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大型矿用挖掘机是矿物开采的重要设备,其工作环境复杂,粉尘集聚严重,噪声大。在如此复杂的工作环境中,驾驶室的舒适度显得格外重要,直接影响操作人员的操作效果。目前国外在大型矿用挖掘机驾驶室舒适性方面的研究取得了一定进展,并将研究应用于设计和生产。而国内大型矿用挖掘机制造商主要集中于机械性能的研究,对驾驶室的舒适性研究不够深入,使得在实际生产中,驾驶室内部的设计和制造只能参考类似产品进行简单地组装,其结构尺寸、布局等方面难以满足我国驾驶员的需求。因此,有必要结合人机工程学的基本知识,设计出符合我国驾驶员使用需求的驾驶室。本文从人机工程学的角度出发,利用TOPSIS方法,对驾驶室的界面布局以及外观造型进行设计,旨在优化驾驶室的人机性能,通过改善舒适性能提高驾驶员的工作效率与安全性。
通过对设计、生产和使用部门的实地调研,对某型号大型矿用挖掘机目前的内部布局、组成元件进行了分析,总结出现有矿用挖掘机驾驶室中存在的问题。综合应用TOPSIS方法、车辆人机工程学理论、车辆人机界面、车身造型理论梳构建本文总体框架,明确了本课题的主要研究内容,即驾驶室内部设计与驾驶室外观造型设计两部分。
在室内设计部分,根据驾驶室内部的组成及设计原则,首先对中控台进行设计分析,为方便驾驶员进行操作,将独立式操作台改进为半环绕式中控台。采用TOPSIS法对中控台各个元件的布局进行分析设计,以元件的使用频率为基础获得各操作元件的权重值,对驾驶室操作元件的优先序进行排序;综合分析排序结果与驾驶员的使用经验,对操作元件的逻辑关系进行分析,设计出依照元件重要性、操作逻辑进行排序的操作台布局。然后,基于人机工程学的基本原理,对座椅和扶手进行改良设计。最后,利用RAMSIS仿真分析,对改进后中控台的手伸性能和舒适性进行了验证,得到了较好的效果。
在室外造型设计部分,通过与太原重型机械集团技术中心的技术人员的共同探讨,结合企业产品造型风格,设计出四款该矿用挖掘机的驾驶室造型方案。在对四款造型方案进行评价与筛选时,首先通过调研与分析筛选出评价指标,引入改进的AHP获得统一多位专家意见的指标权重值;然后,利用模糊TOPSIS法,基于同一专家意见的指标权重值,对四款方案进行评价,得到方案的排序结果,选出最优方案。最后,通过敏感性分析实验,对评价结果进行检验,验证了该方法的正确性。
本文解决了大型矿用挖掘机驾驶室操作台布置不合理的问题,提供了基于权重分析、操作逻辑的操作台布置方案,合理地改进了操作台的造型布局;解决了驾驶室外观造型单调的问题,探讨了多种设计方案并提供了造型方案筛选与评价的方法,为大型矿用挖掘机驾驶室的后续研究提供了理论基础。
通过对设计、生产和使用部门的实地调研,对某型号大型矿用挖掘机目前的内部布局、组成元件进行了分析,总结出现有矿用挖掘机驾驶室中存在的问题。综合应用TOPSIS方法、车辆人机工程学理论、车辆人机界面、车身造型理论梳构建本文总体框架,明确了本课题的主要研究内容,即驾驶室内部设计与驾驶室外观造型设计两部分。
在室内设计部分,根据驾驶室内部的组成及设计原则,首先对中控台进行设计分析,为方便驾驶员进行操作,将独立式操作台改进为半环绕式中控台。采用TOPSIS法对中控台各个元件的布局进行分析设计,以元件的使用频率为基础获得各操作元件的权重值,对驾驶室操作元件的优先序进行排序;综合分析排序结果与驾驶员的使用经验,对操作元件的逻辑关系进行分析,设计出依照元件重要性、操作逻辑进行排序的操作台布局。然后,基于人机工程学的基本原理,对座椅和扶手进行改良设计。最后,利用RAMSIS仿真分析,对改进后中控台的手伸性能和舒适性进行了验证,得到了较好的效果。
在室外造型设计部分,通过与太原重型机械集团技术中心的技术人员的共同探讨,结合企业产品造型风格,设计出四款该矿用挖掘机的驾驶室造型方案。在对四款造型方案进行评价与筛选时,首先通过调研与分析筛选出评价指标,引入改进的AHP获得统一多位专家意见的指标权重值;然后,利用模糊TOPSIS法,基于同一专家意见的指标权重值,对四款方案进行评价,得到方案的排序结果,选出最优方案。最后,通过敏感性分析实验,对评价结果进行检验,验证了该方法的正确性。
本文解决了大型矿用挖掘机驾驶室操作台布置不合理的问题,提供了基于权重分析、操作逻辑的操作台布置方案,合理地改进了操作台的造型布局;解决了驾驶室外观造型单调的问题,探讨了多种设计方案并提供了造型方案筛选与评价的方法,为大型矿用挖掘机驾驶室的后续研究提供了理论基础。