. .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安康、平安、舒適和工作效率的學(xué)科。人機(jī)工程學(xué)是本世紀(jì)五十年代迅速開展起來的一門新興學(xué)科。它主要研究工程技術(shù)設(shè)計(jì)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，從而到達(dá)工作環(huán)境舒適平安，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)的開展人機(jī)工程學(xué)的開展大致經(jīng)歷以下幾個階段：(一)機(jī)械開展初期。機(jī)械設(shè)計(jì)只考慮物理原理而無視操作者的因素，造成許多過失和事故。因此對機(jī)械改進(jìn)和重新設(shè)計(jì)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)不斷開展的需要，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(jì)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(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和開展、各種高科技領(lǐng)域的突破以及自動化技術(shù)的開展，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)綜合效能到達(dá)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場即有少量的開展，但系統(tǒng)和深入的開展那么在八十年代以后。1980年全國人類工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會和1984年國家軍用人一機(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)研究的開展。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)工程已開展成為一項(xiàng)獨(dú)特的應(yīng)用技術(shù)，即"人一系統(tǒng)接口技術(shù)，以增強(qiáng)平安性、安康性和舒適性，提高工作效率，改善工作質(zhì)量。"人一系統(tǒng)接口技術(shù)己逐漸形成以下四個分支：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(jì)和評價等過程中。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。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(jì)或完善系統(tǒng)軟件，從而提高可使用性。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))。可以說是處在"微觀人機(jī)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(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)的整個構(gòu)造問題。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(jì)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(jì)。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(shí)用階段，特別是在航天飛行器平安設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、家居環(huán)境設(shè)計(jì)、辦公室空間設(shè)計(jì)等方面，人機(jī)工程已經(jīng)成為設(shè)計(jì)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(jì)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)勢并得以迅速開展。小型挖掘機(jī)在這些工程中為節(jié)省人力、物力做出了較大奉獻(xiàn)，滿足了城市各種作業(yè)要求，在城市狹窄的工作空間能夠最大限度地發(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、平安、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(jì)進(jìn)展研究。其所研究的容包括駕駛室采光圍、平安性舒適、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(jī)工程學(xué)的研究疇。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)品得到了迅速的開展，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等公司。日本一個國家在上世紀(jì)90年代初小挖的產(chǎn)量曾到達(dá)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、美國等興旺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、新構(gòu)造、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、本錢降低、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NEUSON的12003VIRIO；駕駛室大幅度側(cè)翻，利于維護(hù)，如NEUSON的3703；雨刮器安裝在駕駛室的主梁上，抑制了安裝在玻璃上的弊端。對于駕駛室漸入人性化的設(shè)計(jì)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。平安帶已經(jīng)是必備裝置，防落物及防側(cè)翻構(gòu)造已經(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開展已經(jīng)到達(dá)了較高的水平，個別比較先進(jìn)的挖掘機(jī)其舒適性甚至可以與一些普通轎車相媲美，比方美國的卡特彼勒(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(jī)，其駕駛室部的設(shè)計(jì)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溫度、空氣對流和噪聲水平都到達(dá)非常高的水平。這些公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)駕駛室不僅到達(dá)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(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，供工程設(shè)計(jì)人員參考，其中SAE和EEC是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國研究現(xiàn)狀國生產(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(jì)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)是國在中國的合獨(dú)資企業(yè)大宇和現(xiàn)代二家，在國產(chǎn)銷量均超過了200臺。