振动压路机设计中实际应用研究

【摘 要】 笔者在本文中介绍振动压路机设计中应用人机工程学原理，为操作人员创造一个高效、安全、舒适的作业环境，使人机系统发挥出更高的效率。

【关键词】 人机工程学；振动压路机；应用

1 概述

人机工程学是一门综合性的边缘学科，有他自己的理论体系，又从许多学科中吸取了丰富的理论知识和研究手段，使其具有现代交叉学科的特点。人机工程学的根本目的是通过揭示人、机、环境三要素之间相互关系的规律，从而确保人机环境系统总体性能的最优化[1]。从研究目的来看，就充分体现了本学科主要是“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”之间的有机融合。更确切地说，本学科实际上是人体科学、环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物。

2 人机工程学在振动压路机设计中的应用

振动压路机作为一种工程机械，其宜人性一直不为人们所关注，以人为本的设计理念没有很好的体现。随着科技的进步、社会的发展及对操纵人员健康、生命关注的提高，应当从人机工程学的角度对振动压路机进行设计。

2.1操纵和显示装置及人机界面优化匹配

2.1.1操纵装置

按人体操作部位不同，分为手控和脚控操纵装置。操纵装置设计的形状、大小和布置，应使操作者能在一个作业班次内，安全、准确、迅速、舒适、方便地持续操纵而不产生早期疲劳，使其达到高度的宜人化。

操纵装置的设计需符合一些基本原则：1）操纵器要适应于人的生理特点，便于大多数人使用操作，操纵器的操纵力、操纵速度等，都应按操作人员的中、下限能力进行设计，见表1、表2所示。2）操纵器的形状同其功能之间最好有逻辑上的联系，便于明确地辨认和记忆。3）操纵器的运动方向要同机器的运行状态相协调。4）操纵器的造型设计，应尺寸适当，形状美观，结构简单，并且给操作者以舒适的感觉。5）尽量利用自然的操纵动作或借助操作者身体部位的重力进行操纵。对重复或连续的操纵动作，要使身体用力均匀而不要只集中于某一部位用力，以减缓疲劳。

2.1.2显示装置

人机系统中，显示装置按其显示方式分为模拟式、数字式和屏幕式三类，其功能是通过可视化的数值、文字、符号、标志、图形、可听的声波以及其它人体可感知的刺激信号向“人”传递“机”的各种运行信息[2]。视觉显示装置的人机工程学问题，要根据人体相关测量参数，确定操作者与显示装置间的观察距离，并且根据操作者所处的位置，确定显示装置相对于操作者的最优布置区域，选择有利于传递和显示的信息、易于准确快速认读的显示器形式、字符表达形式及与其相关的匹配条件，如颜色、照明条件等。

2.1.3人机界面

机械系统的人机界面是操作人员和机器之间相互作用的区域，根据人机工程学的基本原理，人机界面的设计应能够保证系统运行的安全性，提高系统的工效，改善操作人员的舒适性以及保证操作人员的健康，最大程度地防止职业病的发生。

2.2操作人员的乘坐舒适性

操作人员的乘坐舒适性，主要反映于座椅和人体的人机界面能否为操作者提供舒适而稳定的坐姿，操纵者―座椅―车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的振动[3]，是操作者所承受的全身振动负荷低于规定的标准值，座椅的任何位置能否为操作者提供良好的视野，相对于各种操纵机构与显示装置的舒适位置[4]。

2.2.1座椅

振动压路机在作业过程中，驾驶操作者多采取坐姿，这时座椅的设计相当重要，需考虑因素也是多方面的。通常将座椅上下、前后方向的位置设计成可调式。在确定调节范围时，需要两个设计界限值，即上限值和下限值。确定座椅的高低和前后调节范围宜分别取坐姿眼高的95 % ～ 5 %尺寸数据和坐姿臀膝距的第95 % ～ 5 %尺寸数据作为上、下限值的依据[4]，如表3。

