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人机工程学叉车主动安全性设计中的应用

时间:2017-7-27 11:39:00   来源:本网   添加人:admin

  人机工程学理论是叉车主动安全性设计的基础,叉车的主动安全性设计应以驾驶员为核心。设计叉车操纵、显示装置、驾驶视野、座椅位置、护顶架等时,应对人体测量数据、人的视觉特性、人体生物力学特性等进行研究,以提高叉车在使用中的主动安全性C人机工程;叉车;主动安全性;设计叉车在我国工厂、港口码头、铁路车站和仓库货场等场所已得到广泛的应用。叉车的工作形式多是反复循环作业,工作时,驾驶员要频繁使用液压阀操纵手柄来控制门架货叉的升降和摆动,频繁使用加速踏板、变速(方向)手柄、方向盘以及制动器等来控制叉车的行驶速度和停车,同时还要避让路上的障碍物、一起作业的车辆和意外出现的行人,因此要求驾驶员在心理和身体状态上必须高度集中。叉车的主动安全性设计应以减轻驾驶员的心理压力,创造一种宜人的工作环境,降低发生误操作的可能性为核心,用人机工程学的基本理论作为其设计和评价的基础。

  1、叉车主动安全性设计中人机工程学要求人机工程学要求叉车在主动安全性设计过程中,应将人、叉车和环境作为一个系统来研究,并根据人的各种特性来设计和改造这个系统,确保叉车操作使用安全、舒适与维修方便,满足人的心理、生理需要,使人和叉车的作用得到充分发挥。这个系统通过人机界面完成各项工作(其关系如所示。

  2、人机工程学在叉车主动安全性设计中的应用叉车的人一机系统界面影响叉车主动安全性的系统有转向系统、制动系统、仪表系统、工作装置的操纵系统、驾驶视野、座椅系统、护顶架空间等。与人机工程学密切相关的有转向、制动、工作装置的操纵装置、仪表显示装置、驾驶视野、座椅位置、护顶架高度等。

  2.1操纵装置操纵装置是指能将操作者的响应输出转换成机器设备的输人信息,进而控制机器设备运行状态的机构。在操纵装置的设计中,必须充分考虑人体的体形、尺度、生理特点、运动特征和心理特征,以及人的体力和能力限度,使操纵装置具有较高的宜人性,为操作者安全、准确、舒适、持续地操纵提供保障。

  叉车转向、制动和工作装置的操纵装置分别是转向盘、脚踏板、手柄。

  叉牟技术转向盘的形状、大小、布置、操纵力和运动方向等要素的确定离不开人机工程学。转向盘操纵力应以人体生物力学参数为依据,选择便于大多数人操作的中、下限能力数据。通常,转向盘操纵力应为45 ~100N;转向盘的转动方向应与车辆行驶方向的变化相协调;转向盘与手指接触的部位应有适合指形的波纹,横截面应为椭圆形或圆形,以保证操纵坐适、握持牢靠;转向盘大小应符合肢体动作的人体测量学指标,转向盘直径为330 ~600mm,握把直径为20~50mm;转向盘应布置在驾驶座前方最优区域内,即人手活动最灵敏、操作准确度最高、视野最好的区域。

  制动踏板设计应以人体下肢尺寸和力学参数为基础。叉车制动踏板一般为脚悬空式,形状多采用矩形平面板。踏板与地面的最优倾角为30,操作时脚掌与小腿的舒适角应为87~ 95.,大、小腿间夹角以105.~135.为宜。脚踏板适宜的操纵力为80 -400N,起动阻力一般为35~45N,制动脚踏板坡道制动踏板力< 600N(坡道停车制动的手柄力300N),蹬踏力消除后脚踏板应能自动复位,制动踏板应布置在右脚操纵区域,以满足操纵力大、速度快和准确性高的操作要求。

  叉车行驶或作业时,由于前方视野和工况不断变化,要求驾驶员几乎不用前倾就可操纵工作装置、手制动等手柄,以确保行驶和作业安全。为此国际标准化组织(IS03958)规定了驾驶员手伸及界面。驾驶员手伸及界面是指驾驶员以正常姿势坐在座椅中,脚支撑于油门踏板踵点上,一手握住方向盘,另一只手所能伸及的最大空间界面。最大伸及界面显然与驾驶员自身伸及能力有关。另一方面,它还与驾驶室内部结构尺寸有关。

