēng)格的挖掘機(jī)。在進(jìn)行該部分的設(shè)計時強(qiáng)調(diào)復(fù)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(shè)計，而前圍由Sweep1 到，這樣雖然會增加成本，但是與傳統(tǒng)的挖掘機(jī)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(yùn)動構(gòu)建發(fā)生干涉，需要在駕駛室的前部兩側(cè) （圖中圓圈位置）倒角，相對于駕駛室整體的謹(jǐn)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

33、.6.3 側(cè)窗及側(cè)門的布置與設(shè)計 為突出處挺拔穩(wěn)重之感，駕駛室的側(cè)面與垂直方向有傾角。側(cè)窗及側(cè)門的布 置應(yīng)考慮加工工藝性及前后立柱的強(qiáng)度，太靠前或靠后都會影響駕駛室的強(qiáng)度， 車門的大小以便于人員出入為準(zhǔn)。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(shè)計的情況下，當(dāng)擋風(fēng)玻璃的曲率變化較大時，即類似于轎車 的A柱，這時應(yīng)采用斜式設(shè)計，從而讓前部的曲面與側(cè)面的平面設(shè)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(shè)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(cè)面，其大小、位置的確定應(yīng)盡量與車門一致，形

34、狀方案的確定 依賴于車門的選擇。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(yīng)在保證駕駛室防滾翻功能的前提下， 盡量減少寬度，以擴(kuò)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(fēng)窗的設(shè)計 后圍設(shè)計是，分上下兩部分：與機(jī)罩想連接的后圍下部為垂直平面設(shè)計， 同 時為容納和布置發(fā)動機(jī)等部件，平面要作適當(dāng)?shù)膬?nèi)凹；機(jī)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(cè)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

35、了。 后風(fēng)窗設(shè)計時實際上市將整個未經(jīng)切割處理的后圍曲面劃分成兩塊， 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(fēng)窗、門窗及側(cè)窗的玻璃面的設(shè)計亦是如此。 2.6.5 頂蓋的設(shè)計 設(shè)計頂蓋時，其曲面構(gòu)成有兩種方法：一是曲率變化均勻的曲面設(shè)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(jī)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(shè)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(shè)計思想。 此外在駕駛室頂蓋的布置時還應(yīng)考慮是否要外延，考慮工程車輛的

36、作業(yè)環(huán) 境，外延的車頂蓋結(jié)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 刷，提高陰雨天氣的作業(yè)能力。注意引水槽應(yīng)在各立柱的相應(yīng)位置。 2.6.6 駕駛室附件的設(shè)計 扶手是為了便于駕駛員的上下方便，因而其布置應(yīng)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(jìn)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，具布置視燈具 與整體的尺寸而定，由于該駕駛室小巧的特點(diǎn)，因而燈具被布置在頂蓋的四個角 上且偏外一點(diǎn)，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。

37、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(jī)駕駛室外部造型 2.7 本章小結(jié) 本章闡述了小型挖掘機(jī)駕駛室外部總體設(shè)計的設(shè)計要求以及其設(shè)計步驟， 對 其外部造型中的各個部件所需設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的描述， 并介紹了三維繪圖軟 件catiAe這方面的應(yīng)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(jī)駕駛室頂蓋與前窗總成設(shè)計 3.1 頂蓋與前窗總成設(shè)計的依據(jù)思想 對駕駛室前窗頂蓋進(jìn)行改進(jìn)，以求達(dá)到完美的視覺要求，闡述前窗與頂蓋 的設(shè)計要點(diǎn)，解決當(dāng)前設(shè)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

