课程设计--公交车扶手的人因工程学研究.docx

人因工程课程设计题 目: 公交车扶手的人因工程学研究 班 级: 工程114 学 号: 31111420 姓 名: 王春月 指导教师: 熊燕华 时 间: 2013-6-242013-6-28 目录1、研究背景 .12、现状调研 .22.1 183空调车的扶手现状的数据 22.2 183非空调车的扶手现状的数据 42.3 扶手的材质 53、调研结果分析 .6 3.1 存在问题 63.2 扶手尺寸设计要求 63.2.1按乘客够得到的要求设计计算 73.2.2按乘客不碰头的要求设计计算 73.3 扶手设计高度 73.3.1得出结论 73.3.2 够得到和不碰头两个矛盾的解决73.4 侧窗护栏高度的确定 73.5 扶手材质要求84 改善方案 84.1 阶梯式布置84.1.1上扶手设计 84.1.2中扶手设计 94.1.3下扶手设计 94.2 螺旋式布置94.3波浪式布置104.4把手的改进措施104.4.1 把手的外形设计104.4.2 改进扶手的材料115、课程设计小结 126、参考文献资料 13 公交车扶手的人因工程学研究摘要：本文主要研究了公交车扶手的高度、布局、材质等与人不协调之处，运用人因工程学理论知识，对公交车扶手进行了创新性设计。关键词：人因工程 公交车扶手引言：在现代社会，随着城市的发展和现代化水平的提高，公交车作为城市公共交通的一个不可或缺的工具，不单单是一种代步工具，而是一种社会生活水平的象征，更是城市对外形象的一扇窗口。但是一般的公交车均以提供最大的载客量为目标，大部分空间均摆设座位，通道等空间亦供乘客站立。近几年，由于市区上学、以及过节或双休、返校期间的人流量数量逐渐增大，引起公交车的超载，而产生了一个问题：站公交的人数增加，但是很多市民反映扶手高度太高，够不着，坐公交车没安全保障。对公交车扶手进行人因性改进，在外观、新型材料舒适度等方面具有新的突破。1、研究背景随着中国城市化进展，城市人口越来越多，交通恶化，越来越多的人主动或被动乘坐公交车出行。很多市民都有体会，交通高峰时公交车几乎车车爆满，坐公交车简直就是苦行修炼，其中体会最深的是抓不到扶手，没有扶手可抓，所以有必要探讨下公交车扶手如何设计才能更好的为市民服务1。通过对现有公交车扶手体验，发现都存在着一系列的问题：扶手太高、扶手手环握柄太硬易伤人、冬天握着太凉。有些公交车扶手对于一些身材娇小的女孩子来说太高了，扶手握柄虽然可以降低杆的高度，但还是具有一定的不固定性，而且手柄一般是塑制品，太硬，相对于大冷天，扶杆又太凉。针对这些不足所以选择了对公交车扶手进行改良，让每一个公交车乘客都有安全保障。这个改良在一定程度上降低了事故的发生。在社会更新越来越快的时代，公交车负担着大众的日常交通的使命。随着上下班高峰期人流的增加，为了赶时间，很多人都愿意挤公交，公交车出现供不应求的情况，车厢里就出现了很多人都无法在公交车上站稳，一次停靠就可能出现倾斜的状况。尤其是身材娇小的人群，如果公交车出现紧急刹车这类的情况容易出现事故。因此当务之急就是改良出一款适合大众人群的舒适的公交车扶手。2、现状调研2.1 183空调车的扶手现状的数据 表2-1 单位：cm扶手位置高度中间横杆185前面侧窗扶手164后面侧窗扶手177吊环22座椅106左前轮后挡架105右前轮后挡架77后排座椅前挡架110后门后挡架100如图所示即为183空调车内扶手的情况：图2-1图2-2图2-3图2-42.2 183非空调车的扶手现状的数据 表2-2 单位：cm扶手位置高度中间横杆183侧窗扶手141吊环22座椅92驾驶员活动护栏128驾驶员后挡架95后门前挡架87 下图即为183非空调车的扶手现状：图2-5图2-6图2-72.3 扶手的材质图2-8 图2-9公交车扶手杆大多采用花纹钢管，管径为32 mm或35 mm，表面去油污后喷塑，大多采用亚光黄色喷塑或亚光灰色喷塑，也有少数用户要求梅红色或绿色等特殊颜色喷塑。这种材料的优势是表面防滑，便于焊接，可以将三通、直座等连接件取消，将挡架焊接为一整体，既方便安装，又增强扶手挡架的强度；但缺点是使用时间久了，表面喷塑易脱落，影响美观。目前国内北京、南昌等地的公交客户要求扶手管采用管径为35 mm，表面氧化处理的带加强芯铝合金管；桂林、南宁等地公交客户要求扶手管采用管径为32 mm的光滑不锈钢复合管；还有合肥、铜陵等地公交客户要求扶手管采用管径为32 mm的包塑花纹钢管。这3种材质的扶手管不能采用焊接工艺，扶手管之间必须采用三通、直座等连接件，成本高，安装工时多。另外，还有客户如温州公交指定车内扶手管采用304不锈钢管2。