隨著國對小挖功用的認(rèn)可，國生產(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(jì)到2005年國小挖的年產(chǎn)量將到達(dá)3000臺以上。在國,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(jì)和布置中得到了一定的應(yīng)用，東北大學(xué)的黃英，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(jì)中的應(yīng)用研究"，已經(jīng)將車身設(shè)計(jì)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)展司機(jī)室座椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等室設(shè)施的布置。東北大學(xué)的英、國忠、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(jì)分析理論為依據(jù)，采用因子分析技術(shù)對工程機(jī)械駕駛室部尺寸的測量值進(jìn)展分析處理，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操作部件舒適性設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和現(xiàn)有駕駛室布置是否合理的一個標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)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(jì)方法和理論應(yīng)用到工程機(jī)械中。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(jì)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(jì)、駕駛室作業(yè)空間設(shè)計(jì)等容，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)展了綜合評價。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(jì)方法研究"中對駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法做了詳細(xì)的論述。在對駕駛室進(jìn)展人機(jī)工程設(shè)計(jì)時，一般以中國標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)"去兩頭原那么以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)展駕駛室座椅、方向盤、儀表盤、操縱手柄、腳踏板等室設(shè)施的布置。這樣可以使設(shè)計(jì)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(jì)有規(guī)律可循。國關(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(jì)和分析，公布了中國成年人人體尺寸標(biāo)GBl0000-88，目前工程機(jī)械設(shè)計(jì)主要參照383683-84"工程機(jī)械操縱的舒適區(qū)域與可及圍"進(jìn)展設(shè)計(jì)，這些對中國人機(jī)工程的應(yīng)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)展不斷的改進(jìn)。1.3 設(shè)計(jì)的目的意義及主要容1.3.1 設(shè)計(jì)的目的與意義國際上，汽車在開發(fā)設(shè)計(jì)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)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)合理地進(jìn)展設(shè)計(jì)工作，比方SAE(美國汽車工程師學(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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，給開發(fā)設(shè)計(jì)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)封鎖，只有世界上一些大型的公司才對該工程進(jìn)展研究，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)的開展和崛起。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，目前國尚無比較完整的挖掘機(jī)駕駛室研究設(shè)計(jì)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(jì)、前窗頂蓋總成設(shè)計(jì)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(jì)方法應(yīng)用于挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)中，使國產(chǎn)挖掘機(jī)駕駛室的操作舒適度和平安性從技術(shù)上得到改進(jìn)，提高了挖掘作業(yè)的工作效率;(3)對改進(jìn)和完善目前國現(xiàn)有的挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有一定的幫助，為加快國挖掘機(jī)駕駛室行業(yè)的開展奠定了根底;(4)系統(tǒng)的介紹了挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)任務(wù)和方法，對提高工作效率，改進(jìn)的落后設(shè)計(jì)手段具有一定的幫助;1.3.2設(shè)計(jì)的主要容本設(shè)計(jì)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)展改造設(shè)計(jì)，并對其前窗及頂蓋的總成進(jìn)展設(shè)計(jì)，具體容如下：1對挖掘機(jī)駕駛室在CATIA環(huán)境下進(jìn)展外部造型設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)，主要對駕駛室設(shè)計(jì)中的各個方面提出總體設(shè)計(jì)要求，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)即上述待解決的問題?？偟膩碚f，就是要求所設(shè)計(jì)的駕駛室平安、舒適、外形美觀、構(gòu)造合理、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)展改進(jìn)，以求到達(dá)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圍；3對小型挖掘機(jī)駕駛室進(jìn)展人機(jī)工程設(shè)計(jì)，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(jì)，座椅界面設(shè)計(jì)，操作裝置的布置與設(shè)計(jì)，駕駛室作業(yè)空間設(shè)計(jì)。