38、圍。 3.2 活動前窗機(jī)構(gòu)的設(shè)計要點(diǎn) 3.2.1 駕駛室前窗的機(jī)構(gòu)形式 挖掘機(jī)駕駛室通常設(shè)計成可開啟的活動窗, 式（雙滑塊機(jī)構(gòu)）和連桿式（擺桿滑塊機(jī)構(gòu)見圖 可開啟的活動窗主要有純導(dǎo)軌 3-1 ）兩種結(jié)構(gòu)形式。連桿式活 動窗較導(dǎo)軌式活動窗具有開窗運(yùn) 行平穩(wěn)，開窗動作舒適等優(yōu)點(diǎn)，高 端品牌小型挖掘機(jī)大多選用連桿 式活動前窗。 活動前窗設(shè)計中需注意如下 問題：由于機(jī)構(gòu)參數(shù)較多，參數(shù)相 互關(guān)聯(lián)，設(shè)計中需系統(tǒng)考慮參數(shù)設(shè) 置，活動窗在運(yùn)動過程中容易出現(xiàn) 卡死或滑移不暢；制造或裝配誤差 導(dǎo)致關(guān)鍵點(diǎn)位置或運(yùn)動軌跡產(chǎn)生大 的偏移。 其CATI2維圖如圖3-2所示: 圖3-2 CATIA三維建

39、模示意圖 3.2.2 機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定方法 挖掘機(jī)駕駛室活動前窗設(shè)計的基本要求是開啟、 關(guān)閉過程動作舒適，在關(guān)閉、 開啟位置可以鎖定，密封效果好（防水），滿足人際工程學(xué)，可靠耐用等。設(shè)計 的目標(biāo)是最大化滿足各性能指標(biāo)。僅僅憑這些模糊的要求或目標(biāo)無法確定機(jī)構(gòu)中 的各個參數(shù)。本文采用根據(jù)設(shè)計參數(shù)重要程序進(jìn)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 令乙kapF ,可知: e卡,由各點(diǎn)的幾何關(guān)系可 電要程度排序 參數(shù) 影響因素 1 tbib 駕駛室造型，人機(jī)因素 2 o 氣彈簧規(guī)格，視野要求 3 力）長度

40、A;1 進(jìn)門寬度 4 ak長度t溫 把手位置 得到如下方程: ⑴ (2) (3) (4) (5) a(0,0) ,a V M+（乂廠域，=V Gr（-XpO +（乂＞-耳3 ■ 看尸4臼泥（仇一人謂冷 y尸（sin（8|一十）/sirup 赤‘二1；+1（。臺（/一 /臺山卬 了；二第十八波山（仇一夕）kiiiif 按照順序，窗戶的初始位置和最終位置最先確定，即已知 650 60() i 550 2 500 1450 40() 0 2(X) 400 600 kfi It Iff Anni （Xa ,ya）,玻璃初始角0 1,最終

41、角 度8 2；需確定的量為0（Xo,y o）、l ak、 l ap及l(fā) op,將式（2） 、 （ 3） 、 （ 4）、 （5）代入式（1）,可以得方程中未知 圖3-3 kp長度和ak長度之間的關(guān)系 o (xo, y)、kp長度，ak 量為Xo、y。、d、l kp共4個未知參數(shù), 方程要唯一解需再確 定其他三個參數(shù)。按排序表，再依次設(shè)定轉(zhuǎn)軸位置 長度。 至此，活動前窗機(jī)構(gòu)參數(shù)完全確定，后續(xù)設(shè)計中根據(jù)實際情況進(jìn)行微調(diào)即 可?？神{駛 0 1=85, 0 2=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(guān)系

42、如圖3-3。 3.2.3 活動前窗設(shè)計關(guān)鍵問題分析及解決 1 .密封膠條關(guān)窗回彈 活動窗滑移系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)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(yùn)動接觸下部玻璃后折回向上運(yùn)動。 活動窗密封橡膠回彈影響密封橡 膠和下部玻璃的密封性能，應(yīng)盡量避免或控制在可接受范圍以內(nèi)。 有機(jī)構(gòu)理論可知，如p點(diǎn)運(yùn)動軌跡與下端導(dǎo)軌軌跡延長線相交（圖 3-4中處 于關(guān)閉位置時，p點(diǎn)在下端導(dǎo)軌軌跡延長線左側(cè)， 獻(xiàn)$ I窗場做勤 圖3-4活動窗機(jī)構(gòu)及參數(shù)示意圖 則密封橡膠關(guān)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(dāng) 增加lap長度，由圖3可得，lap減少

