錢筱琳 宋仕鳳 劉金玲

摘 要：以拖拉機人機工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，以輪式拖拉機駕駛室為研究對象，根據(jù)拖拉機駕駛室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，從拖拉機駕駛員的作業(yè)行為出發(fā)，構(gòu)建駕駛員任務(wù)模型。從駕駛室整體尺寸和視野分析兩個角度，對拖拉機駕駛室的空間尺寸進行規(guī)劃，完成輪式拖拉機駕駛室的造型設(shè)計，為拖拉機駕駛室設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：拖拉機駕駛室;人機工程學(xué);駕駛室空間設(shè)計;用戶任務(wù)模型

0 引言

近年來，國家對“三農(nóng)問題”越來越重視，對農(nóng)業(yè)的投入不斷增加，選擇機械化種植的農(nóng)民越來越多。[1]但我國的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計水平與起步較早的國家相比，還存在一定差距，尤其是拖拉機的品牌形象、外觀造型以及舒適性等方面與一些發(fā)達國家相比，仍然有較大改進空間。[2]在競爭日益激烈的市場環(huán)境下，好的駕駛室設(shè)計將會成為提高整體拖拉機市場競爭力的有力手段。本課題擬以人機工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，以大馬力輪式拖拉機為研究對象，綜合考慮了駕駛室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與駕駛員作業(yè)行為，構(gòu)建了駕駛員任務(wù)模型，從駕駛室整體尺寸和視野分析兩個角度對拖拉機駕駛室的空間尺寸進行了規(guī)劃，完成了輪式拖拉機駕駛室的造型設(shè)計，提高了拖拉機的舒適性和安全性，為拖拉機駕駛室設(shè)計研究提供了參考。

1 輪式拖拉機駕駛室結(jié)構(gòu)分析

輪式拖拉機主要由車底盤、車身和駕駛室三部分組成，另外還包括配重鐵、車輪、通氣管等零部件。其中，駕駛室由線型框架、擋風(fēng)玻璃、各類車燈以及各種操作部件組成，如圖1所示。

2 拖拉機駕駛員作業(yè)分析與用戶模型研究

2.1 駕駛員作業(yè)過程分析

拖拉機駕駛員作業(yè)過程主要分成啟動前、啟動、起步、轉(zhuǎn)向、制動、停車、熄火等7個操作階段。[3]其中，啟動前首先按照保養(yǎng)條例檢查各部件;其次把變速桿、液壓泵離合手柄、動力輸出操縱手柄及分動箱滑動齒輪操縱桿置于空擋位置，手動上下?lián)鍎虞斢捅?，仔細檢查拖拉機和懸掛的農(nóng)機具是否連接正確;最后，檢查電氣系統(tǒng)的照明、喇叭是否正常，檢測胎壓，未充盈則進行充氣處理。啟動時順時針轉(zhuǎn)動預(yù)熱啟動開關(guān)手柄，預(yù)熱發(fā)動機，待發(fā)動機水溫上升到50℃后，才能正式使用拖拉機。起步操作主要包括松開鎖爪，按喇叭，松開離合器踏板，并緩慢增加油門，使拖拉機平緩上路。轉(zhuǎn)向操作包括按轉(zhuǎn)向燈，轉(zhuǎn)動方向盤。制動操作包括減油門，降低速度，踏下制動器踏板。停車操作時首先減油門，降低速度，接著踩下離合、制動踏板，掛空擋，松開踏板，怠速空轉(zhuǎn)發(fā)動機，最后踏制動踏板停車。熄火操作包括發(fā)動機卸載后，空負荷運轉(zhuǎn)3～5分鐘，等待至各部件溫度逐漸下降，扳動油門手柄至熄火。

通過駕駛員作業(yè)過程的詳細分解可以發(fā)現(xiàn)，在拖拉機駕駛室設(shè)計過程中，要特別注意操縱桿和踏板等操縱器的尺寸大小，位置排布及靈活度的設(shè)計，另外車門把手和腳踏的位置關(guān)系也是設(shè)計重點。

2.2 駕駛員任務(wù)模型的建立與分析

結(jié)合拖拉機駕駛員作業(yè)過程，建立用戶任務(wù)模型捕捉用戶潛在需求，尋找設(shè)計點。[4]為尋找駕駛員從打開車門到進入駕駛室這一過程中所需考慮的設(shè)計點繪制情景模擬圖，如圖2所示。經(jīng)分析可知駕駛員開車門操作，涉及鑰匙孔的尺寸及位置;踩腳踏進入駕駛室，涉及腳踏距地面高度、腳踏間距和每階腳踏的長寬高尺寸;踩腳踏的過程中需要抓住扶手，這就涉及扶手的尺寸及位置;進入駕駛室時，涉及車門的高度和寬度等，這些都是設(shè)計時需重點考慮的問題。