1.4 本章小結(jié)本章闡述了人機(jī)工程學(xué)的開展，以及其在駕駛室設(shè)計(jì)中的作用，并交代了論文設(shè)計(jì)的容，以及此設(shè)計(jì)的意義。第二章小型挖掘機(jī)的駕駛室外部總體設(shè)計(jì)2.1 現(xiàn)代挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)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(jì)。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)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，阻礙了駕駛員座椅的調(diào)節(jié)，造成下視能力缺乏。挖深溝作業(yè)時，駕駛員只好半蹲著進(jìn)展操作，不僅降低了工效，而且增加了駕駛員的勞動強(qiáng)度。此外，一局部手柄、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)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，駕駛室振動較大;(4)駕駛室構(gòu)造不具備足夠的剛度和強(qiáng)度;(5)隔音效果不好，室噪聲高，舒適性較差;(6)制冷空調(diào)性能較差;(7)外觀造型較差，外表質(zhì)量不好，接合處粗糙。隨著現(xiàn)代工業(yè)的開展和人類生活質(zhì)量的不斷提高，挖掘機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出以下幾個趨勢:人性化。"以人為本，是挖掘機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)的根本要求，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(jì)，無論從技術(shù)到外形，都將不斷訴求更為"人性化的設(shè)計(jì)。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，操作更簡單易學(xué)、更自動化、更平安可靠。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(jì)提供了更大的創(chuàng)新余地。綠色、環(huán)保設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)思想在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中不斷延續(xù)，能源、噪音、振動、排放物都將是我們設(shè)計(jì)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(jì)要求駕駛室是挖掘機(jī)整機(jī)的重要組成局部，其造型美和外觀美對整機(jī)的形象影響很大。在設(shè)計(jì)駕駛室時，首先要注意造型構(gòu)造設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，在符合構(gòu)造、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)的外部輪廓應(yīng)自然溝通成形;另外還要注意涂裝工藝和色彩設(shè)計(jì)符合美學(xué)的要求;最后還關(guān)系到駕駛員作業(yè)時的平安性和舒適性，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(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占有重要地位。現(xiàn)代挖掘機(jī)駕駛室的總體設(shè)計(jì)要:(l) 具備足夠的剛性和強(qiáng)度;(2) 具有保障駕駛員人身平安的構(gòu)造形式或裝置，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) 室應(yīng)空氣暢通，溫度可以調(diào)節(jié)?？偟膩碚f，就是要求所設(shè)計(jì)的駕駛室平安、舒適、外形美觀、構(gòu)造合理、操作方便、符合人機(jī)工程學(xué)原理等。2.2造型設(shè)計(jì)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，由于直線形構(gòu)造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，圓弧和曲面能表達(dá)自然美的特點(diǎn)。異型管彎曲成形的圓弧框架構(gòu)造，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，具有精巧、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(jì)上，除滿足功能與構(gòu)造需要外，應(yīng)主要考慮人機(jī)因素，參照人機(jī)工程學(xué)與審美學(xué)進(jìn)展選擇(可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn))。2.3剛性與強(qiáng)度設(shè)計(jì)駕駛室屬薄板構(gòu)造件，通常采用以下方法增加其剛性和強(qiáng)度。 (l) 箱形構(gòu)造。駕駛室骨架的主要立柱、橫梁采用箱形斷面構(gòu)造或方鋼；(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) 框架構(gòu)造。薄板外表貼焊框架，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平安性設(shè)計(jì)挖掘機(jī)的作業(yè)環(huán)境較為惡劣，存在一定的危險(xiǎn)性，有關(guān)部門對各種車輛事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析說明: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(jì)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。目前國駕駛室保護(hù)裝置多采用在駕駛室外安裝一組柵欄構(gòu)造，如圖2-2所示。這種構(gòu)造在落物和傾翻時對駕駛員具有很好的保護(hù)作用，但是這種柵欄構(gòu)造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)。國際上通用的平安駕駛室是直接對駕駛室的立柱以及頂部進(jìn)展平安性校核和設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)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(jì)駕駛室的舒適性設(shè)計(jì)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(jì)中不可無視。