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割草机操作及防护系统设计的人机学评论徐炯200734018割草机，割下牧草或其他可制成干草的作物，并将其铺放在地面上的牧草收获的机械。有往复式和旋转式两类。往复式割草机在19世纪50年代后期用于生产，初是用畜力牵引，由地轮驱动割刀。20世纪初开始发展拖拉机牵引的割草机，20年代以后改由动力输出轴驱动割刀，30年代开始发展拖拉机悬挂往复式割草机，60年代中期又发展了旋转式割草机。中国在20世纪20年代开始使用畜力往复式割草机，50年代初期和后期先后开始生产畜力和拖拉机牵引往复式割草机。随着人工草场的发展，70年代中期开始生产并使用旋转式割草机。在畜牧业机械化高度发展的国家，新型割草机的研究正向着高速、节能的方向发展。割草机的优点：功效高：一般每台割草机，每日可割草8667m2以上，其功效相当人工除草（每日0.5667m2）的16倍。效益佳：由于割草机旋转速度快，对果园杂草的切割效果好，特别对嫩度高的杂草的切割效果更佳。一般一年除草3次，基本能达到除草要求。保持水土：人工采用锄头锄草，由于在锄草的同时松动了表土，所以往往会造成一定的水土流失，在梯坎上人工锄草，造成的水土流失会更严重。而采用割草机除草，因为仅是切割掉杂草的地上部分，对土壤表面几乎没有影响，加上草根的固土作用，对保持水土极为有利。增加肥力：采用割草机除草，要待杂草长到一定的高度后才进行，割下的大量杂草可覆盖果园，又可当果园的有机肥，增加土壤肥力。 使用范围： 适用于平原、丘陵、梯田、果园、三角地等大小地块芦苇、苜蓿、鱼草等各类杂草, 操作简单,工作效率高，（主要是指背负式割草机）。 近几年来，我国越来越重视对城市的绿地覆盖，用于维护草坪的割草机也已经成为人们生活中的必备工具。作为与人和环境均密切相关的割草机，在其设计与使用过程，蕴含着大量的人机工程学问题。为了使割草机的设计更趋于成熟，为了提高草坪割草机的品质和市场竞争力，使用户在操作时更加方便和舒适，则需要运用人机工程学的原理来设计草坪割草机的结构，将其置于“人机环境”这个综合系统中充分考虑。人机工程学作为一门新兴的学科，在机械设计中也获得越来越广泛的应用。按国际人类工效学会的定义：人机工程学是研究人在某种环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机械及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。人机工程学就是研究与解决“人机环境”三者协调统一，使人机系统和谐的学科。在早期的草坪割草机设计中，割草机一般由专业人士操作使用，对机器的设计着重于追求功能、工作效率和工作的可靠性。现在，割草机越来越多地由非专业人员操纵使用，对它的设计也要求方便、简单、舒适和安全，也即布局、外型、色彩、操作到安全防护等多个方面要求更多地满足人机工程学的设计要求。狭义的“人机环境”中，人指的是机器的操作者，而环境也是指的操作者的使用环境受机器的工作所影响的部分。也就是说，机器的设计要考虑使机器的操作使用和工作环境满足操作者的生理和心理要求，达到工作环境舒适、安全、操作方便、简便、减轻操作疲劳和提高工作效率的目的。广义的“人机器环境”中，人，不仅仅是指机器的操作者，而是扩大到机器使用环境中有可能受到机器工作影响的其他人，而系统中所指的环境则是指操作者、机器和被影响人所共同拥有的环境，其中，既有受机器影响的操作者的工作环境，又有受机器工作影响周围人所处的环境。在设计割草机时，既要考虑割草机结构、外型和操作满足人机工程学的要求，使普通的家庭使用者轻松、方便、可靠地操作，也要考虑割草机在工作时对周围人和环境所造成的影响。因此，在草坪割草机设计中，必须将草坪机放入广义的“人机环境”系统中加以考虑，并按人机工程学的原理进行设计，才能使所设计的机器与人和环境达到完美的和谐，并使机器能更好地为人类服务。