高 鑫

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

履帶式全液壓坑道鉆機是目前煤礦井下最重要的鉆探設(shè)備之一，盡管座椅組件看似是個鉆機配件的存在，但是其又是不可或缺的重要組成部件。坐姿是人體較自然的姿勢，它有很多優(yōu)點，當(dāng)站立時，人體的足踝、膝部、臀部和脊椎等關(guān)節(jié)部位受到靜肌力作用，以維持直立狀態(tài)；而坐著時，這些肌力便能得到放松，減少人體能耗，消除疲勞[1]。日常打鉆作業(yè)中主要工作姿勢就采取坐姿模式，座椅組件提供鉆機操作人員在操作時的身體支撐，減輕工作人員的疲勞程度，有利于人體血液循環(huán)，保持身體的穩(wěn)定，提高打鉆工作效率[2]。鉆機在煤礦井下運輸過程中較易發(fā)生設(shè)備部件等的刮碰現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)合理緊湊，可拆卸易組裝就顯得尤為重要，所以筆者此研究項目中，在鉆機座椅組件設(shè)計符合人機工程學(xué)原理，保證滿足了日常使用性結(jié)構(gòu)合理的特點。

1 座椅組件的參數(shù)設(shè)計

座椅要有適當(dāng)?shù)某叽?，其位置可以調(diào)節(jié)到適合不同的人使用，按照我國成人的人體尺寸測量數(shù)據(jù)，座位深度35～40 cm為宜[3]。座椅組件配置有滑軌組件，前后可調(diào)行程最大為70 mm，滿足一般操縱使用的工作需求。

適當(dāng)?shù)淖邞?yīng)使大腿保持水平，小腿垂直，雙腳平放于地面。座面不能過高，否則小腿懸空時，大腿受椅面前緣壓迫，使操作人員感到不適，長時間這樣坐著血液循環(huán)受阻，小腿麻木。因此，坐高一般按低身材人群設(shè)計，座面前緣應(yīng)比人體膝窩高度低3～5 cm；座面也不能太低，否則腿長的人骨盆后傾，正常的腰椎曲線被拉直，致使腰酸不適[4]。

座椅組件的外形參數(shù)如圖1所示。

圖1 座椅組件外形參數(shù)

背靠結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的彈性和足夠的剛性，腰靠傾角不得超過115°[5]，而本座椅組件彎曲度選擇100°，如圖2所示，符合人體功能力學(xué)，滿足工作人員日常操作所需角度支撐，減少大腿對椅面的壓力。

同時，椅面及背靠均設(shè)置有細(xì)孔，在保證剛度的前提下又具有一定的透氣性。

2 座椅組件的組成

工作座椅必須具有的主要構(gòu)件包含有：座面、背靠、支架。而本文所介紹鉆機座椅組件主要包括了兩大部分，分別為焊接底座組件、面板組件，如圖3所示，零部件明細(xì)見表1。

圖2 座椅組件背靠結(jié)構(gòu)角度展示 圖3 座椅組件

表1 座椅組件零部件明細(xì)

焊接底座組件為座椅組件的主要連接部件，在鉆機打鉆運行中可與面板組件進行組合成為座椅組件，與拖板裝置進行連接，焊接底座組件結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要零部件明細(xì)見表2。

表2 焊接底座組件零部件明細(xì)

圖4 焊接底座組件 圖5 面板組件1.焊接底座 2.內(nèi)六角螺釘 M20×40 1.支撐板組件 2.滑軌組件 3.標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 20 3.焊接座椅

面板組件為座椅組件的承重部件，穩(wěn)定牢固，沒有妨礙作業(yè)的尖角、毛刺、銳邊、凸起等，在鉆機打鉆作業(yè)運行中可與焊接底座組件進行組合成為座椅組件，面板組件結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要零部件明細(xì)見表3。

表3 面板組件零部件明細(xì)

3 座椅組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)應(yīng)服務(wù)于構(gòu)件間的協(xié)調(diào)，以保證各個構(gòu)件的獨立與完整性。

此結(jié)構(gòu)所介紹的座椅組件采用兩體式結(jié)構(gòu)，連接采用旋轉(zhuǎn)插接式固定結(jié)構(gòu)。將焊接底座組件插入面板組件中再旋轉(zhuǎn)90°，使焊接底座上的三角焊筋的邊嵌入面板組件底面的水平凹槽內(nèi)，即完成座椅組件的裝配安裝。對稱嵌入凹槽內(nèi)的三角筋板增大了兩部件間接觸面積，不僅使強度得到了保證，更使座椅在整個穩(wěn)定性上得到了強化，結(jié)構(gòu)實物如圖6所示。

4 座椅組件的安裝布局

(1) 正常作業(yè)時

座椅組件安裝于履帶車體的尾端，拖板裝置上，面對操縱臺，高度適中，視野開闊，操作順手，安裝結(jié)構(gòu)布局如圖7所示。

圖6 座椅組件安裝結(jié)構(gòu)實物圖 圖7 正常作業(yè)下座椅組件的安裝結(jié)構(gòu)布局

(2) 鉆機運輸時

座椅組件在鉆機運輸過程中將拆分為兩體式結(jié)構(gòu)，焊接底座組件與面板組件均通過各自的焊接掛鉤懸吊于鉆機尾部的拖板裝置上，便于運輸，如圖8所示。

圖8 鉆機運輸過程座椅組件的安裝結(jié)構(gòu)布局

5 設(shè)計及應(yīng)用效果

該座椅組件設(shè)計效果良好，與之前放置于鉆機尾部托板上的一體式座椅相比，在鉆機整個的長度尺寸上有了一個明顯的減小，使達(dá)到縮減鉆機運輸長度尺寸的目的，便于鉆機下罐籠等在井下的運輸。

圖9 鉆機運輸過程座椅組件實物圖

該座椅組件在鉆機平時正常運輸過程中具有易拆卸、好組裝的特點，隨鉆機進行托運，拆卸后的兩部件均掛于鉆機尾部折疊的托板上，鉆機運輸?shù)轿贿M行打鉆作業(yè)時又可方便進行兩體組裝，且焊接底座組件與面板組件之間接觸面積適中，在保證輕量化需求目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過一定的承壓計算，確定最小接觸面積與接觸結(jié)構(gòu)，使得座椅穩(wěn)定性佳，實現(xiàn)了最初的設(shè)計目的，美觀實用，輕便簡潔。

在各主流鉆機機型中均可有此座椅配置，通用性強，標(biāo)準(zhǔn)配置，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大，礦方客戶反饋良好，取得一致好評，該座椅組件為目前主流鉆機的出廠標(biāo)配，圖9所示為座椅組件在鉆機出廠過程中實物展示。

6 結(jié) 語

根據(jù)履帶式全液壓坑道鉆機體積小、結(jié)構(gòu)合理緊湊這一特點，利用人機工程學(xué)原理、輕量化原理有針對性的對座椅組件進行重新設(shè)計，重點設(shè)計出了可拆卸兩體式鉆機座椅組件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)緊湊，易組裝、運輸，空間利用率高，通過煤礦現(xiàn)場樣機等的應(yīng)用和實驗論證了該座椅組件的特點，可以有效便捷地進行拆裝，便于日常的運輸及使用，進一步為煤礦井下全液壓坑道鉆機整機的模塊化提供一定的思路，進而達(dá)到整機優(yōu)化的目的，使最終產(chǎn)品設(shè)計真正成為“人性化”的設(shè)計。