毕业设计（论文）-液压挖掘机驾驶室方案设计

目录目录1摘要2第一章绪论1.1.课题提出的背景和意义31.2.液压挖掘机驾驶室设计技术的国内外发展概况31.3.液压挖掘机驾驶室设计技术国内发展概况4第二章设计驾驶室所需人机工程学知识2.1.H点定义及其意义52.2.驾驶员的视区52.3.眼椭圆的定义6第三章驾驶室的各部位的详细设计3.1.驾驶室结构与外观设计需要考虑的因素和达到的要求83.2.合理选择驾驶室座椅需要考虑的因素和达到的要求93.3.合理的显示装置设计与布置153.4.合理的工作装置与踏板方案选取与位置控制163.5.驾驶室的视野性，手伸及性173.6.各设计数据的整合18总结19致谢20参考文献21翻译22摘要本课题就液压挖掘机驾驶室造型设计及人机布置进行了研究和探讨。在参考国内外工程机械驾驶室的基础上，结合近年来机械产品设计的新思路，提出了一种液压挖掘机机驾驶室设计方法：首先经过实践考察，根据以往的经验，初步确定总体尺寸，进行外观造型设计；然后基于人体尺寸数据信息，结合人机工程学的原则，通过H点定位确定驾驶员的最佳视角位置、最佳操纵位置，根据驾驶室内部布置参数使用PRO/E软件建立液压挖掘机驾驶室三维模型；最后，结合外观风格进行室内各配件造型。在各设计环节中，互相制约，互相反馈调整，最终达到最优设计。关键词：液压挖掘机，驾驶室，现代造型技术，人机工程学，H点，PRO/E建模,内部布置FormativedesignandergonomicsdisposaloftheTrenchlesshorizontaldirectionaldrillingABSTRACTThisissueisaimedtoexploretheFormativedesignandergonomicsdisposalofTrenchlesshorizontaldirectionaldrilling.Itbringsforwardadesigningmethodwhichisbasedontheconstructionmachinerydirectionaldrillingasareferenceandcombinedwiththenewtechnologiesandnewmethodsinthedesignofmechanicalproductsinrecentyears.First,obtainingthebasaldatesbypracticeandexperiencemakingtheFormativedesignofthepiledriver;then,makinguseoffleshdimensiondatainformation,,confirmingthebesthandlingpositionofdriver,confirmingcomfortroominthecabandthepositionofallcontrollingequipmentaccordingtothewayofergonomicsbythepositionofHpoint,makingthecabmodelusedofPRO/E,basedontheparameterofinsidedisposal;atlast,designingconfirmingandrenderingallthefittingsonthewholestale-layoutDuringthealldesigncourse,everyphasesiscomplaredandfeedbackadjustmenteachother,achievingtheoptimalresultbythismethod.KEYWOODS:theTrenchlesshorizontaldirectionaldrilling,moderndesigntechnology,ergonomics,Hpoint,PRO/E,insidedisposal.第一章绪论1.1课题提出的背景和意义近年来，随着国民经济的发展、基础设施建设的全面展开和社会固定资产投资的加大，作为国民经济支柱产业之一的工程机械产业进入了快速增长阶段，随着一大批国家重大基础设施的建设，工程机械产业的发展呈现出前所未有的良好态势。在强大的市场驱动下，国内工程机械生产企业都投入大量的资金来强化自己的软硬环境，提高研发能力、加工装配能力，力求在竞争中争取主动，抢占先机。液压挖掘机在随着工程机械的类型化、专业化，日益变得精益求精。在各个机构中的要求越发的严格，各项功能越发的完善。科研人员对非水平开挖钻机的改进、制作对日常工程的高效率、高安全起到非常大的作用。