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(jì)不當(dāng)還能給人造成疲勞的感覺，因此在色彩設(shè)計(jì)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，以期到達(dá)光學(xué)平衡，與背景顏色相互協(xié)調(diào);(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;(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)烈的比照;(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。噪聲會損害人體安康，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。噪聲還會掩蓋平安信號或機(jī)器的不正常聲響，導(dǎo)致事故。所以，設(shè)計(jì)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48Hz，1012Hz，2025Hz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2025Hz，頭為2530Hz，手為3040Hz，臟為58Hz，神經(jīng)為245250Hz。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)備構(gòu)造和元件上采用隔振、吸振和緩沖減振等裝置，防止到達(dá)生理臨界圍的機(jī)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(jī)體振動。降噪的主要措施是隔離吸收和減少共振。在構(gòu)造上盡可能將駕駛室與發(fā)動機(jī)罩別離，以減少噪聲直接傳入;駕駛室的密封性要好，室所有操縱桿件、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;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;采用中間夾透明塑膠的雙層玻璃做門窗，提高隔聲效果，減小振動;駕駛室總成與車架之間采用彈性連接，到達(dá)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，從構(gòu)造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1921，休息時為2529，標(biāo)準(zhǔn)溫度為2130。在"工作溫度下，操作者可以平安、安康、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。全封閉駕駛室室外空氣隔絕，必須安裝通風(fēng)裝置，保持室空氣的新鮮，安裝空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)室溫度。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(jì)在整體設(shè)計(jì)時，采用傳統(tǒng)的上窄下寬的塔式構(gòu)造來表達(dá)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。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(fēng)窗的設(shè)計(jì)前圍是駕駛室的正面，因而在整個駕駛室的設(shè)計(jì)過程中顯得尤為重要。以往由于直線條在構(gòu)造工藝上簡單、本錢低的特點(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，甚至在國際上出現(xiàn)了流線型風(fēng)格的挖掘機(jī)。在進(jìn)展該局部的設(shè)計(jì)時強(qiáng)調(diào)復(fù)雜以與整體的簡潔形成比照：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(jì)，而前圍由Sweep得到，這樣雖然會增加本錢，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、表達(dá)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)生干預(yù)，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慎重的平直線條，我們在改位置使用夸的球面Sphere來過渡，以與駕駛室整體的穩(wěn)重感形成比照。相對于倒角而言，球形面更顯得活潑、夸。2.6.3側(cè)窗及側(cè)門的布置與設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，從而讓前部的曲面與側(cè)面的平面設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)面面之間的過渡，同事相對于斜式設(shè)計(jì)還能夠簡化制造工藝，降低車門制造的本錢。 車門在另一側(cè)面，其大小、位置確實(shí)定應(yīng)盡量與車門一致，形狀方案確實(shí)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)平安性，使駕駛室與整體比照協(xié)調(diào)、輕巧。2.6.4后圍及后風(fēng)窗的設(shè)計(jì)后圍設(shè)計(jì)是，分上下兩局部：與機(jī)罩想連接的后圍下部為垂直平面設(shè)計(jì)，同時為容納和布置發(fā)動機(jī)等部件，平面要作適當(dāng)?shù)陌?；機(jī)罩以上的后圍是一個與垂直方向有一傾角的平面，與下半局部有圓弧過渡。后圍與側(cè)面之間采用圓柱面過渡，可以提高駕駛員對前方的視野，因?yàn)檫@樣一來后窗的兩邊緣處就是柱面了。后風(fēng)窗設(shè)計(jì)時實(shí)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(jì)亦是如此。2.6.5頂蓋的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)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(jì)，可以改變傳統(tǒng)駕駛室平直面給人美觀上的缺乏，但該曲面不宜曲率太大，否那么會有失工程機(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(jì)，就能實(shí)現(xiàn)靜中有動，使人感覺到活潑的氣息，從而表達(dá)了活動與靜止的造型設(shè)計(jì)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駕駛室的設(shè)計(jì)扶手是為了便于駕駛員的上下方便，因而其布置應(yīng)保證平安性，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)展布置。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(diǎn)，因而燈具被布置在頂蓋的四個角上且偏外一點(diǎn)，否那么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(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(jì)的設(shè)計(jì)要求以及其設(shè)計(jì)步驟，對其外部造型中的各個部件所需設(shè)計(jì)容進(jìn)展了詳細(xì)的描述，并介紹了三維繪圖軟件CATIA在這方面的應(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(jì)3.1 頂蓋與前窗總成設(shè)計(jì)的依據(jù)思想對駕駛室前窗頂蓋進(jìn)展改進(jìn)，以求到達(dá)完美的視覺要求，闡述前窗與頂蓋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，解決當(dāng)前設(shè)計(jì)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圍。