3、调研结果分析3.1 存在问题通过对现有公交车扶手调查及体验，发现都存在以下一系列的问题：扶手太高、扶手手环握柄太硬易伤人、扶手不是很稳定，容易造成摇晃。有些公交车扶手对于一些身材娇小的女孩子来说太高了，扶手握柄虽然可以降低杆的高度，但还是具有一定的不固定性，而且手柄一般是塑制品，从手感上来看，过于硬3。所以有必要探讨下公交车扶手如何设计才能更好的为市民服务。3.2 扶手尺寸设计要求从使用扶手功能来说，首先要保证使用人群的安全，其中最基本的是不碰头，即必须保证扶手杆高于大多数人群身高；其次应保证大多数乘客都能够使用，其中最基本的是够得着、抓得住，即必须保证人群中的大多数能够舒适的使用扶手。公交车扶手横杆中心高度的设计类型可以分为3种大的类型4,即:需要大个子和小个子两个人体尺寸作为产品尺寸设计依据型,只需要大个子人体尺寸作为产品尺寸设计依据或只需要小个子人体尺寸作为产品尺寸设计依据型和需要中等身材者人体尺寸作为产品尺寸设计依据型（表3-1）5表3-1 立姿人体尺寸百分位数表6项目 男（1860岁）百分位数 1 5 10 50 90 95 99双臂功能上举高/mm 1818 1869 1899 2003 2108 2138 2203 项目 女(1855岁)百分位数 1 5 10 50 90 95 99双臂功能上举高/mm 1696 1741 1766 1860 1952 1976 20303.2.1按乘客够得到的要求设计计算在该情况下属于第二种类型的后者，此时要求H1J5女+Xx1,。H1：按乘客够得到的要求设计计算确定的横杆中心高度；J5女：成人女性双臂功能上举高的5百分位数，由表3-1得J5女=1 741 mm；Xx1：女子穿鞋修正量，取Xx1=25mm。故，H11 741+25=1 766mm。3.2.2按乘客不碰头的要求设计计算该情况属于第二种类型的前者，由上述的计算可得成人男性95%的身高为P95=1 768 mm，此时要求H1P95+Xx2,+R。H2：按乘客不碰头的要求设计计算确定的横杆中心高度；Xx2：男子穿鞋修正量，取Xx2=20mm；R：横杆的半径，取R=15 mm。故，H11 768+20+15=1 803mm。3.3 扶手设计高度3.3.1得出结论按乘客够得到的要求设计计算和按乘客不碰头的要求设计计算,要公交车的扶手横杆中心高度分别H11 766mm和H11 803mm。3.3.2 够得到和不碰头两个矛盾的解决从统计中95%的概率置信度出发,得出:公交车扶手横杆中心高度为1 800 mm,吊带手环的中心高度为1 600 mm,才能尽大限度的满足乘客对乘坐舒适性与安全性的要求。3.4 侧窗护栏高度的确定当车内中段座椅为单座时，侧窗要加装扶手，以便站立的乘客抓扶。公交车侧窗扶手的安装高度既要考虑乘客便于抓扶，又要考虑乘客因车内出现意外而便于从逃生窗逃生，不能阻碍逃生；因此，要考虑侧窗玻璃是上固定下推拉，还是下固定上推拉，尽量保证逃生空间的高度700 mm，从而确定侧窗扶手的安装高度。座椅安装面到车身侧窗下横梁的高度低于680 mm时，需要安装侧窗护栏，以满足车身结构安全性标准要求。3.5 扶手材质要求扶手应保证手握的舒适度，车内扶手而且还是供站立的乘客支撑在车加速，减速和转弯过程中由惯性引起的身体的失衡中保持身体的平衡所需要的支撑点。吊环的设计应符合手形，这样长时间会减小手的疲劳度。4、改善方案4.1 阶梯式布置7分三种高度阶梯式布置：上扶手、中扶手、下扶手，分别位于车厢内上侧、乘客座椅上部及车窗一侧。这样的设计可以在不碰头的前提下，满足不同身高的乘客对扶手的需求。图4-24.1.1上扶手设计在满足大多数人群不碰头的前提下，扩大乘客在站立区域自由通过的空间参见表 2 得：90%男性的身高为 1754mm；人体平均身高增长量 50mm；穿鞋修正量 25mm；即 99%男性正常情况下的高度1754mm+50mm+25mm=1829mm1800mm。将上扶手抬高到 1900mm，从前面计算结果可知：在公交车内 99%的人群不碰头，要求扶手中心距离地板高度应大于等于 1905mm。表明有近 99%的男性人群在公交车内站立区任意行走不会有碰头发生，在人群不太拥挤的情况下会向两边移动抓握中扶手，不会发生堵塞过道的情况发生。表4-14.1.2中扶手设计为能够满足大多数人群舒适抓握扶手的要求，在乘客座椅上部偏客车内部添加了一个扶手，其中心线离地板高度为 1700mm，称为中扶手从前面计算结果可知，位于 10%位身高的女性人群舒适抓握扶手的高度为 1686mm1700mm，表明近 90%的女性人群在中扶手处可以舒适抓握。