43、，在圖3-2中即p點(diǎn)向右下移動；（2）將下端 導(dǎo)軌往p點(diǎn)左方適當(dāng)傾斜；（3） 0點(diǎn)位置前移，則p點(diǎn)下移，可以減輕或避免回 彈。 2 .運(yùn)動不暢及卡死 開啟、關(guān)閉運(yùn)動順暢，力度適中是活動窗開發(fā)的基本要求，而運(yùn)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(guān)閉后提供適當(dāng)?shù)膲壕o 力。氣彈簧力度過大，則關(guān)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(guān)閉位置都有適當(dāng)?shù)膲壕o力，且操作者開啟、閉合動作流暢、舒適。 設(shè)計因避免因受力不均導(dǎo)致窗框扭曲而卡死

44、。采用單彈簧助力結(jié)構(gòu)（活動 窗僅一端有氣彈簧）需設(shè)計相應(yīng)結(jié)構(gòu)以平衡兩端受力；采用雙彈簧支撐結(jié)構(gòu)（活 動窗兩端各設(shè)置一個氣彈簧），除選擇合適的彈簧外，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(shè)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(jié)構(gòu)增強(qiáng)窗框抗扭強(qiáng)度， 以提 高兩端受力均衡性。 4 .合理的結(jié)構(gòu)布局 合理的結(jié)構(gòu)可以充分提高各部件的效能，使整個機(jī)構(gòu)性能達(dá)到最佳狀態(tài)。 忽略機(jī)構(gòu)自身重力，將前窗機(jī)構(gòu)簡化成為圖 3-5模型。 圖3-5活動窗機(jī)構(gòu)受力示意圖 假設(shè)該機(jī)構(gòu)處于力平衡狀態(tài)，對于。點(diǎn)，由力矩平衡可以得到

45、 Fj=Fcos^p 尸M0nHscosOx4 二 KxL型= ■少x/回 cosftt/op COS0x/up 由桿一/二.可以得到  I s=——=―(― 由S=S可得氣彈簧為克服摩擦力所需提供的力為: t,osy（u>s^?xAP! 可以得知，丫、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(yùn)動助力，在不提供適合外力的情況下，前窗會出現(xiàn)卡死，設(shè)計中應(yīng)避 免丫角度接近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(jī)構(gòu)的安裝或制造誤差可 能導(dǎo)致其他關(guān)鍵位置產(chǎn)生較大偏差。 誤差引

46、起的常見問題有：關(guān)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(jī)構(gòu)（圖 3-1）位置產(chǎn)生較大的 偏差，導(dǎo)致鎖孔無法對準(zhǔn)鎖欣，甚至與內(nèi)飾干涉等。 忽略二階及二階以上導(dǎo)數(shù)的影響，由各參數(shù)誤差導(dǎo)致在關(guān)鍵點(diǎn) X方向和切 向的總誤差可以表示為： 不同參數(shù)的相同誤差對關(guān)鍵點(diǎn)位置影響不同， 對關(guān)鍵點(diǎn)位置影響大的尺寸 應(yīng)在設(shè)計和工裝上優(yōu)先保證。同時，設(shè)計中要充分考慮誤差的后續(xù)補(bǔ)償， 對夾具 無法保證的尺寸通過設(shè)計腰形孔等方式方便后續(xù)調(diào)節(jié)。 3.3 頂窗蓋的設(shè)計以及對頂窗漏水的解決方法 3.3.1 頂窗蓋的設(shè)計 目前，國內(nèi)大多數(shù)小型挖掘機(jī)的車內(nèi)通風(fēng)都采用頂窗，而這些頂窗主 要

47、由鋼板沖壓和鋼材經(jīng)過機(jī)械加工制成，所以重量大、成本高、制作困難、表面 及度差以及易腐蝕，同時，安裝也困難.隨著挖掘機(jī)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(fēng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足車內(nèi)通風(fēng)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(jì)實用的頂窗。為此， 我們設(shè)計了一套頂窗總成，該頂窗主要采用工程塑料和玻璃鋼，它具有重量輕、 檔次高、通風(fēng)性能好、成本低及安裝方便等特點(diǎn)。 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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以具體細(xì)節(jié)部分未詳細(xì)繪