但是还是有一些地方需要优化，诸如大多数的此类机械都未能考虑工作人员的工作情况和工作时对驾驶人员的舒适度，大多数没有布置驾驶室，即使有驾驶室的也只是简易的，不能达到人性化，舒适度的要求。为了给工程工作人员提供较为舒适，人性化的工作环境，提高工人的工作效率，添加设计驾驶室方案是十分必要和可行的。本人计划在原有非水平开挖钻机设计方案的基础上，合理添加一个舒适度更符合人体需求的人性化的驾驶室设计方案。以此来填补该项设计空白，优化设计方案，为工程驾驶人员提供舒适良好的驾驶工作环境。参考已有的各类机械的驾驶室设计方案，综合各类的优缺点，加以借鉴，添加个人的设计理念，优化组合，达到设计要求。1.2液压挖掘机驾驶室设计技术的国内外发展概况我国液压挖掘机的发展概况我国非开挖铺管技术始于1953年北京的人工手掘式顶管，设备相当简陋。二十世纪80年代以前，非开挖铺管技术也只在局部不允许挖槽埋管的特殊工程中使用，因此我国对该技术的设备开发和研制工作没有足够重视。虽然取得了较大的进步，但是无论在施工技术装备设计上，还是在制造工艺上，我国仍处于较落后的状态。一些重大、大型非开挖铺管工程仍依靠引进国外设备。目前，国产技术装备与国外先进技术装备相比存在较大差距，加快国产装备的自主研发已迫在眉睫。因此加大对液压挖掘机的研究是非常必要和具有意义的，对液压挖掘机驾驶室的设计也是在考虑到工作人员的工作环境，与对人体的乘坐舒适性等情况下做出的新的，非常具有必要地研究。液压挖掘机驾驶室设计技术国外发展概况驾驶室作为整车各种系统的中心控制室，更是司机驾车、办公或者休息的空间，制造厂商都对驾驶室给予极大关注，各种新技术、新工艺、新材料得到了大量应用。而液压挖掘机驾驶室与汽车驾驶室有很多相似之处，在国外，汽车驾驶室设计技术的发展已经日渐成熟，注重舒适性，安全性，功能性与经济性的统一。国内驾驶室更多地是在侧重于经济性，配置和装备绝大部分都要求简单实用，对安全性、舒适性和使用寿命要求相对较低。传统的车身内部总布置设计是利用各种二维人体模板在图纸上进行二维制图设计。由于驾驶室结构复杂，且为三维空间，所以作图过程复杂而繁琐、费时费力、容易出现偏差，造成设计周期长、工作强度大、效率低、准确性差等缺点。1.3液压挖掘机驾驶室设计技术国内发展概况而在国内，驾驶室的一些参数往往凭经验而定。通常在整车性能参数选定之后，参考设计较为成功的同类车型的数据，而在其基础上进行修改，并在进一步和其它参数进行反复协调后，以此确定驾驶室参数。此种方法获得的最终结果，虽然也大致可以接受，但不可能是真正符合人机关系的结果。另外传统的驾驶室造型设计以实物模拟、移传递数据为主要特征，从而决定他的设计周期长、效率低、设计流程比较复杂，且难以保证设计的精度要求。驾驶室的内饰设计，都是根据企业原有的测绘数据，没按照现今中国人的人体尺寸进行改进或重新设计，也没在这方面进行人体学的验证，往往是当消费者反映比较大的问题经过经销商、售后服务等环节被企业上层认知后，才由设计部门进行相应的改善，这样的过程不仅缺乏时效性，而且也缺少有力的数据及其理论依据，最终导致了国产工程机械的操作舒适性差、驾驶不方便等一些不符合人体工程学的现象。我国机械驾驶室设计在“人性化”设计的方向发展才是刚刚起步，非常不成熟，根据目前应用人机工程学原理进行工程机械设计的现状,可以预计,今后的工程机械设计将更加体现人机工程学的设计思路与理念。1.防落物的钢件焊接结构——采用高强度钢半冲压成型，钢化玻璃，设有全开定位机构，门开度为180°；优越的全方位视野——无需倾斜身体就可以清楚看到钻具的作业状况，后视窗符合设计高度；2.安静舒适的驾驶室——欧洲环保设计标准，室内分贝不超过75分贝；全方位冷暖空调，保证空气流通；3.操纵方便、舒适——驾驶室内部按人机工程学原理设计；双滑轨道结构全方位可调悬浮座椅，上下前后、靠背翻角、扶手枕靠高度皆可调，配有机械悬浮装置，能最大限度减轻振动；4.全浮式结构——通过专用橡胶与机架连接，可缓解各部件产生的震动及噪音，给驾驶员一个舒适的环境；5.计算机监控系统——能显示各种部件工作信息，并能进行分析，有先进、高效、可靠的报警系统和故障诊断系统。设计驾驶室所需人机工程学知识2.1H点定义及其意义H点是二维或三维人体模型样板中人体躯干与大腿的连接点，也就是人的胯点位置。在人体模板中的部位为髋关节。在确定驾驶室各部位在驾驶室内的布置时常以此点作为定位的基准点。根据应用场合的不同H点的表达方式也有不太相同。设计H点设计H点是指在汽车设计总布置时的设计基准点。最后设计H点表示的是第95百分位的男子人体模型在最后位置时的胯点；最前设计H点表示的是第5百分位的女子人体模型在最前位置时的胯点。