其思想也可以推广到其它机械和产品的设计中。将草坪割草机置于广义的“人机环境”系统中，按人机工程学原理进行设计，主要从操作系统和安全防护两个方面讨论家用草坪割草机的人机工程学设计问题。1 操作系统的设计家用草坪割草机的基本结构和操作把手如图$ 所示，其基本的操作把手有：操作把手、启动拉手，行走离合手柄，发动机油门调节手柄，变速手柄等。其中操作把手是最主要的操作件，割草机的前进、后退和转弯等都是由操作者控制操作把手实现的，而其它的操作控制则均安装在该把手上。为使操作方便、轻松，目前家用草坪割草机趋向于采用环形把手，操作者双手握把的宽度在工作中可以任意调节，这样可以减轻操作者操作的疲劳。并且，在机器前进过程中，操作者也可以一手扶把，另一手可随意操作其它的手柄。为了使操作者在使用时处于舒适的状态和适宜的环境中，在设计中就必须充分考虑人体的尺度和人体在站姿下手操作的有利工作区域和操作方向。以环形把手为例，主要考虑把手的宽度、高度、把手的长度和把手安装角度。环形把手的宽度应考虑站姿双手推操作时，最有利、最不易疲劳的双手握宽，这个宽度按人机工程学的要求应该不超过人体的肩宽， 我国正常成人男女肩宽和人体主要尺寸按GB10000-88标准所示，把手的宽度应以不超过人体肩宽加手握把时的一只手握宽。因此，把手适宜宽度如按肩宽加上手握持的时候宽度设计，按成人男子P90百分位数应不超过500MM，按成人男子P50 百分位数设计则应不超过475MM左右。环形把手的高度的设计应考虑站姿操作时手操作的有利工作区域。不易疲劳、比较省力的手推操作高度应不低于站姿时的肘高，而又不能高于肩的高度，为使割草机的把手高度适合九成以上成人男女舒适地操作，把手高度应不低于P90百分位数成人男子肘高，而又不高于P10百分数女子的肩高，所以应为1079MM至1211MM考虑把手较低有利于推力作用，因此，如把手的高度不能调节，则其设计高度应在1100MM左右。把手最舒适的位置应略高于肘高，因此，如果考虑不同身体的人都能在最舒适的状态下工作，则把手的高度应做成可调节的，其调节范围为：1100MM至1200MM。环形把手长度和把手安装角度，应满足如下的设计要求：1） 考虑到安装支点应该比后轮高，并且有足够的高度放集草袋，并不让它拖地。把手在机体上安装支点的高度应取450MM550MM。2）脚与集草袋不干涉，即当人与割草机一起向向前进时，脚应不与割草机后面安装的集草袋后部相碰。以常用割草机为例，把手支点到集草袋后部的距离在700到800MM之间。3）最佳操作力的要求。家用草坪机转弯时，一般需用手下压把手，使割草机绕后轮与地的接触点上翘，并绕该点转动。过大则不适于女性经常性转弯操作，且易疲劳；而过小割草机在正常行进过程中会由于颠簸或集草袋装满草而使前轮经常抬起，而影响割草效果，所以比较理想的操作力应在50N120N之间。经上述数据计算可知，常用割草机的把手的长度可在10001200MM之间，倾角可在2645之间。2 安全防护结构的设计由于割草机高速旋转的刀片有可能对人造成伤害，因此，割草机防护结构的设计十分重要，它不仅要防止割草机工作过程中对操作者的伤害，也要防止对工作环境中其他人的伤害。防护结构的设计最主要考虑两个方面：1） 刀片护罩应能保证当操作者或旁人的脚误伸入护罩时，而不受伤害。根据ISO5395-1990和我国林业部标准LY/T1202.4-2001：草坪割草机试验方法要求，割草机刀罩应满足脚模型试探器试探试验的要求,试验在刀片处于最低两种割草位置时分别进行，由此，即可得到安全的刀罩下沿离刀片轨迹平面的距离及刀罩侧边离刀尖的允许最小距离。2）割草工作时应防止刀片击中草地中硬物使其沿排草通道飞出，而击伤操作者或割草环境中的其他人。这里将割草机的设计放入广义的“人机环境”系统中来考虑，从操作把手和安全防护系统两个方面出发