48、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 ABH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)。這種頂窗前后、左右均可開啟，結(jié)構(gòu)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(shè)計適應(yīng)我國目前小型挖掘機(jī)駕駛室的發(fā)展

49、水平，是一種實用 和美觀的挖掘機(jī)駕駛室配件，它的應(yīng)用和推廣，必將促進(jìn)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(shè)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(yán)重。特別是南方雨季，駕駛員反映較為強(qiáng)烈。要解決好這個問題，必須全 面分析有關(guān)部位的結(jié)構(gòu)，找出存在的缺陷，提出改進(jìn)措施，在設(shè)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(jī)駕駛室廠家所采用的頂窗結(jié)構(gòu) （見圖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?？蛐雾敶白险种?/p>

50、頂窗蓋， 蓋與座之間以錢鏈聯(lián)接，可使蓋單面開啟。 圖3-6頂窗蓋結(jié)構(gòu)示意圖 頂窗常見漏水原因如下： 1 .頂窗骨架下陷 當(dāng)受到人為的關(guān)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(dāng)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(jìn) 車中。 同樣，當(dāng)頂窗周圍積水時，在挖掘機(jī)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(jìn)水量多，呈斷續(xù)狀態(tài)。 2 .裝配質(zhì)量不良 由于

51、裝配人員技術(shù)水平不高或責(zé)任心差，可導(dǎo)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(xí)慣按環(huán)形順序緊固座上的螺釘， 這也會導(dǎo)致緊固不嚴(yán)。正 如緊固發(fā)動機(jī)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(jī)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(diǎn)向兩側(cè)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(yán)整個頂窗，雨水會從蓋不嚴(yán)之處吹刮入車中。 解

52、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(yīng)措施。 3.4 本章小結(jié) 本章就小型挖掘機(jī)駕駛室活動前窗的設(shè)計要頂進(jìn)行了說明，并對前窗設(shè)計 所應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計算，得出了活動前窗在設(shè)計是要注意的內(nèi)容； 且描述了駕 駛室目前改進(jìn)的頂蓋窗的構(gòu)建結(jié)構(gòu)，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(jī)駕駛室的人機(jī)視野設(shè)計 4.1 人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ) 4.1.1 H 點(diǎn)定義及應(yīng)用 H點(diǎn)是指二維人體樣板上的軀千線與大腿中心線的交點(diǎn)， 如圖4-1所示；實際H 點(diǎn)是指當(dāng)H

53、點(diǎn)人體模型放置在座椅上時，人體模型上左右兩 H點(diǎn)連接線的中點(diǎn)；座 椅參考點(diǎn)（SgRP）是指座椅上的一個設(shè)計參考點(diǎn)，它是制造廠規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)點(diǎn)。 它表征當(dāng)95百分位的人體模型按規(guī)定才i放在座椅上時，實際 H點(diǎn)應(yīng)與座椅參考點(diǎn) 重合；設(shè)計H點(diǎn)是駕駛室布置設(shè)計的基準(zhǔn)點(diǎn)，它采用前后兩點(diǎn) H點(diǎn)的設(shè)計方法。最 前設(shè)計H點(diǎn)表示第5百分位的女子人體模型在最前位置時的胯點(diǎn)，最后設(shè)計 H點(diǎn)表 示第95百分位的男子人體模型在最后位置時的胯點(diǎn)。 圖4-1 H點(diǎn)位置圖 駕駛室布置設(shè)計中所提出的性能要求，如乘坐舒適性、視野性、操縱方便性、 手伸及性、上下車方便性等都與H點(diǎn)緊密相關(guān)，H點(diǎn)在駕駛室布置中占有極重

54、的地 位，H點(diǎn)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(yīng)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(xué)的視野基準(zhǔn)。與視野有關(guān)的設(shè)計 和結(jié)構(gòu)以眼橢圓為依據(jù)，一般應(yīng)用于以下幾個方面：①視野設(shè)計和校核：②儀表板 的定位；③盲區(qū)的校核。 4.1.3 人體模型定義及應(yīng)用 以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)特征的