由最前和最后设计H点便可以求得座椅的水平行程和垂直升程。实际H点实际H点是指当H点三维人体模型按规定步骤安放在汽车座椅中时，人体模型上左右H点标记连接线的中点。它表示汽车驾驶员或乘员入座后胯关节在车身中的位置。汽车的实际H点在汽车车身总布置设计中有重要意义。座椅参考点座椅参考点是指座椅上的一个设计参考点，它是座椅制造厂规定的设计基准点。考虑到座椅的所有调节形式（水平、垂直和倾斜），座椅参考点确定了在正常驾驶或乘坐时座椅的最后位置。它表征了当第95百分位的人体模型按规定摆放在座椅上时，实际H点应与座椅参考点相重合。座椅参考点相对于车身坐标系的X、Y、Z坐标，为SAE（美国汽车工程师协会）中的L31、W20和H70三个硬点尺寸。驾驶员在车身中的位置（H点的位置）决定着驾驶员身体各关节角度和眼椭圆、头廓包络线、手伸及界面等在车身中的位置。因此H点决定了驾驶员的舒适性、操纵性、安全性和视野性等。因此，H点的确定对整个车身的布置有着十分重要的意义。2.2驾驶员视区汽车驾驶员的视野是指驾驶员处于正常驾驶位置时，并且当其眼睛和头部在正常活动范围内时，能直接或借助于辅助设备看到的视野范围。驾驶员视野分为直接视野和间接视野。驾驶员直接视野是指驾驶员不通过后视镜等辅助设备而能直接看到的范围；驾驶员间接视野是指驾驶员要通过后视镜等辅助设备才能看到的范围。按照与驾驶室相对位置关系，驾驶员视野又分为内部视野和外部视野。内部视野是指驾驶员看到的驾驶室内的范围，主要是驾驶员直接看到的范围。其中包括了转向盘在仪表板上形成盲区以外的范围。外部视野是指驾驶员直接或间接看到的驾驶室之外的范围。驾驶员盲区与驾驶员视野相对立的概念是驾驶员盲区。在汽车上阻碍驾驶员视线的物体称为视野障碍。被视野障碍挡住而使驾驶员看不见的区域称为盲区，用盲区角和盲区区域来表示。按照人眼的观察情况，盲区也分为单眼盲区、双眼盲区和两单眼盲区。所谓单眼盲区，就是左眼或右眼单独观察时，由于视野障碍物对视线的阻挡而形成的左眼或右眼看不见的区域。双眼盲区是左眼和右眼同时观察时，由于视野障碍物对视线的阻挡而形成的两眼都看不见的区域。两单眼盲区是左右眼的单眼盲区之和。盲区也有直接盲区和间接盲区之分。例如由转向盘轮缘在仪表板上形成的盲区就是直接盲区通过后视镜观察时由或立柱形成的盲区就是间接盲区。在检查盲区时，一般只需要知道双目障碍角或盲区区域之一即可。例如确定立柱形成的盲区仅知道双目障碍角就足够了，求方向盘轮缘在仪表板工作平面上形成的盲区时，则只需要知道盲区分布范围即盲区区域即可。2.3眼椭圆定义眼椭圆是由美国汽车工程师协会车身工程委员会人体模型分会提出的术语。汽车驾驶员的眼椭圆是指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到适意位置，并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车内坐标系中的统计分布图形。由于三维正态分布的图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。它用来描述一群驾驶员以正常驾驶姿势就坐时，眼睛在车内坐标系中的分布范围。三维的眼椭球模型来源于二维眼椭圆，SAE标准里把二维眼椭圆侧视图、俯视图推广到三维空间来就形成了眼椭球。驾驶员眼睛在车内坐标系中的位置是进行视野设计与校核的基准，它是视野设计的工具。驾驶员眼椭球的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。由于驾驶员身材、姿势及驾驶习惯的差异，视野原点不可能是某个固定点，而应是某种形状的分布图形，不能简单的以平均身材驾驶员的眼睛位置所在点作荐使用标准眼椭圆这种统计概念的图形作为汽车视野设计和校核的科学依据基准。眼椭圆在汽车视野设计与校核的应用中，眼椭圆通常是与视线联合在一起的。因此要用视切比来定义眼椭圆的百分位。所谓视切比即为含眼椭圆的切线一方区域的眼睛数与切线上、下方区域的眼睛总数之比。眼椭圆百分位实际上是落在视切线(切平面)的含眼椭圆一侧的眼睛的概率。若以一切线切第P百分位的眼椭圆，则落在切线含眼椭圆一方的眼睛百分比为P%，而落在切线另一侧的百分比为(100-P)%，95th百分位眼椭圆视线，则看到此目标的驾驶员眼睛数为眼睛总数的95%，这是因为落在视线的含眼椭圆的一侧的概率为95百分位眼椭圆视线驾驶员眼椭圆的建立为汽车视野设计和校核提供了科学依据，尤其在汽车概念设计中占有重要地位。它是进行视野设计与研究的基准点。