3.2活動前窗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)成可開啟的活動窗，可開啟的活動窗主要有純導(dǎo)軌式雙滑塊機(jī)構(gòu)和連桿式擺桿滑塊機(jī)構(gòu)見圖3-1兩種構(gòu)造形式。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)大多項(xiàng)選擇用連桿式活動前窗?；顒忧按霸O(shè)計(jì)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(jì)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(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(jì)的根本要開啟、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(jì)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(jì)參數(shù)重要程序進(jìn)展排序見表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(diǎn)的幾何關(guān)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a(0,0),a(xa,ya),玻璃初始角1，最終角度2；需確定的量為oxo,yo、lak、lap及l(fā)op,將式2、3、4、5代入式1，可以得方程中未知量為x0、y0、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(guān)系定其他三個參數(shù)。按排序表，再依次設(shè)定轉(zhuǎn)軸位置ox0，y0、kp長度，ak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(jì)中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)展微調(diào)即可?？神{駛1=85，2=7.5，o270,995，a105,875，通過計(jì)算可得kp長度隨ak長度增加而減少，kp長度和ak長度關(guān)系如圖3-3。3.2.3活動前窗設(shè)計(jì)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(jì)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?；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(yīng)盡量防止或控制在可承受圍以。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)， 圖3-4 活動窗機(jī)構(gòu)及參數(shù)示意圖那么密封橡膠關(guān)窗會產(chǎn)生回彈。理論上減輕或防止回彈有如下3種方法：1適當(dāng)增加lap長度，由圖3可得，lap減少，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；3o點(diǎn)位置前移，那么p點(diǎn)下移，可以減輕或防止回彈。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)的根本要求，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，那么關(guān)閉過程中操作者提供的反作用力大；氣彈簧力度過小，那么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(jì)因防止因受力不均導(dǎo)致窗框扭曲而卡死。采用單彈簧助力構(gòu)造活動窗僅一端有氣彈簧需設(shè)計(jì)相應(yīng)構(gòu)造以平衡兩端受力；采用雙彈簧支撐構(gòu)造活動窗兩端各設(shè)置一個氣彈簧，除選擇適宜的彈簧外，還要求兩只氣彈簧參數(shù)一樣，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(jì)因盡量減輕活動窗重量并使活動窗兩端重量分布均衡，采用適宜的構(gòu)造增強(qiáng)窗框抗扭強(qiáng)度，以提高兩端受力均衡性。4. 合理的構(gòu)造布局合理的構(gòu)造可以充分提高各部件的效能，使整個機(jī)構(gòu)性能到達(dá)最正確狀態(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o點(diǎn)，由力矩平衡可以得到 由桿可以得到 由可得氣彈簧為抑制摩擦力所需提供的力為：可以得知，、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(jì)中應(yīng)防止角度接近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防止地存在誤差。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)生干預(yù)；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，甚至與飾干預(yù)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Y方向的總誤差可以表示為： 不同參數(shù)的一樣誤差對關(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(jì)和工裝上優(yōu)先保證。同時，設(shè)計(jì)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(jì)腰形孔等方式方便后續(xù)調(diào)節(jié)。3.3 頂窗蓋的設(shè)計(jì)以及對頂窗漏水的解決方法3.3.1 頂窗蓋的設(shè)計(jì)目前，國大多數(shù)小型挖掘機(jī)的車通風(fēng)都采用頂窗，而這些頂窗主要由鋼板沖壓和鋼材經(jīng)過機(jī)械加工制成，所以重量大、本錢高、制作困難、外表精度差以及易腐蝕，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(shí)際使用證明，換氣扇的通風(fēng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足車通風(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(shí)用的頂窗。為此，我們設(shè)計(jì)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、本錢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構(gòu)造較復(fù)雜，所以具體細(xì)節(jié)局部未詳細(xì)繪出。