55、 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(shè)計、評價、試驗人機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要輔 助手段。人體模型的應(yīng)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：程軟件下的三維人體模型示意圖。 在駕駛室設(shè)計中，人體模型是一種重要的輔助設(shè)計手段，它既可以表現(xiàn)設(shè) 計的結(jié)果，也可以用來調(diào)整設(shè)計，以確定最終設(shè)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(yīng)用： (l)可用人體模型進(jìn)行乘坐舒適性檢驗，如腳踏板，座椅，儀表等布置的合 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

56、用數(shù)字三維人體模型對駕駛室的空間設(shè)計進(jìn)行檢查、校核等。 4.1.4 手伸及界面定義及應(yīng)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(jié)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[: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(biāo)，操縱裝置、 儀表盤、手柄等內(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(jī)作業(yè)過程中，不斷循環(huán)著

57、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(jìn)行研究和分析。 4.2.1 駕駛室視野的設(shè)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(fēng)窗大小、刮水器作用 面積的大小、后視鏡的視角、后風(fēng)窗玻璃的大小等。因作業(yè)需要，在前風(fēng)窗玻璃 的垂直方向上，要求有大的俯視角 ％和大的仰視角B ，如圖4-5所示，仰視角是 指前風(fēng)窗的上邊緣和眼橢圓上緣的切線與水平線

58、的夾角， 俯視角是指在側(cè)視圖中 前風(fēng)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(biāo)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(biāo)。 但小型挖 掘機(jī)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(jìn) 行設(shè)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(jī)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，即駕駛員的眼橢圓中心在駕駛室中的位置。 由于國 內(nèi)目前尚未制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，因此采用美國

59、 SA麗準(zhǔn)中的相關(guān)尺寸和公式對駕駛 員眼橢圓中心進(jìn)行位置的確定。 （1）確定H點(diǎn)的位置，找出座椅的相關(guān)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A40o （2）確定SgRP（座椅參考點(diǎn)，如圖4-6所示）。 設(shè)SgRpO勺坐標(biāo)為（L31、W20 H70）, H點(diǎn)的坐標(biāo)為（XH、YH ZH）,其中L31、 W20 H7野都是SA麻準(zhǔn)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SgRPS的坐標(biāo)。 圖4-6第95百分位眼橢圓位置圖 ⑶ 確

60、定參考點(diǎn)(ATRP)的位置。 一般情況下ATRP：于水平行程L23的中點(diǎn)或由SgRPy勺坐標(biāo)來確定，即 占855. 31-0, 509xX^.； =7 ? ⑷ 確定左右眼橢圓中心位置。 X=X?-184. 44+12. 23xA4D； A J nf Z，“707, 520-34-17xAa； ■fl J "V Y（左眼 XWm-32.5； Y （右眼）印鮑+32.5； (5)根據(jù)L23,選取眼橢圓的尺寸 座椅偏移量 (ISO-Ly) 第95百分位 方向 上方 下方 左方 IDO^Lj,至 133 > 133 蕨 10" 5* 】5" 15,

61、 X軸 17X8 19& 9 Y軸 105.0 105.0, | ，軸 86.0 86.0 表4-1三維眼橢圓的軸長 表4-2小挖眼點(diǎn)的發(fā)散角度 確定小型挖掘機(jī)座椅的前后水平調(diào)節(jié)量 L23,即H點(diǎn)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%勺駕駛 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，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(jī)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(yùn)動的垂直視野，但在作業(yè)過程中水平視野運(yùn)動范圍較小，

62、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(jī)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(jìn)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(jī)駕駛室的正視圖上定出駕駛員眼橢圓的 中心點(diǎn)，并畫出眼橢圓； (2)在眼橢圓正視圖上，找出與風(fēng)窗玻璃下邊緣最遠(yuǎn)的切點(diǎn) C, C點(diǎn)為左右眼 的重合點(diǎn)： (3)頭部的轉(zhuǎn)動中心在兩瞳孔連線中點(diǎn)后方 98mmi第四頸椎上，距瞳孔高度 115mmt。在圖中作出頭部轉(zhuǎn)動中心J和瞳孔的中點(diǎn)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