确定汽车内外后视野区域、前风窗刮扫区域、A立柱形成的盲区以及转向盘在仪表板工作面上形成的盲区等都要用到眼椭圆。更重要的是，它可以使我们在量的概念上(以一定的百分位，或者以一定的概率)对视野进行评价。在满足以上要求的情况下，应用人机工程学原理进行布置。仪表台的布置从是考虑驾驶员眼部和头部的舒适程度出发，尽量满上空间的合理性，保证显示界面在以人的眼椭圆为圆心，半径不超过710mm的范围内。又根据人机工程学可知，在头部保持静止,而眼睛正常活动的状态下,在视野中,根据人眼对视觉信号的觉察效果的优劣可分为三个区域:良好视区,有效视区和条件视区，如下图1所示图1水平视区划分：左右各25°为良好视区；左25°到左50°和右25°到右50°为有效视区；其它区为条件视区。垂直视区划分：下0°到下30°为良好视区；上0°到上25°和下30°到下55为有效视区；其它区为条件视区。由于人体的脊柱是大致呈现S形状的，对于座椅舒适性的要求提出了更高的规格，同时也对于座椅的头枕、靠背、坐垫的外形的确定题出了参考信息。在人体的脊椎受力图上，可以了解到人体主要有枕骨受力点、肩胛骨受力点、腰椎骨受力点、大腿髌骨受力点、臀部位受力点等重要受力点，这些受力点的参考信息将会对座椅尺寸的设计与选取提供良好的数据支持。综上了解的情况所述，本毕业设计将着重于在以下几个方面进行设计和探索，以求在功能性与舒适性上能够取得突破：1.合理的结构与外观设计2.合理的座椅设计3.合理的显示装置设计与布置4．合理的踏板与操纵杆方案选取与位置控制5.驾驶室的视野性与手伸及性，合理地空间布局设计.6.各设计数据的整合第三章驾驶室的各部位的详细设计3.1.驾驶室结构与外观设计需要考虑的因素和达到的要求驾驶室的外观设计，驾驶室造型设计属于工业产品造型设计领域，它是工程技术设计和造型艺术在车辆产品上的有机结合。驾驶室造型设计除了保证钻机的技术性能、作业性能外，还须满足审美方面的精神功能，最终以市场竞争能力和人机系统的使用效能来加以检验。液压挖掘机驾驶室造型设计是使液压挖掘机的外观设计充分体现液压挖掘机性能的先进，驾驶室是工程机械框架件与薄板件重要的组成部分,是产品外观质量的体现；同时,它的设计直接关系到驾驶员作业时的安全和舒适,以及对工作人员疲劳强度的减轻和工作效率的提高有很大关系,因而在整个产品设计中占有重要地位。针对液压挖掘机的具体工作特点，结合工程机械的驾驶室设计行业标准，在本次设计中本人对液压挖掘机驾驶室的设计提出了以下两点想法：1.驾驶室是产品外观质量的重要标志,需要视野开阔且外形美观大方。大小、比例、尺寸符合人机工程学要求；驾驶室内应空气畅通,安装冷暖装置以调节室内温度以达到人体的舒适性。2.驾驶室具备一定的刚性和强度,同时合理布置驾驶室内的各种操作手柄和按钮的位置，达到优化的设计效果，使驾驶人员获得较为良好的驾驶物理环境。已达到较好的功能性在综合考虑上述各种要求后最后采取钢架结构的框架设计方案（如下图2、图3所示），此方案课以使加工制造变的简单，在保证强度的要求下能够很大的提高机械加工的效率，以此提高公司效益，同时使得驾驶室更好的成批量生产，以此来降低加工成本，更能更好的控制驾驶室的外形与结构。最后定下了，采取四段结构通过螺栓连接的方式使驾驶室连接成为整体的框架。此种方法可以降低工人的加工强度，提高工人的工作环境。在打桩机驾驶室造型设计上，紧跟时代潮流，追求自然舒适的视觉效果，体现稳重、安全、简洁、协调却又富有动感、主流等相当能提高档次的因素；在比例尺与尺寸设计上,在满足功能与结构要求之外,应主要考虑人机工程因素,参照人机工程学与审美学进行选择；在结构上主要考虑防放滚和落物功能。其主要设计参数基本按照以下原则：1.驾驶室高度以中国大身材尺寸1795mm为依据，以国家路桥限高为限；2.驾驶室的宽度以整车设计比例，以及所需要的液压挖掘机各功能配置为主要根据，以整车长度比例及国家交通法对路宽的为限；3.驾驶室的长度以驾驶室在整车的比例，及其液压挖掘机驾驶人员的操作需求的基本活动范围的前提下，和液压挖掘机驾驶室的配置功能为参考；以求使驾驶室的车身结构和内部布置达到功能与舒适美观的和谐统一。4.仪表盘及监控系统的高度应以人坐时手和眼睛触摸及观察所需要的位置为依据确定；达到易于观察和操作。5.玻璃以保证驾驶员有较好视野为原则,同时应做到线形轮廓与驾驶室整体的统一以及立式玻璃高度上的整齐一致；6.尺寸大小应尽量同时兼顾美学中的造型比例,选取如1/n、（n为正整数）、黄金分割比例等。采取外型方案如下图2、图3所示。图2图33.2.合理选择驾驶室座椅需要考虑的因素和达到的要求合理的液压挖掘机驾驶室座椅结构选取所需满足的的基本要求与布置方法1.