客车国标中规定8：座椅上平面距顶部距离不小于 1100mm，设座椅高度为 400mm，即扶手杆离地高度不小于 1500mm，目前设计扶手离地高度为1700mm，满足法规要求。4.1.3下扶手设计下扶手高度设计为 1450mm，这样和中扶手的高度有了较大的差距，可以弥补上扶手及中扶手涉及不到的人群。4.2 螺旋式布置 通过螺旋式布置避免了横杆够不到或碰头的问题，使扶手全部转化为立杆，图的设计可以充分利用公交车内空间的同时，可充满人性化的设计理念：上面的、的把手的设计就充分考虑到各个身高不同层次的人群的要求，、可以照顾到身高比较的儿童的要求，则能满足身高比较高的人群的要求，上的固定与活动把手的设计就充分的利用了车内上层空间的利用情况。的设计则充分的考虑了人的乘坐的舒适的程度，因为底座与地面的距离相对比较高，可以使乘客在乘坐时避免下肢的舒展不开而引起的不舒服的症状，并且相邻座位之间的距离控制在合适的距离体现了人机组成的系统的数据选择的标准。图4-34.3波浪式布置 将传统的笔直的横杆改进成为波浪式的横杆，根据上述阶段式布置，为满足99%的乘客不碰头，将最高点设定为1900mm，为满足身材矮小的乘客的需求，将波浪式最低点设定为1450mm。该设置在不改变公交车空间的情况下，巧妙的满足了各类乘客的一般性需求，节省空间，成本低且效果明显。图4-44.4把手的改进措施4.4.1 把手的外形设计 此种新型公交车把手，包括直杆（1）把手，其特征是：直杆一端垂直固接于横杆上，另一端水平固接把手（2-1），把手为“回”字形结构，其远离直杆的一端内侧设有软垫（3-1），把手（2-1）外部两侧固接把手（2-2），把手（2-2）内侧设有软垫（3-2），把手（2-1）底端活动连接挂钩（4），挂钩与把手（2-1）对应位置分别设有磁铁（5-2），且两者分别为N级和S极，直杆为伸缩结构。 采用上述结构后，人们乘坐公交车时，可正常使用把手稳定身体，矮个人群可以根据自身的需要调节直杆的长度，方便把持；当车上乘客数量较多时，人们可以把握左右两侧的把手，为更多的人提供支撑；人们还可将手提袋挂于挂钩上，节省空间和体力，不需要时，将其翻转吸附于把手上，提高安全性9。图4-54.4.2 改进扶手的材料 设计出一款新型材料的公交车扶手10：公交车上原有的金属扶手将被低铬合金钢代替，其外型圆润，扶手左右垫有软硅胶，在紧急刹车的时候能减缓拉环对手部的伤害。采用新型伸缩拉杆的原理：它是采用金属带材或塑料片材卷制而成的可伸缩空心圆柱体杆，其特征是金属带材或塑料片材预先定型为具有记忆功能的小于杆体外径的弹力卷曲层，从而具有自紧功能，使卷曲层始终具有对伸缩杆施加压力的弹性势能。采用新型材料后抗弯曲能力、吸震性大大提高，制成的栏杆耐冲击，不易碰瘪，而且外观美观、轻巧、耐腐蚀。扶手材质：5mm厚高品质德国尼龙材料复合；扶手管件连接用低铬合金钢，热处理后硬度达到HRC60左右，冲击韧性好，管径为32mm，更耐用，强度更有保障。升降调节：三级自动，随意调节拉环高度，调节轻松、灵活、方便、省力、多样化、外形更美观。此款公交拉环对比现有公交车拉环有以下优点：把弹簧运用在公交拉环上，提高了抗弯曲能力，吸震能力大大提高；而且在一定程度上减少因汽车惯性而导致连接处应力过于集中的问题；弹簧内加有可以伸缩的装置，通过控制拉环上的绿色按钮改变拉环的长短。这款公交车的拉环突破了现有公交拉环的形式，采用了弹簧在拉环上。弹簧内部设有可伸缩结构，通过按绿色按钮可以改变它的长度，以适应不同高度的人群，改变车厢里的安全环境。拉环表面有一层硅胶，硅胶柔软，可以更好的防止拉环对乘客的伤害。5、课程设计小结经过为期一周的人因工程课程设计，可以得出结论，南京市183空调车与非空调车扶手高度已超出99%人群可以够得到的高度。在这通过课程设计合计一周的人因工程课程设计中，我们真正的走出校门，进行实地调研，我们学到了很多，明白了实践的重要性，研究需要求真务实的精神。在实践开始前，我通过阅读大量参考文献来了解相关课题研究的必要性与先进性，对于公交车扶手的设计有了深刻的了解，也了解到了需要关于统计学的知识。知道了在课堂上的人因课程知识是如何应用到实际的设计当中去的，为人们的日常生活服务。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句话的真正含义，我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在深灰大潮中奔跑打下坚实的基础。很感谢有这次课程设计的机会，我明白了阳光总在风雨后的道理，明白了动手、动脑、勤奋和艰苦才能成功，成功的人永远走在世