王海龍 許 齊 邢瑩瑩 屈 洪

(中車戚墅堰機(jī)車有限公司 江蘇 常州 213011)

0 概述

中車戚墅堰機(jī)車有限公司自主研發(fā)的4 400馬力交流傳動干線貨運(yùn)機(jī)車的司機(jī)室具有防撞結(jié)構(gòu)，且司機(jī)室采用隔離式彈性安裝，各種設(shè)備均密封良好。因此，司機(jī)室設(shè)計(jì)過程中，除了要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，對密封性、舒適性要求也越來越高，不僅要體現(xiàn)人性化的特點(diǎn)，在布局、結(jié)構(gòu)上也要符合現(xiàn)代美學(xué)、人機(jī)工程學(xué)觀點(diǎn)。鑒于此，將全面考慮結(jié)構(gòu)安全、人的因素、駕駛環(huán)境，以提高司機(jī)室的設(shè)計(jì)水平。

1 司機(jī)室模塊

司機(jī)室模塊分為司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)、司機(jī)室設(shè)備以及內(nèi)部裝飾三部分，具體如圖1所示。

圖1 司機(jī)室總體結(jié)構(gòu)

1.1 司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)

司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)分為前墻、左右側(cè)壁、后墻、頂蓋、底架五部分，由橫向、縱向、垂向三個方向的槽型梁組成封閉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)梁布置合理，使司機(jī)室具有足夠的強(qiáng)度和剛度，可承受一定的載荷沖擊。

1.2 設(shè)備及內(nèi)部裝飾

司機(jī)室設(shè)備的布置及內(nèi)部裝飾與司機(jī)的視覺、感覺直接相關(guān)，在設(shè)計(jì)的過程中遵循著以人為本的設(shè)計(jì)理念，來提高內(nèi)裝設(shè)計(jì)的美觀性和舒適性。

內(nèi)部裝飾的造型以簡潔為主，采用長直線條、小圓角，來分割各功能區(qū)域，視覺大氣穩(wěn)重，并將組裝的合理性和設(shè)備檢修的便捷性納入設(shè)計(jì)。

同時(shí)，根據(jù)司機(jī)作業(yè)時(shí)視覺凝視時(shí)間分布規(guī)律，司機(jī)眼睛主要集中在前窗區(qū)域，眼睛的余光也會覆蓋到前窗周邊區(qū)域，因此，這些區(qū)域的內(nèi)裝板不宜選擇雜亂線條的造型，否則勢必影響司機(jī)視線、造成注意力不集中而影響工作。

1.3 模塊化組裝

司機(jī)室采用模塊化組裝，以司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)為載體，先將管路、線纜布置好，再將操縱臺、內(nèi)部裝飾、地板等設(shè)備安裝在車體鋼結(jié)構(gòu)上，從而完成司機(jī)室模塊的總組裝。待司機(jī)室模塊組裝完成后，整體起吊，通過彈性元件安裝座與車架連接。

模塊化司機(jī)室的優(yōu)勢在于：

(1)司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)作為一個獨(dú)立單元，與其他模塊并行生產(chǎn)，有效降低制造周期；

(2)便于組裝作業(yè)；

(3)便于后期的拆檢，提高可維修性，降低維護(hù)成本。

1.4 彈性連接

司機(jī)室模塊通過彈性元件安裝座與車架連接，兩者之間通過橡膠堆隔離。一方面，通過對橡膠堆的阻尼以及剛度的合理選型，在一定頻率范圍內(nèi)可以有效隔離柴油機(jī)-發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的主頻振動。另一方面，彈性元件安裝座的數(shù)量以及連接結(jié)構(gòu)充分考慮了工藝的可達(dá)性和便利性。

安全是司機(jī)室設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮的因素，因此應(yīng)從多方面確保司機(jī)室彈性連接的安全：(1)彈性安裝座的數(shù)量以及緊固件的合理選型；(2)司機(jī)室后墻上的安全止擋；(3)車體上為司機(jī)室提供的一圈外層防撞結(jié)構(gòu)。

2 司機(jī)室防撞

為了防止外來的破壞力侵占司機(jī)的生存空間，司機(jī)室的防撞要求需滿足TJ/JW 102—2017標(biāo)準(zhǔn)，即司機(jī)室的前端、兩側(cè)角柱以及側(cè)壁側(cè)窗下部區(qū)域需要滿足相應(yīng)的載荷。

為確保司機(jī)室的模塊化組裝，通過在司機(jī)室前墻、兩側(cè)角柱的外部區(qū)域設(shè)置防撞墻，并將車體側(cè)壁延伸至防撞墻，提前與車架、側(cè)壁焊接，為司機(jī)室下部區(qū)域提供一圈安全可靠的防護(hù)結(jié)構(gòu)(見圖2)。

圖2 司機(jī)室防撞結(jié)構(gòu)

通過ANSYS仿真計(jì)算，各工況的最大應(yīng)力滿足TJ/JW 102—2017標(biāo)準(zhǔn)中對司機(jī)室的防撞要求，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 各工況最大應(yīng)力

3 司機(jī)室密封設(shè)計(jì)

司機(jī)室密封設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)過程，它包括鋼結(jié)構(gòu)密封、門窗密封、管路及電纜過孔的密封等[1]。司機(jī)室的密封也直接影響著室內(nèi)噪聲、隔熱以及防寒性能。司機(jī)室密封設(shè)計(jì)時(shí)，主要從以下幾個方面考慮：

(1)鋼結(jié)構(gòu)本身的密封：將司機(jī)室作為一個獨(dú)立的單元，盡量不依賴車體上其他部件(車架、車體間壁等)共同實(shí)現(xiàn)密封結(jié)構(gòu)。