工作坐椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。2.工作坐椅的座高和腰靠高必须是可调节的。座高调节范围在GB10000中“小腿加足高”，女性(18～55岁)第5百分位数到男性(18～60岁)第95百分位数，即360～480mm之间。工作坐椅坐面高度的调节方式可以是无级的或间隔20mm为一档的有级调节。工作坐椅腰靠高度的调节方式为165～210mm间较为舒适，最好能够无级调节3.工作坐椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，必须保证在椅子使用过程中不会改变已调节好的位置并不得松动。4.工作坐椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位。5.无论操作者坐在坐椅前部、中部还是往后靠，工作坐椅坐面和腰靠结构均应使其感到安全、舒适。6.工作坐椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性。。7.工作坐椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。座垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。座椅选择条件与分析人体尺寸的选取根据坐姿生理学和坐姿生物力学进行坐姿人体尺寸测量，如下图表4、5所示：图4图5液压挖掘机驾驶座椅的几何尺寸应参照国标GB10000—88提供的我国成年人人体尺寸、舒适坐姿人体模型的标准来确定，综合考虑人体的生理特性，以人机工程学为设计依据，使设计出的座椅满足大部分人的需求，其选取参数如下：1.座面高度：座面高度指室内地面至就座后坐垫后部座面的高度，座垫的高度取决于人体膝(腿弯)高度，即从地面到膝盖骨中点的垂直距离。其高度应使驾驶员大腿接近水平、小腿自然放置，既保证不因椅面过高而使大腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉的负荷。根据GB10000—88，成年男子的坐姿膝高在441mm～549mm之间，再考虑液压挖掘机驾驶室的舒适状态，本课题将座垫的高度设在(340mm～420mm)之间，根据以上分析，这个尺寸对大部分人来说应该是合适的，并且设计的座高是可调的，设未调时做面高度为400mm。2.座宽：座宽是司机座椅面的横向尺寸，即椅面左缘到右缘的距离，必须依据大身材人体尺寸进行设计。臀宽以女性群体尺寸上限为设计依据；为使驾驶员能调整坐姿，座宽取适当大于臀宽。座宽亦不能太大，否则肘部必须向两侧伸展以寻取支撑，这样会引起肩部疲劳。另外，座宽受液压挖掘机驾驶室内其他操纵部件的限制。根据国标GB10000—88，我国成年男子的坐姿臀宽范围为295mm～382mm。通常，加上修正尺寸，可取座宽为450mm，由于工程机械驾驶室主要由成年男性本操作，因此课题取较大尺寸，为470mm合适。3.座深：即坐垫前端至靠背表面之间的距离，由臀部至膝部长度即臀部最后面到小腿背面的水平距离来决定，正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位。如果座深大于小身材驾驶员的大腿长，座面前缘将压迫膝窝处的压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线，否则驾驶员必须向前缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持。这两种坐姿都是不舒适的。为适应绝大多数的驾驶员，座深应当按照较小百分位的群体设计，这样小身材驾驶员坐着舒适，大身材驾驶员只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。座垫深度不应该超过人的大腿长度，这样身材矮小的坐着舒服，身材高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。座垫深度按臀部至大腿表面全长3/4的尺寸设计。根据表2-1GB10000—88，我国成年女子坐深为388mm～469mm，本课题以按未调节时410mm设计。相对坐深（臀部最后面到小腿背面的水平距离）可以通过滑移装置调整，其调整范围为360mm～460mm。4.座面倾角：指座面与水平面所夹角度。