享受舒适(一)

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工程机械的舒适化，归根结底是人机工学、人机界面交互、设计几何学、力学、数字建模等多门学科的综合应用，是操控执行的舒适化，也是人体感知的舒适性。而真正意义上的舒适性，不仅仅是狭义的舒服，还包含了安全、便捷、高效的性能要求，同时更应具备易快速量产的经济化效益。

在欧美市场上，工程机械的舒适性设计已经非常成熟，如JCB挖掘装载机、魏德明（Weidemann）静液压装载机、卡特彼勒轮式装载机、山猫滑移装载机等产品，其整机的舒适性设计都已经非常完善，并成为整个行业的领导者甚至是某些行业准则的制定者。而在国内市场上，舒适性的整体水平则处于逐步完善的阶段。目前，在成本允许的范围内，无论是用户还是生产厂商，均对舒适化投入了大量的关注和实践性改善。

其实，我们通常所说的工程机械的舒适性，既有操控意义上的舒适性也有感知范围内的舒适性，主要体现在操控舒适性、维修舒适性、工作环境舒适性、内饰舒适化以及噪声和振动的控制等5个方面。本刊将以连载的形式，从5个方面出发，一起探讨工程机械舒适性技术策略。

本期，让我们一起去探索和体验最佳的操控舒适性。

工程机械操控舒适化，主要是指驾驶员或者维修人员在进行工程机械的驾驶或维修，即人机交互时，能够舒适、便捷、高效地完成既定工作。在工程机械行业，与操控舒适性比较密切相关的3个要素分别是：操控装置的舒适性、显示装置的舒适性以及作业空间的舒适性。

实际设计中，大多设计人员均会参考人机工学参考尺寸、机加工工艺以及现场实际生产能力来确保整机的协调性、舒适性设计。借助于成熟的三维建模以及模块化技术，工程师在设计之初即可对操控的舒适性进行详细的模型校核，参照人机工学的相关尺寸对人机交互点进行尺寸分析、校核，并根据校核结论对数据模型进行修正。之后在实际生产中，会再根据实际量产的生产情况，就材料以及加工工艺等方面对操控的舒适性做进一步的调整。

舒适点一：操纵装置

操纵装置是指通过驾驶员的直接动作或间接动作，实现机械的启动、驻车、行走状态的改变以及工作状态改变的装置。操纵装置的设计，需要从人体的体形、尺度、生理特点、运动特征和心理特性，以及人的体能限度多个方面综合考虑，达到舒适化的目标。

设计过程中需要从操纵装置的空间布置、操纵装置的易操作性、操纵装置的可靠性等3方面来考虑操纵装置舒适性的可实施性。

空间布置

操纵元件包括手操纵元件和脚操纵元件，如脚制动器、脚油门、操纵手柄、手制动器、紧急制动器、转向盘、翘板开关等，根据使用的频率以及约定俗成的一些习惯进行最合适的安排。

以轮式装载机的操控装置为例，操控装置主要集中在驾驶室的前部，部分装载机座椅的左右也有布置。不同的机种，会根据工作原理和工作环境的不同对操控装置做不同的布置。

JB 3683-2001-T中关于最佳操纵区域的大概范围为：脚操纵舒适区域，以座椅的标定点（SIP点）为原点，左右280mm，高度为-140～-490mm的立体区域，可及范围扩展到左右340mm，高度-70mm的立体区域内；手部操纵区域，以座椅SIP点为原点，左右500mm，高度为-110-420mm的立体区域，可及范围扩展到身体宽度再加上左右肩关节旋转的半径为600mm的球状立体区域。

以厦丁MACKS227型静液压装载机为例（如图2），该产品是专门针对欧洲市场设计的，用于农场的轻载荷工作，其基本布置是左右脚控、右手液压先导操纵手柄、左手制动器，中间前部分为组合仪表的显示装置以及翘板开关等小型操控装置。具体而言，方向柱、组合仪表面盘及组合仪表上的翘板开关、启动开关、先导操纵手柄等都在手控的最佳舒适区域内，属于比较合理的布置。而制动器踏板和油门踏板最原始的设计是竖直的，并没有做一个倾角处理，布置位置基本在可及区域的外缘。后期量产过程中，结合欧洲市场的反馈情况以及多次的人工校核，对制动器踏板和油门踏板的布置做了15°的倾角布置更改，这样就把脚与踏板的接触点向舒适区靠近了一些。尽管如此，脚部可及范围仍然是在脚操纵舒适区域的边缘，依旧存在改进空间。

易操作性

对操纵元件进行操纵时，驾驶员需要施加的力气、时间等都需要进行校核和计算，即操控装置的易操作性。

在详细方案设计过程中，完成基本的三维建模之后，需要根据部件的运动情况和功能要求，对部件进行结构分析和处理，如运动部件的助力处理、工作装置的点位校核等。

以厦工MACKS450型静液压装载机驾驶室后窗的助力分析为例介绍操控装置的易操作性校核。设计要求为后窗后翻90°，对后窗的助力气弹簧参数做出计算分析。首先需要通过三维模型分析，确定后窗的重心点位、质量以及运动轨迹（如图3）。

气弹簧的点位和力量计算，首先需根据后窗的整体质量以及重心位置和翻转角度来大致假设气弹簧的基本点位，然后通过力矩平衡原理来计算对点位和力量进行校核，并根据校核结果对假设的点位进行修正。

图5简化示意图中的O点是运动轴心，A点位是气弹簧的上点位，即后窗在基体上的固定点位；B点是后窗处于初始状态时候后窗的重心位置；C点位是是后窗处于初始状态时候气弹簧的下点位；B’点是后窗处于终点状态时候后窗的重心位置；C’点位是后窗处于终始状态时候气弹簧的下点位。后窗质量m=20kg，初始状态气弹簧压力为F1，终点状态气弹簧压力为F2，其余尺寸如图5中标示。

初始状态的力矩平衡：m×g×80=F1×33

F1=（m×g×80）/33=485N

终点状态的力矩平衡：

m×g×227=F2×54

Fz=（m×g×227）÷54=840N

F2>F1，由于运动全程中，气弹簧要始终保持能支撑住后窗的状态，所以选择F2做气弹簧的压力。