它由主框、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，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。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局部采用密封膠密封，以防水流入車。這種頂窗前后、左右均可開啟，構(gòu)造簡單，安裝方便，在駕駛室可見的頂窗蓋局部、框、主框及把手等外表精度高、顏色鮮艷以及造型美觀.這種頂窗的設(shè)計(jì)適應(yīng)我國目前小型挖掘機(jī)駕駛室的開展水平，是一種實(shí)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)我國客車飾件水平向更高的層次開展.3.3.2 頂窗蓋漏水的設(shè)計(jì)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)部位的構(gòu)造，找出存在的缺陷，提出改進(jìn)措施，在設(shè)計(jì)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構(gòu)造(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一樣，橡皮上下面涂厚白漆，以增加其密封作用?？蛐雾敶白险种敶吧w，蓋與座之間以鉸鏈聯(lián)接，可使蓋單面開啟。圖3-6 頂窗蓋構(gòu)造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。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。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(shí)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(jì)要頂進(jìn)展了說明，并對前窗設(shè)計(jì)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)展了計(jì)算，得出了活動前窗在設(shè)計(jì)是要注意的容；且描述了駕駛室目前改進(jìn)的頂蓋窗的構(gòu)建構(gòu)造，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(jì)4.1 人機(jī)工程學(xué)根底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(shí)際H點(diǎn)是指當(dāng)H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(jì)參考點(diǎn)，它是制造廠規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)。它表征當(dāng)95百分位的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時，實(shí)際H點(diǎn)應(yīng)與座椅參考點(diǎn)重合;設(shè)計(jì)H點(diǎn)是駕駛室布置設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)，它采用前后兩點(diǎn)H點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。最前設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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)嚴(yán)密相關(guān)，H點(diǎn)在駕駛室布置中占有極重的地位，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(jì)和構(gòu)造以眼橢圓為依據(jù)，一般應(yīng)用于以下幾個方面:視野設(shè)計(jì)和校核;儀表板的定位;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)為根底建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)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(shè)計(jì)、評價、試驗(yàn)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(shè)計(jì)中，人體模型是一種重要的輔助設(shè)計(jì)手段，它既可以表現(xiàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果，也可以用來調(diào)整設(shè)計(jì)，以確定最終設(shè)計(jì)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)展乘坐舒適性檢驗(yàn)，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)可用數(shù)字三維人體模型對駕駛室的空間設(shè)計(jì)進(jìn)展檢查、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，身系平安帶，一手握住方向盤時另一只手所能伸及的最大空間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，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(biāo)，操縱裝置、儀表盤、手柄等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)著挖掘、轉(zhuǎn)斗、抬臂、轉(zhuǎn)向、卸料等過程來實(shí)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異，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)展研究和分析。4.2.1駕駛室視野的設(shè)計(jì)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，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)展設(shè)計(jì)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)平安。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。由于國目前尚未制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，因此采用美國SAE標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)尺寸和公式對駕駛員眼橢圓中心進(jìn)展位置確實(shí)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)座椅前后移動量L23;靠背傾角A40。(2)確定 SgRP(座椅參考點(diǎn)，如圖4-6所示)。