基于Pro/E Manikin的拖拉機駕駛室人機工程評價(jià)方法
人機工程學(xué)設計是拖拉機駕駛室設計中非常重要的部分。該文以確定的H 點(diǎn)為參考，運用人機工程學(xué)設計原則，對拖拉機駕駛室的駕駛員座椅和各操縱裝置進(jìn)行了布局和設計，并建立了駕駛室的Pro/E 三維模型，運用Pro/E Manikin 模塊對駕駛員的坐姿舒適性、駕駛員視野性能、駕駛員的操作空間3 個(gè)方面進(jìn)行仿真和評價(jià)。結果表明，原設計方案中無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足對各操縱裝置的舒適性。對駕駛室優(yōu)化布局和設計，首先，H 點(diǎn)位置在X 方向的坐標位置為550 和581 mm 時(shí)，分別調用第5 百分位和第95 百分位的中國男性人體模型進(jìn)行分析，各操縱裝置在操縱舒適性的RULA 分析分數為1 時(shí)，方向盤(pán)、變速桿、側控臺和前控臺距踵點(diǎn)水平距離范圍分別為290～352、366～437、375～420 128～213 mm。其次，通過(guò)Pro/E Manikin 中到達包絡(luò )的陰影區域檢查操作空間是否符合要求。最后，在進(jìn)行駕駛室設計過(guò)程中，將消音器和空氣濾清器的位置設計在前立柱對駕駛員形成的盲區范圍內，將水平面前方2 個(gè)不可避免的盲區(12.81°和14.36°)疊加，最大程度的減小了駕駛員的盲區。優(yōu)化設計后的駕駛舒適性、視野性能及易操作性在一定程度上都得到了改善。該方法為拖拉機駕駛室人機工程學(xué)設計提供了一定的參考。
引 言
拖拉機駕駛室人機工程學(xué)設計主要是根據操作者的生理特征、運動(dòng)特征、心理特點(diǎn)、體能限度以及習慣等因素，結合人機工程學(xué)設計原則，對拖拉機駕駛室內各操縱裝置、顯示調節裝置和座椅等結構進(jìn)行合理的設計，同時(shí)要盡可能減小駕駛室內的噪音和振動(dòng)，為駕駛員提供一個(gè)方便而舒適的工作環(huán)境。
拖拉機駕駛室的人機工程學(xué)研究最早可以追溯到上世紀50 年代，為了提高拖拉機駕駛室的駕駛舒適性，設計師們開(kāi)始將飛機駕駛艙和汽車(chē)駕駛室的一些人機工程學(xué)研究方法運用到拖拉機駕駛室設計中。隨著(zhù)人機工程學(xué)理論的發(fā)展與完善，對拖拉機駕駛室的座椅、顯示裝置、操縱裝置、駛環(huán)境及安全性能都進(jìn)行了深入的研究。目前，國外重點(diǎn)開(kāi)展了駕駛室和座椅減振懸架的研究。國內對拖拉機駕駛室人機工學(xué)的研究起步比較晚，大多側重在理論分析上。
拖拉機人機工程學(xué)研究方法比較多，本文運用Pro/E Manikin 模塊對拖拉機駕駛室人機工學(xué)設計進(jìn)行研究。將數字化人體可視性和仿真模擬用CAD 用戶(hù)界面的方式呈現在工程師的桌面上，很直觀(guān)的對人的視野、操作空間進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)可以通過(guò)標準運算法則對工作任務(wù)進(jìn)行分析和評價(jià)，如舉起和放下、推拉、能量消耗及姿勢分析等。在拖拉機駕駛室設計過(guò)程中，運用Pro/E Manikin 模塊對人機工程學(xué)設計進(jìn)行評價(jià)，可以有效的減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期。
1、模型的建立
1.1、H點(diǎn)的確定
H 點(diǎn)是人體身軀與大腿的鉸接點(diǎn)，即胯點(diǎn)(HipPoint)，在人體模板中為髖關(guān)節。H 點(diǎn)的確定有2 種方法：一是根據GB/T6235-2004《農業(yè)拖拉機駕駛員座位裝置尺寸》中拖拉機駕駛員座椅標志點(diǎn)SIP 的推薦值確定范圍[21];二是通過(guò)美國汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )SAE 駕駛員H 點(diǎn)位置曲線(xiàn)確定。本文結合這2 種方法確定H 點(diǎn)。GB/T6235-2004 中推薦的SIP 至踏板中點(diǎn)的水平距離l1的推薦范圍為600～720 mm, SIP 距踏板中點(diǎn)的垂直高度h1 的推薦范圍為450～520 mm。本文選取l1 和h1 的這2 個(gè)推薦范圍值作為H 點(diǎn)的限值范圍，即H 點(diǎn)在駕駛室中X 方向和Z 方向的值應分別在這2 個(gè)范圍內，H 點(diǎn)Y 方向位置則在駕駛室縱向中心面上。根據所設計的實(shí)際車(chē)型KT1804 輪式拖拉機駕駛室的具體空間尺寸，以及拖拉機銷(xiāo)售區域的人體特征，選定h1 為500 mm，l1 的值通過(guò)SAE適意H 點(diǎn)位置確定方法確定。
4、結 論
1)分析了拖拉機駕駛室人機工程學(xué)設計的主要內容及研究方法，提出了基于Pro/E Manikin 模塊的拖拉機駕駛室人機工程學(xué)評價(jià)方法。
2)結合GB/T6235-2004《農業(yè)拖拉機駕駛員座位裝置尺寸》中拖拉機駕駛員座椅標志點(diǎn)SIP 的推薦范圍，運用美國SAE 適意H 點(diǎn)位置確定方法，重新確定了KT1804 拖拉機駕駛室H 點(diǎn)的位置。以確定的H 點(diǎn)為參考，運用人機工程學(xué)設計原則，對拖拉機駕駛室的駕駛員座椅和各操縱裝置進(jìn)行了重新布局和設計，并建立了駕駛室的Pro/E 三維模型。
3)通過(guò)Pro/E Manikin 對駕駛員的坐姿舒適性、操作空間合理性、視野性能3 個(gè)方面進(jìn)行了分析和評價(jià)，其分析結果能較好的說(shuō)明駕駛室設計的合理性。
通過(guò)對所設計的拖拉機駕駛室進(jìn)行仿真分析，表明在拖拉機駕駛室人機工程學(xué)設計過(guò)程中，運用Pro/E Manikin 模塊可以有效的對設計方案進(jìn)行評價(jià)。該方法為拖拉機駕駛室人機工程學(xué)研究提供了一定的參考依據，并為拖拉機駕駛室的人機環(huán)境的進(jìn)一步優(yōu)化奠定了基礎。