63、線CC1WCC城15角；如果目標(biāo)在CCI1之外，需轉(zhuǎn) 動頭部的角度為B ,當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動時，代表頭部三角形CD端J點(diǎn)隨之轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動 過程中兩眼視線CC0f CC仍保持巧15不變。當(dāng)C點(diǎn)轉(zhuǎn)到新位置C時，原來的視 線變?yōu)镃 Cl恰好對準(zhǔn)目標(biāo)； (5)此時C Cl便是兩眼向下轉(zhuǎn)動15 ,同時頭部又轉(zhuǎn)動了 B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(jī)駕駛員在仰視和俯視時能看清目標(biāo)物頭 部需要轉(zhuǎn)動的角度B ; (7) B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(dāng)B三30時，目標(biāo)落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15后

64、，頭部再自然轉(zhuǎn)動B角的 舒適視野內(nèi)，此時視野是合理的； ② 當(dāng)B三50時，目標(biāo)落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15后，頭部再勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動B角的 視野內(nèi)，此時視野有點(diǎn)勉強(qiáng)； ③ 當(dāng)B >50時，目標(biāo)落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15后，頭部再勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動B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(jī)駕駛室的垂直視野進(jìn)行了校核，測得該駕駛 室仰視時頭部轉(zhuǎn)動角為B =15 ,俯視時頭部轉(zhuǎn)動角為6=29 ,因此駕駛員在作 業(yè)過程中，仰視和俯視時所需頭部轉(zhuǎn)動角均小于30。，目標(biāo)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(jī)駕駛室前方視野合理。 4.3 本章小結(jié) 本章是為了就上章所設(shè)計的駕駛室前窗以及頂蓋窗

65、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(jìn)行了闡述，更好的解釋了第三章設(shè)計的要點(diǎn)是從 何而來。為全文的結(jié)束做了很好的收尾。 第五章 畢業(yè)設(shè)計的總結(jié)與展望 5.1 畢業(yè)設(shè)計的總結(jié) 本論文結(jié)合國內(nèi)外人機(jī)工程設(shè)計的研究現(xiàn)狀，以小型挖掘機(jī)駕駛室為設(shè)計對 象，對國產(chǎn)某型號小型挖掘機(jī)駕駛室外部造型與頂蓋前窗總成進(jìn)行設(shè)計。 通過這 次設(shè)計，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了國內(nèi)外人機(jī)工程學(xué)在挖掘機(jī)駕駛室內(nèi)外部設(shè)計上的應(yīng)用， 也進(jìn)一步了解了 catiAe三維建模方面的強(qiáng)大與完美。 此設(shè)計我們對駕駛室的外部造型進(jìn)行了從新布置， 力求達(dá)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(jìn)行了再

66、改進(jìn)，盡量減 少原來的設(shè)計中所缺乏的內(nèi)容。并對前窗滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計時的要點(diǎn)進(jìn)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(shè)計完好的前窗，頂蓋窗 進(jìn)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(jī)駕駛室的深入研究還較少， 相關(guān)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(jī)駕駛室是一個復(fù)雜的 系統(tǒng)，它涉及到多學(xué)科的內(nèi)容，本文只針對駕駛室進(jìn)行了初步設(shè)計。 5.2 畢業(yè)設(shè)計的展望 本論文對駕駛室的外部以及頂蓋前窗總成進(jìn)行了再設(shè)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(jī)的駕駛室進(jìn)行了再設(shè)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(jī)的駕駛室及頂蓋前窗進(jìn)行設(shè) 計 (2)上述論文當(dāng)中只同過CATIAE位軟件進(jìn)行了作圖，并沒有對其進(jìn)行模擬 分析，也沒有進(jìn)行實物的研究，在日后的研究設(shè)計中應(yīng)盡量從實物得出數(shù)據(jù)， 同 過數(shù)據(jù)來得出結(jié)論 (3)目前國內(nèi)對小型挖掘機(jī)的研究相較國外而言，落后太多，希望能引進(jìn) 外