  同时操纵手柄的形状应与手的生理特点相适应,手柄着手方向和振动方向不宜集中于掌心和指骨肌。

  2.2显不装置显示装置是指能通过可视化的数值、文字、曲线、符号、标志、图形、可听的声波以及其他人体可感知的信号向“人”传递“机”的各种运行信息的器具。叉车上使用最普遍的显示装置是视觉显示装置,主要有各种仪表和信号指示器。从人机工程学的观点考虑,使用阴极射线管、气体放电管和发光二极管等屏幕式电子显示装置更理想,它既可显示数字量和模拟量,又能显示过程参数的变化曲线或图形,更适合人的心理和生理特点,且认读速度和准确度较高,能减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。叉车上各种仪表和信号指示器应组装在一块仪表板上,仪表板的空间位置应使驾驶员不必运动头部和眼睛就能看清全部仪表,或至少应在头和眼的自然转动范围内,即距人眼正前方最佳距离为710mm左右,板面上边缘的视线与水平视线的夹角不大于10,下边缘的视线与水平视线的夹角不大于45,仪表板与驾驶员的视线成直角。由于人在正常坐姿下操作,头部一般略自然前倾,所以仪表板应相应倾斜,仪表板与地面的夹角仪表板上的仪表应根据视觉运动规律排列,最常用、最主要的仪表和信号指示器应尽可能排在视野中心3范围内(最优视区),一般仪表和信号指示器排在20 ~40视野内,同时兼顾与操纵装置的协调性。试验证明,观察距离为800mm时,若眼球不动,水平视野20范围为最优认读范围,其正确认读时间为Is左右,当水平视野超过24时,正确认读时间开始剧增。

  2.3驾驶视野保证叉车运行和作业安全需要驾驶员及时接收足够正确的信息。叉车驾驶视野是叉车主动安全性设计的重要组成部分。叉车驾驶视野设计是以驾驶员的眼睛位置为定位基准。驾驶员眼椭圆的确立为研究叉车视野性能提供了科学基准。叉车视野分为前方视野、后方视野、侧方视野、夜间视野。

  前方视野是叉车运行中最关键的视野。

  前风窗玻璃框架横框和立柱位置应以眼椭圆为基准,并综合考虑叉车使用环境、人眼视觉特性和避免太阳光照射眩目等因素确定。后方视野是通过后视镜间接观察到的可见范围,其视角大小和方位取决于后视镜的尺寸和布置位置。美国SAE推荐采用眼椭圆的方法确定后视镜的布置位置,要求后视镜安装在第95百分位眼椭圆上边缘水平切线之上或下边缘水平切线之下,使头部和眼睛的总转动角度不超过60,并避开立柱遮挡区域。

  侧方视野是指驾驶员通过侧门风窗等直接可见的视野范围。叉车侧面视点位置较低,视野死角的问题已基本得到解决。为确保夜间行车和作业安全,叉车必须配备用于前方视野的前照灯、用于倒车的倒车灯及用于传递信息的转向灯、制动灯、驻车灯、侧位灯、示廓灯。对夜间视野起主要作用的是前照灯配光性能。

  2.4座椅位置设计驾驶员座椅位置时,必须考虑坐姿对人体生理特点的影响和体压分布的合理性,同时在选择有关参数时,应协调好舒适性与操纵轻便性之间的矛盾,以及舒适性与视觉效应之间的矛盾等。

  叉车座椅的舒适性与人体的乘坐姿势及生理特点密切相关。人体的脊柱是人体重量的主要支柱,由上而下承受的重量越来越大,腰曲变形也最严重,不正确的坐姿易引起腰酸、腰痛等不舒适感。

  所以,座椅位置应迫使驾驶员保持正确的坐姿,即臀部离开靠背稍向前移,使肩部向后倾斜,保持体腿之间的夹角达15小腿前伸,保持大腿与小腿之间的夹角达110~115.但是,为了具有良好的视觉效应,且操纵轻便,叉车驾驶员大腿与小腿之间夹角应适当减小,这样才能使上体接近于直立位置,保持胸部挺起而肩微垂的合理姿势。

  人体重量作用在座椅上的压力,应考虑臀部不同部位在产生不舒适感以前所能承受的压力及作用在靠背上的压力,做到合理分布,而不是平均分配,使肩胛骨和腰椎骨2部分压力逐渐向外降低。因此,座垫上的体压分布是坐骨部分的压力最高,从坐骨周围向臀部外围逐步降低,直到与座垫前缘接触的大腿下面趋于最低值;靠背上的体压分布是肩脚骨和腰椎骨2个部分压力最高,以肩胛骨(相当于第5~6胸椎之间的高度)和腰垫(相当于4~ 5腰椎之间的高度)作为支撑,以保持正常的腰曲弧形和保护腰椎不受损伤。

  2.5护顶架设计-2001中规定驾驶员座椅上的净空间的高度1000mm(驾驶员坐在座椅上)且要满足静压试验和冲击试验的要求,2项试验结束后护顶架顶部的永久变形量<20mm,从安全方面和人机的适宜性方面保证驾驶员的驾驶空间。