座面后倾的作用有两点:一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠靠背，获得支持，可以降低背肌静压。二是防止坐者从座面前缘滑出座面。但是如果座面过分后倾，进行驾驶操作时，脊椎因身体前曲而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，同时还会压迫腹部，长期驾驶会造成生理上的伤害。因此倾角不能太大，一般为4～8度。坐垫表面最好有与臀部形态相适应的曲面。5.椅垫：坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量肌肉，人体重量的75%左右由约25cm的坐骨周围的部位来支撑，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。若在座面上加上软硬适度的椅垫，则测试研究表明，坐于椅垫上的臀部压力值大为降低，而接触支撑面积也增大，使压力分散。椅垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，因为身体可以适度地陷入椅垫。椅垫的软硬要适度.过硬的椅垫不足以起到预想的作用；太软的椅垫则使身体陷入其中，无法得到应有的支持，造成坐姿不稳，而身体为了维持一定的姿势，不得不使肌肉紧张，疲劳则容易产生。6.座椅扶手高和长：扶手高指的是座面到扶手上侧的距离，长指的是靠背表面到扶手前点的距离，扶手过高，过长，会造成手部支撑受力过大，不仅容易长生疲劳，最主要的是降低灵活性，影响操作，降低效率和安全；扶手过低，过短手得不到支撑。尤其是打桩机作业时手控制的是其操纵杆，其要求前臂不受限制自由，但又不能使手臂容易产生疲劳，所以扶手高度以上臂自由放置，前壁水平放置为限，长度设置可调，根据GB10000-88表2-1，我国成年男人坐姿肘高为214mm～312mm，本课题取未调时高度230mm，长为300mm进行设计。7.靠背的倾斜角度：设计靠背时通常是以正确姿势，即脊柱处于自然伸展状态的姿势为依据。使用形状和尺寸适当的靠背，能减少不必要的肌肉活动，但是靠背一定不能限制到脊柱和手臂的活动。靠背不仅支撑腰部，还要支撑背部和头部，否则就不能保持自然的姿势。靠背的倾斜角度在任何情况下均不得小于90°，从脊椎正常形态来看，该角度取105°较合适，设计成可调的，以适应驾驶员工作和工作间隙休息的需要，其调节范围为与竖直方向0°～90°，方便驾驶员休息。8.靠背高度：靠背高度是指座垫上平面（空载时）到靠背上端平行于靠背平面的尺寸，相关人体尺寸是座垫上平面到肩高尺寸。靠背高度过低，驾驶员得不到可靠的肩靠，靠背高度过高，影响驾驶员的后方视野。对带头枕的座椅，头枕的高度以P50百分位作为设计依据，靠背高度设计高度为580mm，头枕高度为120mm并可以上下调节高度以便使人的头部与头枕充分接触，调节范围为700mm～800mm。9.靠背的宽度：靠背的宽度与驾驶员的肩宽有关，根据GB10000-88,按P50百分位成年男子人体尺寸作为设计依据，本课题取最大肩宽中最小肩宽380mm为设计尺寸。综上所述，座椅的基本词存在考虑我国95%的人群的基本情况，提出1795mm为大身材尺寸，结合人身体结构的构造，得到座椅的尺寸的要求为：坐姿间宽为520mm左右，驾驶员背膝距为595mm，结合座椅12度的倾斜程度，在水平方向上不会产生干涉，则较为准确地确定出做一的尺寸。由资料课查，驾驶员在驾驶车辆时，腿部空间在正常驾驶时测量95百分位的中国男性模型关节点与仪表外台最外点之间的距离为188mm，膝关节与操作杆的距离为190mm具有足够的腿部活动空间。考虑到工程机械的驾驶的工作情况较为恶劣，尺寸可以适当提高一些，以此来提高驾驶室的舒适性。则得到座椅的基本尺寸为：座椅长为430mm，宽为530mm座椅靠背高度为810mm，两扶手高度考虑人体差异，基本定在240毫米。基于人机工程的座椅方案的选取，座椅是由带有气囊的支撑架支撑座椅垫，以此来缓冲外部震动对驾驶室的振动，以此来提高操作人员的乘坐舒适性，同时又助于提高工作人员的工作效率。且气囊又可以在一定的范围内调节座椅的高度，对不同身高的人群，具有较大的乘坐舒适性。又有前后滑动的导轨与座椅垫相互配合，通过滑动导轨来调整前后的位置，以此来根据不同个人的具体情况，由工作驾驶人员根据个人的身体条件和个人喜好与个人兴趣来对座椅进行调整。此方案对于不同身高的驾驶人员具有较大的乘坐舒适性。因此选取此类型的座椅来进行布置。座椅的各个部位的大致设计尺寸效果图如下图6、图7所示。