(2)設(shè)備的密封：前窗、頭燈玻璃采用膠黏結(jié)構(gòu)；門與側(cè)窗采用多層密封壓緊結(jié)構(gòu)，安裝面采用密封墊。

(3)管路和線槽的密封：管路和線槽要避免大尺寸走線穿孔，電纜線與鋼結(jié)構(gòu)骨架之間的密封是通過連接器與連接器安裝板一對一配套安裝實(shí)現(xiàn)的；管路與鋼結(jié)構(gòu)骨架之間的密封是通過卡套式隔板直通管接頭實(shí)現(xiàn)的。

4 司機(jī)室噪聲環(huán)境設(shè)計(jì)

司機(jī)室的噪聲環(huán)境比較復(fù)雜，不良的噪聲環(huán)境會使司機(jī)不易集中精力，反應(yīng)遲鈍。雖然GB/T 3450—2006[2]標(biāo)準(zhǔn)中要求司機(jī)室內(nèi)部噪聲不大于78 dB(A)，但在司機(jī)室噪聲環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，會盡可能降低司機(jī)室內(nèi)部噪聲，為司機(jī)營造舒適的工作環(huán)境。

司機(jī)室噪聲源主要有：機(jī)車動力設(shè)備的氣動噪聲及結(jié)構(gòu)噪聲、輪軌氣動噪聲及結(jié)構(gòu)噪聲、行駛風(fēng)噪、司機(jī)室內(nèi)設(shè)備的氣動噪聲以及室內(nèi)混響噪聲等，這些噪聲會經(jīng)司機(jī)室隔聲薄弱的環(huán)節(jié)、密封性能差的區(qū)域或者車體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)入司機(jī)室內(nèi)部。

根據(jù)對噪聲傳播路徑的分析，主要從切斷噪聲傳播途徑著手來控制司機(jī)室內(nèi)的噪聲(見表2)。

表2 降噪措施

5 司機(jī)室熱環(huán)境設(shè)計(jì)

司機(jī)室的熱環(huán)境就是司機(jī)室內(nèi)的微小氣候環(huán)境，是一個按照人們意志創(chuàng)造的、封閉的、受人們控制的室內(nèi)環(huán)境。通過合理地組織室內(nèi)的氣流速度以及空氣溫度，便可以使駕駛室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)滿足司機(jī)舒適性要求。

(1)空氣溫度

TJ/JW 063—2015《交流傳動機(jī)車司機(jī)室環(huán)境暫行技術(shù)要求》在設(shè)計(jì)時(shí)，利用制冷、制熱裝置來調(diào)節(jié)司機(jī)室內(nèi)的熱環(huán)境。因此，在冬季，通過操縱臺腳踏前方的腳爐、司機(jī)室側(cè)墻的取暖器、司機(jī)室頂部的空調(diào)制熱功能，對司機(jī)的頭、腳以及整個室內(nèi)空間進(jìn)行加熱，為司機(jī)營造最適宜的溫度。在夏季，通過頂部的空調(diào)制冷功能，為司機(jī)營造最適宜的溫度。

(2)氣流速度

司機(jī)室內(nèi)的氣流速度，尤其是司機(jī)頭部氣流主要由頂板空調(diào)出風(fēng)口的氣流速度決定。而頂板空調(diào)出風(fēng)口的氣流速度又由空調(diào)風(fēng)道、空調(diào)出風(fēng)口的數(shù)量決定?？照{(diào)風(fēng)道是自空調(diào)出風(fēng)口至司機(jī)室頂板空調(diào)出風(fēng)口之間的中間環(huán)節(jié)。

在氣流速度設(shè)計(jì)時(shí)，利用流體力學(xué)方法對風(fēng)道的流動特性進(jìn)行仿真分析，獲得風(fēng)道在各出風(fēng)口出風(fēng)量、風(fēng)速的比例關(guān)系并不斷調(diào)整，以獲得令司機(jī)舒適的氣流速度。

6 司機(jī)室視野設(shè)計(jì)

司機(jī)室的設(shè)備布置充分考慮了司機(jī)視野，為了便于司機(jī)瞭望，司機(jī)室前窗采用兩塊大的透明安全玻璃，并設(shè)置遮陽簾，防止刺眼的陽光影響司機(jī)的視野。前窗帶有電加熱功能，可有效防止玻璃結(jié)霜、結(jié)冰和結(jié)霧，保證清晰的視野。在確保司機(jī)室前墻強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能增大前窗玻璃的尺寸，以達(dá)到更寬廣的瞭望視野。

在視野設(shè)計(jì)過程中，需要特別注意，刮雨器的結(jié)構(gòu)形式和布置位置對司機(jī)前方視野有著直接的影響。因此，在司機(jī)室總體布置設(shè)計(jì)過程中必須對刮雨器的安裝位置和刮掃區(qū)域進(jìn)行分析，保證司機(jī)在異常天氣行車具有良好的瞭望視野。

根據(jù)操縱臺及座椅布置，按GB/T 5914.1—2015標(biāo)準(zhǔn)對司機(jī)視野進(jìn)行校核，主、副司機(jī)的視野均滿足要求。

7 結(jié)束語

本文對司機(jī)室設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、模塊化組裝、防撞、密封、噪聲、熱環(huán)境、視野等方面進(jìn)行了探討。雖然，司機(jī)室最主要的設(shè)計(jì)理念還是確保司機(jī)室內(nèi)功能的完整性以及司機(jī)室的安全可靠性，但是隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，更深層次的人性化設(shè)計(jì)理念融入司機(jī)室的設(shè)計(jì)是必然的發(fā)展方向。后續(xù)司機(jī)室的設(shè)計(jì)不僅需要考慮結(jié)構(gòu)的安全性，還需要為司機(jī)營造舒適的工作環(huán)境。