設(shè)SgRp點(diǎn)的坐標(biāo)為(L31、W20、H70)，H點(diǎn)的坐標(biāo)為(XH、YH、ZH)，其中L31、W20、H70等都是SAE標(biāo)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，那么有: L31=XH+S;W20=YH;H70=ZH-R;取S=210mm，R=6Omm，代入上式求解SgRP點(diǎn)的坐標(biāo)。圖4-6 第95百分位眼橢圓位置圖(3)確定參考點(diǎn)(ATRP)的位置。一般情況下ATRP位于水平行程L23的中點(diǎn)或由SgRP點(diǎn)的坐標(biāo)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(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%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，形成的圍就是前方視野。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局部，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(jī)前方視野主要為垂直視野。在實(shí)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)展校核。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)前方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(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，并作直線CC1與CC0成15°角;如果目標(biāo)在CCI1之外，需轉(zhuǎn)動頭部的角度為，當(dāng)頭部轉(zhuǎn)動時，代表頭部三角形CDJ繞J點(diǎn)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(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CCl便是兩眼向下轉(zhuǎn)動15°，同時頭部又轉(zhuǎn)動了角后的新視線。可以看出視線CC1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;(7)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。當(dāng)30°時，目標(biāo)落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15°后，頭部再自然轉(zhuǎn)動角的舒適視野，此時視野是合理的;當(dāng)50°時，目標(biāo)落在眼睛自然轉(zhuǎn)動15°后，頭部再勉強(qiáng)轉(zhuǎn)動角的視野，此時視野有點(diǎn)勉強(qiáng);當(dāng)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)展了校核，測得該駕駛室仰視時頭部轉(zhuǎn)動角為=15°，俯視時頭部轉(zhuǎn)動角為=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)動角圍之，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(jì)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(jì)算對視野所涉及的圍進(jìn)展了闡述，更好的解釋了第三章設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是從何而來。為全文的完畢做了很好的收尾。第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)與展望5.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)本論文結(jié)合國外人機(jī)工程設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀，以小型挖掘機(jī)駕駛室為設(shè)計(jì)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)展設(shè)計(jì)。通過這次設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了國外人機(jī)工程學(xué)在挖掘機(jī)駕駛室外部設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，也進(jìn)一步了解了CATIA在三維建模方面的強(qiáng)大與完美。此設(shè)計(jì)我們對駕駛室的外部造型進(jìn)展了從新布置，力求到達(dá)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)展了再改進(jìn)，盡量減少原來的設(shè)計(jì)中所缺乏的容。并對前窗滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時的要點(diǎn)進(jìn)展了分析，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(jì)完好的前窗，頂蓋窗進(jìn)展了視野的校核。得到了完整的數(shù)據(jù)然而目前國對挖掘機(jī)駕駛室的深入研究還較少，相關(guān)的資料和統(tǒng)計(jì)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)科的容，本文只針對駕駛室進(jìn)展了初步設(shè)計(jì)。5.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的展望本論文對駕駛室的外部以及頂蓋前窗總成進(jìn)展了再設(shè)計(jì)，然后目前國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)展了再設(shè)計(jì)，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)展設(shè)計(jì)2上述論文當(dāng)中只同過CATIA三位軟件進(jìn)展了作圖，并沒有對其進(jìn)展模擬分析，也沒有進(jìn)展實(shí)物的研究，在日后的研究設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量從實(shí)物得出數(shù)據(jù)，同過數(shù)據(jù)來得出結(jié)論3目前國對小型挖掘機(jī)的研究相較國外而言，落后太多，希望能引進(jìn)外國的先進(jìn)技術(shù)作為我們研究的依據(jù)。希望日后能抑制這些問題。參考文獻(xiàn)1汽車車身制圖QC/T490-20002挖掘機(jī)名詞術(shù)語GB 6572.2-863輪胎式裝載機(jī) 根本參數(shù) JB/T3688.1-1992 4GB 9139.2-88 液壓挖掘機(jī) 技術(shù)條件5GB 9140-88 液壓挖掘機(jī) 構(gòu)造與性能6GB 9139.1-88 液壓挖掘機(jī) 分類7GB/T 19932-2005 土方機(jī)械 液壓挖掘機(jī) 司機(jī)防護(hù)裝置試驗(yàn)室試驗(yàn)和性能求8GB 10676-89 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