基于Pro/E Manikin的拖拉机驾驶室人机工程评价方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)南京农业大学工学院 作者:杨飞

  人机工程学设计是拖拉机驾驶室设计中非常重要的部分。该文以确定的H 点为参考,运用人机工程学设计原则,对拖拉机驾驶室的驾驶员座椅和各操纵装置进行了布局和设计,并建立了驾驶室的Pro/E 三维模型,运用Pro/E Manikin 模块对驾驶员的坐姿舒适性、驾驶员视野性能、驾驶员的操作空间3 个方面进行仿真和评价。结果表明,原设计方案中无法同时满足对各操纵装置的舒适性。对驾驶室优化布局和设计,首先,H 点位置在X 方向的坐标位置为550 和581 mm 时,分别调用第5 百分位和第95 百分位的中国男性人体模型进行分析,各操纵装置在操纵舒适性的RULA 分析分数为1 时,方向盘、变速杆、侧控台和前控台距踵点水平距离范围分别为290~352、366~437、375~420 128~213 mm。其次,通过Pro/E Manikin 中到达包络的阴影区域检查操作空间是否符合要求。最后,在进行驾驶室设计过程中,将消音器和空气滤清器的位置设计在前立柱对驾驶员形成的盲区范围内,将水平面前方2 个不可避免的盲区(12.81°和14.36°)叠加,最大程度的减小了驾驶员的盲区。优化设计后的驾驶舒适性、视野性能及易操作性在一定程度上都得到了改善。该方法为拖拉机驾驶室人机工程学设计提供了一定的参考。

  引 言

  拖拉机驾驶室人机工程学设计主要是根据操作者的生理特征、运动特征、心理特点、体能限度以及习惯等因素,结合人机工程学设计原则,对拖拉机驾驶室内各操纵装置、显示调节装置和座椅等结构进行合理的设计,同时要尽可能减小驾驶室内的噪音和振动,为驾驶员提供一个方便而舒适的工作环境。

  拖拉机驾驶室的人机工程学研究最早可以追溯到上世纪50 年代,为了提高拖拉机驾驶室的驾驶舒适性,设计师们开始将飞机驾驶舱和汽车驾驶室的一些人机工程学研究方法运用到拖拉机驾驶室设计中。随着人机工程学理论的发展与完善,对拖拉机驾驶室的座椅、显示装置、操纵装置、驶环境及安全性能都进行了深入的研究。目前,国外重点开展了驾驶室和座椅减振悬架的研究。国内对拖拉机驾驶室人机工学的研究起步比较晚,大多侧重在理论分析上。

  拖拉机人机工程学研究方法比较多,本文运用Pro/E Manikin 模块对拖拉机驾驶室人机工学设计进行研究。将数字化人体可视性和仿真模拟用CAD 用户界面的方式呈现在工程师的桌面上,很直观的对人的视野、操作空间进行评价,同时可以通过标准运算法则对工作任务进行分析和评价,如举起和放下、推拉、能量消耗及姿势分析等。在拖拉机驾驶室设计过程中,运用Pro/E Manikin 模块对人机工程学设计进行评价,可以有效的减少产品开发成本和缩短开发周期。

1、模型的建立

  1.1、H点的确定

  H 点是人体身躯与大腿的铰接点,即胯点(HipPoint),在人体模板中为髋关节。H 点的确定有2 种方法:一是根据GB/T6235-2004《农业拖拉机驾驶员座位装置尺寸》中拖拉机驾驶员座椅标志点SIP 的推荐值确定范围[21];二是通过美国汽车工程师学会SAE 驾驶员H 点位置曲线确定。本文结合这2 种方法确定H 点。GB/T6235-2004 中推荐的SIP 至踏板中点的水平距离l1的推荐范围为600~720 mm, SIP 距踏板中点的垂直高度h1 的推荐范围为450~520 mm。本文选取l1 和h1 的这2 个推荐范围值作为H 点的限值范围,即H 点在驾驶室中X 方向和Z 方向的值应分别在这2 个范围内,H 点Y 方向位置则在驾驶室纵向中心面上。根据所设计的实际车型KT1804 轮式拖拉机驾驶室的具体空间尺寸,以及拖拉机销售区域的人体特征,选定h1 为500 mm,l1 的值通过SAE适意H 点位置确定方法确定。

4、结 论

  1)分析了拖拉机驾驶室人机工程学设计的主要内容及研究方法,提出了基于Pro/E Manikin 模块的拖拉机驾驶室人机工程学评价方法。

  2)结合GB/T6235-2004《农业拖拉机驾驶员座位装置尺寸》中拖拉机驾驶员座椅标志点SIP 的推荐范围,运用美国SAE 适意H 点位置确定方法,重新确定了KT1804 拖拉机驾驶室H 点的位置。以确定的H 点为参考,运用人机工程学设计原则,对拖拉机驾驶室的驾驶员座椅和各操纵装置进行了重新布局和设计,并建立了驾驶室的Pro/E 三维模型。

  3)通过Pro/E Manikin 对驾驶员的坐姿舒适性、操作空间合理性、视野性能3 个方面进行了分析和评价,其分析结果能较好的说明驾驶室设计的合理性。

  通过对所设计的拖拉机驾驶室进行仿真分析,表明在拖拉机驾驶室人机工程学设计过程中,运用Pro/E Manikin 模块可以有效的对设计方案进行评价。该方法为拖拉机驾驶室人机工程学研究提供了一定的参考依据,并为拖拉机驾驶室的人机环境的进一步优化奠定了基础。

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