图6图7合理的座椅布置与安装座椅在液压挖掘机驾驶室室内的布置要考虑人的身体各个部位的对称因素，一般需要布置在驾驶室中线处，已达到与驾驶人员的身体中心达到重合的要求，以此使驾驶室达到与驾驶人员的身体的物理要求与生活习惯的高度契合，如此对于提高驾驶室的乘坐舒适性，提高驾驶人员的工作效率会有很大的帮助。驾驶室的座椅的底座高度要达到一定的高度，不合理的布置高度会使驾驶人员难以获得良好的驾驶感觉，不仅对工作效率会产生很大的影响，降低工作效率，同时会对驾乘人员的身体会有交大的伤害，更有甚者会引发工程事故，造成极大地人员与财产伤害。因此对于座椅的布置与安装要近可能的符合人体身体的情况。以此达到良好的乘坐与驾驶效果。图83.3.合理的显示装置设计与布置在液压挖掘机驾驶室的设计中，要着重考虑各个显示装置的设计与布置情况。由于人体的身体特性，对外部环境的感知具有一定的约束性，人的视力所能达到区域是具有眼椭球形状的外形。超出眼椭球区域，对于驾驶人员来说很难看到显示装置所显示出来的数据，以至于对液压挖掘机驾驶操控带来极其不便的影响。因此在驾驶室的设计中，对于显示装置的设计和布置是极其重要的因素，需要着重加以考虑。在不考虑其他因素时应尽可能的使显示装置放置在人体的正前方的适当距离。由于本次设计主要着重于驾驶室的课操作性与舒适性的，以及对事业的开阔性考虑。对于居于正中将会很大程度上影响到其他装置的布置，在于此显示装置的布置将会考虑布置在人体的侧前方使得驾驶人员视力能够较为轻易观察的位置。对于左侧已经有了驾驶室的门框，不便于安装布置显示装置，因此采取在左侧布置仪表，各功能按钮等显示装置。且尽可能使所有显示装置在同一区域，这样会对驾驶人员的操作将会变得较为容易。且便于管理和操作。且位置离液压挖掘机驾驶人员的距离要在手课初几范围之内，最好是在驾驶人员工作时，身体不需要有弯曲，偏移的要求。这样对于操控将会非常的适宜。因此采取如上图所示的方式配装显示装置。以此来满足功能性的要求，同时达到人性化与舒适性的需要,如图9所示。图93.4.合理的工作装置与踏板方案选取与位置控制工作装置指的是驾驶员在控制液压挖掘机时所操作的装置，包括行走操纵装置，作业操纵装置，作业操控按钮面板，配件操控按钮面板。在本课题布置与设计中，主要是从人机工程学的关于手脚舒适区可及区域出发，针对液压挖掘机的运行要求而进行选择与设计。图10操作杆操作杆是一种需要较大的力来操纵的控制装置，其运动在液压挖掘机驾驶室的操作主要是前后方向的推动来控制钻机的工作与行走，要求能够在在较小角度内，达到精确的控制与调节，最好能够在30度以内，这样操作起来幅度较小，对人体的操作较为舒服，在长时间的工作中睡驾驶人员的手臂承载较为理想，减低驾驶人员的疲劳感觉如图10所示。对于操作装置要利于操作，操作简洁，以此达到理想的工作效率。对于操作手柄要与人体的手掌的握紧形状想配合，以此达到舒适的操作感觉，同时操作杆要具有在一定工作岗位上的自锁功能，以此防止因操作杆失效而引起的工程事故。对于驾驶液压挖掘机行走的操纵杆，要与驾驶人员的肩部稍低，以此达到极好的驾驶感觉。大致偏低100mm。工况操作手柄对于控制液压挖掘机驾驶室工况的情况的控制杆，要与身体左右两侧保持一定距离，防止影响操作。脚踏板的设计与定位脚踏板要尽力与操作人员做与驾驶座椅上的自然让开距离布置，对称布置与行进操作杆两侧。这样既可以达到驾驶人员舒适的工作感觉，同时也可以避免两侧踏板的误操作，提高驾驶室的操作安全与舒适性，达到符合人性化的需要。3.5.驾驶室的视野性，手伸及性驾驶室的的视野性要开阔，要求驾驶人员在不同的工作情况下，能够在较小的位移和扭转情况下达到良好的视野性，对于驾驶室的室外情况的变化能够具有极好的掌握，对于液压挖掘机的驾驶得到及时的工作情况，适应在不同工作情况下得到快速的响应，及时对工况进行调整。对于液压挖掘机的驾驶室要保证足够的通透的地方，达到室内的采光良好。所以此驾驶室采用的钢骨架结构，在保证结构钢度强度下，在前后左右都留有安装玻璃的框架，以此技能满足视野开阔的的要求，达到对外部情况的时实掌握。对于驾驶人员在驾驶室座位上要求只要稍微移动或扭转就能触摸到驾驶室内的任何操作按钮。同时在各个部位上要操作方便易行。同时要保证驾驶人员在驾驶室内要有足够的活动空间。另外配有工具箱，以对机械在工作时对一般要求的机械工具能够及时方便使用，加大工作维修中的便捷性。同时另有工具箱中有两个特制小格放置一些驾驶人员自己一般工作时需要的个人物品（如水、毛巾等），达到人性化的布置。在后视镜的做用下，行驶过程中可以对以背后外部的方向的驾驶起到辅助作用，提高驾驶的安全性。