基于人体模型的拖拉机驾驶室人机工程学研究

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拖拉机是一种十分重要的农业机械。其作业项目繁多、作业环境复杂、作业条件恶劣,使得拖拉机驾驶员的劳动强度非常大。拖拉机驾驶室设计与布置的不合理往往会给驾驶员带来很多不必要的生理心理危害。目前,国内的人机工程学研究在拖拉机驾驶室的设计领域应用还比较少。运用人机工程学理论对拖拉机驾驶室的设计与布置进行研究,设计出更舒适、更人性化的拖拉机驾驶室,对于缓解和预防拖拉机驾驶员的职业病、提高国产拖拉机的国内国际竞争力具有重要的意义。   本文基于样机“黄海金马1204”型拖拉机驾驶室的数据,对拖拉机驾驶室的人机工程学设计与布置进行了研究。   选取了30位拖拉机驾驶员样本,进行了拖拉机驾驶室舒适性满意度情况调查。调查结果显示,在拖拉机驾驶室内部的人机工程布置与设计方面,样本对仪表、方向盘和指示灯的满意度较高,对座椅、踏板、操纵手柄的满意度较低,“密封性差”和“夏天太热”已成为影响驾驶室整体微气候环境舒适性的首要因素。   分析了样机驾驶室人机工程设计与布置的不足,即H点位置、各操纵装置的尺寸布置不合理。根据GB/T6235-2004《农业拖拉机驾驶员座位装置尺寸》和SAE适意H点位置确定法SAEJ1517,对样机驾驶室的H点、各操纵装置进行了重新的布置和设计,在ProE中建立了优化设计后的拖拉机驾驶室三维模型。   根据GB10000-88《中国成年人人体尺寸》,利用CATIA软件中的Human Builder模块,编写了符合我国人体测量数据的中国人群文件程序,建立了我国拖拉机驾驶员的人体模型。   根据人体坐姿的舒适角度范围,利用CATIA软件中的Posture Analysis工具,对优化设计后的样机驾驶室的坐姿舒适性进行了研究。建立了拖拉机驾驶员人体模型正常坐姿时上臂、前臂、手腕、脊柱、小腿、大腿部位的首选角度范围,生成了人体模型在拖拉机驾驶室中正常坐姿时各部位和整体的坐姿舒适性分析报告。报告结果显示,当人体模型在拖拉机驾驶室中以正常坐姿工作时,其整体的坐姿舒适性评分为76.6分,人体处于次舒适状态下。其中,脊柱、前臂、大腿三个部位舒适性分值较高,分为:92分、88.8分、81.7分;手腕、小腿、上臂的舒适性分值较低,分为:57.6分、69.3分、77.8分。利用Find Best Posture工具建立了人体模型在拖拉机驾驶室中正常工作时的最优坐姿,该最优坐姿各部位关节间的角度值可为今后拖拉机驾驶室内椅面及椅背倾角的设计,踏板至H点水平尺寸的布置及方向盘水平尺寸、高度和倾角的设计提供一定的参考。   利用SAE的眼椭圆法及CATIA软件中的Vision工具、Compute a Reach Envelop工具对优化设计后的样机驾驶室的视野性能、手伸及界面进行了快速地仿真研究。研究结果表明,优化设计后的样机驾驶室的前方后视镜、室内的仪表装置、后悬挂农具作业区域均处于拖拉机前、后方视野范围内;各手操纵装置的布置均处于第5百分位男性拖拉机驾驶员人体模型正常坐姿时手伸及界面范围之内。   本文在CATIA软件平台下,利用人体模型对拖拉机驾驶室人机工程学设计进行了研究,可为今后人机工程学在拖拉机驾驶室设计领域的应用研究提供参考依据。
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