通過建立用戶思維模型分析駕駛員在作業(yè)時的知覺和認知特性，為駕駛室的設(shè)計提供參考依據(jù)。通過分析駕駛員的心理活動規(guī)律，總結(jié)出對應(yīng)設(shè)計點，如圖3所示。

3 拖拉機駕駛室空間設(shè)計與人機工程分析

3.1 駕駛室整體空間尺寸設(shè)計分析

在一定的條件下，駕駛室的室內(nèi)空間應(yīng)盡量充裕，以便滿足駕駛?cè)藛T作業(yè)及出入的要求。同時，為了方便駕駛員的駕駛操作，駕駛室還應(yīng)該為駕駛員的肘部和雙腳提供足夠的作業(yè)空間。因此，駕駛室內(nèi)頂棚距地面的距離應(yīng)滿足95%的男駕駛員直立時不會碰到頭的要求。同時，還應(yīng)保證駕駛?cè)藛T的頭部在座椅調(diào)節(jié)到最高處時與駕駛室頂棚之間仍保持一定的距離。駕駛室的側(cè)門和腳踏的尺寸以及其相關(guān)位置也應(yīng)保證駕駛員出入駕駛室時的安全和方便。

3.2 駕駛室視野分析與研究

拖拉機駕駛室設(shè)計過程中，良好視野也是重要設(shè)計因素之一。利用CREO軟件中Mainikin模塊對拖拉機視野優(yōu)劣進行分析。[5]建立拖拉機駕駛室三維模型，在人體模型庫中選取第5百分位和第95百分位的中國男性人體模型，[6]將人體模型導(dǎo)入CREO中，構(gòu)建視野評價平臺，分別進行前方視野、內(nèi)后視野以及側(cè)方視野的分析驗證。如圖4所示，當(dāng)駕駛員觀看正前方時，因為立柱的存在生成了相應(yīng)區(qū)域段的盲區(qū)。由于在駕駛員的視線內(nèi)，一般不能避免左右兩側(cè)立柱形成的盲區(qū)，在設(shè)計駕駛室時只是將原本的空氣清潔器和消音器設(shè)計成一體式的排氣管，并安裝在左右兩側(cè)前立柱造成的盲區(qū)之內(nèi)，以規(guī)避再次形成多余的盲區(qū)。當(dāng)駕駛員觀察拖拉機后方及左右兩側(cè)時，后懸掛農(nóng)具作業(yè)區(qū)域和前方倒車鏡均左右處于駕駛員人體模型的視野范圍之內(nèi)。

4 拖拉機駕駛室設(shè)計與分析

以拖拉機結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，綜合駕駛員作業(yè)過程與人機分析結(jié)果，并參照中國男性人體模型尺寸，確定拖拉機駕駛室具體尺寸。拖拉機駕駛室設(shè)計方案采用一體化設(shè)計，腳踏與后擋泥板連車一體，倒車鏡與車燈結(jié)合，前擋風(fēng)玻璃也采用整塊玻璃的形式，如圖5所示。

5 結(jié)語

從人機工程學(xué)角度對輪式拖拉機駕駛室進行造型設(shè)計與研究，有利于提高拖拉機舒適性和安全性，能有效提高其市場競爭力，為同類農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計提供參考。本課題以拖拉機人機工程學(xué)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)拖拉機駕駛室基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，從拖拉機駕駛員的作業(yè)行為出發(fā)，構(gòu)建駕駛員任務(wù)模型，從用戶角度總結(jié)并提出駕駛室設(shè)計的切入點。從駕駛室整體尺寸和視野分析兩個角度對拖拉機駕駛室的空間尺寸進行了規(guī)劃，完成了輪式拖拉機駕駛室的造型設(shè)計，為后期拖拉機駕駛室設(shè)計研究提供了參考。

參考文獻：

[1] 劉玉科.拖拉機造型及造型設(shè)計方法研究[D].河南科技大學(xué)，2010.

[2] 孫文濤.機械產(chǎn)品設(shè)計中的造型學(xué)研究[J].機械設(shè)計，2011.

[3] 余真華，李澤，股品綺.拖拉機操縱桿件的合理布置的初步探討[J].吉林工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1990.

[4] 吳志軍，張映琪，唐超.用戶行為導(dǎo)向的數(shù)控裝備造型設(shè)計過程模型[J].機械設(shè)計，2017.

[5] 錢筱琳，宋仕鳳，楊飛，楊琴.基于Pro/E Manikin 的旋耕施肥播種一體機人機評價與造型設(shè)計[J].機械設(shè)計，2018.

[6] 楊飛，史慶春，萬小玲，等.基于Pro/E Manikin的拖拉機駕駛室人機工程評價方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013.