同时在驾驶室顶部和前方有三个大灯，前方的两个大灯，用于行液压挖掘机在夜间行进中起到照明做用，以对驾驶人员在夜间驾驶室获得良好的视线，保证驾车的安全性能。顶部的一个大灯用于液压挖掘机在夜间工作情况下获得良好的视觉效果，。驾驶液压挖掘机会出现下雨等不佳天气，因此在视线前方的外框架上布置有刮雨器，使机械在雨也能正常行驶和工作，如图11所示。图11对于晴天的遮光性考虑，在参考汽车驾驶室的遮阳板后，认为汽车的驾驶室遮阳板不能满足液压挖掘机驾驶室的需要，因此借鉴长途客车下拉式遮阳板，此种遮阳板可以根据需要的尺寸大小定制，满足个性化的需要。对于两侧的窗玻璃采用可收缩窗帘来满足遮阳要求，达到人性化的设计方案。3.6各设计数据的整合总体尺寸的选择与空间布置情况：在考虑各种工况情况下的分析，结合中国的人体尺寸，对以上五个部分的综合考虑，加以优化配置，得到驾驶室的长x宽x高取为1200mmx1070mmx1650mm得总体尺寸，经过对称布置如下图12所示。图12总结本次毕业设计通过查找资料，实地观看工程机械的驾驶室的内部结构等途径对液压挖掘机驾驶室的设计有了较为清晰地了解和认识。通过查询中国人体尺寸分布状况，结合人机工程学的设计要求，本人在液压挖掘机驾驶室的外骨架、操作箱、座椅、工具箱、仪表显示结构等进行了诸多改进设计，在骨架方面采取与以往不同的连接方式，采取分为四部分而作为可以拆解的结构件，降低了对加工能力的要求。在操作箱方面，采取左右对称布置，与人体尺寸相结合，利用人机工程学知识进行优化设计，使其更能与驾驶人员的人机交互。在座椅方面采取了与普通座椅不同的方案，使得座椅能够在前、后、左、右四个个方向都能进行移动与定位，使驾驶人员能够更好地与液压挖掘机驾驶的各操作部位相互联系与操作。对于提高驾驶人员的工作效率和身体有很大好处。工具箱方面采取了左右对称的四个格子状结构。既能储存驾驶室工具，也能在小些格子里安防一些驾驶人员的随身物品等。在这些部位的总体考虑后，经过相互之间的调配，尽可能的达到各项人机工程学的要求。第五章致谢

第六章参考文献[1]王洪欣，李木，刘秉忠.机械设计工程学[Ⅰ].徐州：中国矿业大学出版社，2004[2]唐大放，冯晓宁，杨现卿.机械设计工程学[Ⅱ].徐州：中国矿业大学出版，2004[3]许洪基，现代机械传动手册.北京：机械工业出版社，1995[4]范维唐等.《综采技术手册》（上、下）.煤炭工业出版社，1997[5]吴相宪.实用机械设计手册.徐州：中国矿业大学出版社，2001[6]王启广、李炳文、黄嘉兴.《采掘机支护设备》.中国矿业大学出版社，2006[7]甘永立.几何量公差与测量.上海：上海科学技术出版社，2003[8]成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2004[9]方昆凡.公差与配合技术手册.北京：北京出版社，1983[10]王启义.中国机械设计大典.南昌：江西科学技术出版社，2002[11]吴忠泽.机械设计师手册.北京：机械工业出版社，2002[12]范维唐等.采煤机械化设备使用与维护。黑龙江科学技术出版社，1988[13]成大先.机械设计师手册单行本润滑与密封.北京：化学工业出版社，2004[14]成大先.机械设计师手册单行常用设计资料.北京：化学工业出版社，2004[15]程志红，唐大放.机械设计.南京:东南大学出版社,2006[16]洪晓华.矿井运输提升.徐州：中国矿业大学出版社，2005[17]甘永立.几何量公差与检测。上海：上海科学好、技术出版社[18]单辉祖.材料力学.北京：高等教育出版社，1999[19]程居山.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社，1997[20]王启广，黄嘉兴.液压传动与采掘机械.徐州：中国矿业大学出版社，2005[21]谢锡纯，李晓豁.矿山机械与设备.徐州：中国矿业大学出版社，2000[22]白杰平，伍锋，潘英.ScienceandTechnologyEnglishforMechanicalEngineering.徐州：中国矿业大学出版社，1997[23]JosephE.Shigley,CharlesR.Mischke.机械工程设计.北京：机械工业出版社,2002[24]TunnellingandUndergroundSpaceTechnology18395—404,2003[25]何萍.人机工程学在工程机械设计中的应用[N].萍乡高等专科学校学报,2007.3.[26]丁玉兰，主编.人机工程学（修订版）[M].北京：北京理工大学出版社，2002.2.[27]何灿群.人机工程学产品设计[M].北京