2.2.2振动

人体是一个弹性系统，有自己的振动特性（以4～8 Hz、10 ～12 Hz、20～25 Hz为第1、2、3阶共振峰），人的各个器官也有自己的共振频率，例如眼睛的共振频率为20 ～ 25 Hz，头为25 ～ 30 Hz，手为30 ～ 40 Hz，内脏为5 ～ 8 Hz，神经为245 ～ 250 Hz。振动会使人不舒适，降低人的视觉和操作效率，增多失误，尤其发生共振时可能造成人体疾患。研制产品时，要通过测试检查，并在设备结构和元件上采用隔振、吸振和缓冲减振等装置，避免达到生理临界范围的机械振动并将冲击传至人体。

2.3噪声控制

振动压路机作为一种工程机械，其工作环境少不了噪声的影响。工程机械噪声控制的目的，是保证驾驶室内操作者身旁噪声满足人的听力保护系统允许标准，驾驶室外噪声满足动态环境噪声允许标准。采取的措施包括改进工程机械及发动机相关部件的设计，以降低各噪声源发出的噪声；在噪声传播途径上采取适当措施，以降低传至工程机械操作者身旁的噪声。对工程机械进行噪声声源分析，测定各种噪声源的声级和噪声频谱，对较强的噪声源重点采取降噪技术措施，是噪声控制的有效方法。

2.4驾驶室宜人化气候环境

振动压路机作业环境恶劣，环境中的施工尘埃、发动机废气、燃油蒸气等各种有害物质都会污染驾驶室内的空气质量，干扰操作者的注意力和反应能力，影响操作者的舒适性，合理设计的全封闭驾驶室，应能调节驾驶室内的空气，使其空气温度、湿度和流速等项指标，保持在一定范围内。

驾驶室宜人化气候环境是指室内空气温度、相对湿度、气流速度，满足操作者热舒适性评指标。工程机械驾驶室内环境气候参数应使操作者感到舒适。表4是有关资料推荐工程机驾驶室环境气候参数的数值范围[5]。

2.5外观造型及色彩的设计

[6]振动压路机本身体量大，外观造型的设计要在满足其本身的功能特性的基础上，通过增加装饰线条、企业标识等图案文样来减少机身的单调和呆板。从视觉上使体形轻便，比例协调，机身线条简洁流畅，要体现平衡稳重和造型整体性强的特点。

由于振动压路机几乎都在室外环境作业，经常与泥土、灰尘接触，因此，在色彩设计上多采用较“耐脏”的、纯度与明度都稍微偏低的灰白色、淡绿色、黄橙色等，配合辅助色，使整个造型统一中带有活泼。主色调应占大部分面积，整体色彩安排要简洁宜人，色彩越少则越醒目，整体感也越强，色彩过多则难以统一，产生杂乱感。

故障原因：（1）充液量太少；（2）液力偶合器漏油；（3）工作机消耗功率过高；（4）起动时间过长；（5）工作机制动时间过长；（6）液力偶合器起动频繁；（7）易熔合金熔点过低；（8）偶合器选型不当。处理方法：①按规定量充液；②按规定量充液，更换密封，拧紧螺栓；③核实功率是否超过规定值；④加速时电动机切成三角形接线；⑤排除工作机长时间制动故障；⑥排除不应有频繁起动，适当选用大规格低油量偶合器，适当提高易熔合金熔化温度；⑦并选用合适的易熔塞；⑧新选配规格大的偶合器。

3）故障现象：运行不平稳

故障原因：（1）安装不当，不同轴；（2）基础刚性差，松动；（3）偶合器或电机或工作机轴承损坏；（4）弹性块或弹性盘磨损处理方法：①重新找正；②检查并拧紧基础螺栓，增强刚性；③根据噪声和振动判断，若损坏则更换；④更换失效弹性块或弹性盘。

参考文献

[1]刘应诚.液力偶合器使用与维护500问[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]刘应诚.液力偶合器实用手册[M].北京：化学工业出版社，2008.