轮式拖拉机驾驶室人机工程研究与设计

轮式拖拉机驾驶室人机工程研究与设计

黄闯 黄闯 张贺龙 张江涛 樊银斌

第一拖拉机股份有限公司中小拖公司 河南 洛阳 471004

摘要：轮式拖拉机驾驶室人机工程学视角的造型设计与研究，有利于提高拖拉机的舒适性和安全性，有效提高其市场竞争力，为同类农机产品的设计提供参考。本文基于拖拉机人机工程学理论，根据拖拉机驾驶室的基本结构，从拖拉机驾驶员的操作行为出发，构建驾驶员任务模型，从用户的角度总结并提出驾驶室设计的切入点。从整体驾驶室尺寸和视野分析的角度规划了拖拉机驾驶室空间尺寸，完成了轮式拖拉机驾驶室的造型设计，为后面的拖拉机驾驶室设计研究提供了参考。

关键词：轮式拖拉机；驾驶室；人机工程；研究

一、轮式拖拉机设计中的人性化理念诉求

轮式拖拉机是一种工作环境恶劣、控制系统复杂的重型机械。其人机工程学系统中每个元素的设计都关系到机械的正常高效运行和驾驶员的安全舒适控制。因此，在轮式拖拉机的工业设计中，对人性化概念的诉求尤为突出。轮式拖拉机人机界面可分为控制系统人机界面、直接作用人机界面和间接作用人机界面三种。

1.1控制系统人机界面

这种人机界面的特点是机器通过显示器（主要是视觉和听觉显示）向人传递拖拉机工作状态的信息，人通过控制装置向机器传达控制指令。机器，使机器按人规定的状态运行。在轮式拖拉机驾驶室中，控制系统的人机界面主要包括车速表、水温表、电压表、油压表、里程表等各种仪表，以及一些音响设备和状态指示灯。对于有经验的司机，可以通过机器在运行过程中零件之间的摩擦声来判断机器相应的运行状态，及时发现运行过程中的不良情况。

1.2直接动作人机界面

如座椅、把手、方向盘和各种按钮。这种人机界面的特点是“人”与“机”直接交互。它对相应的“机器”提出了更高的要求，要求适合人体的大小和操作能力，使人在使用过程中能发挥适当的力量，感觉舒适，操作方便，安全可靠。 .

1.3间接人机界面

如光照、振动、噪音、小环境、气候和生命维持条件。这种人机界面的特点是“机器”的输出通过对环境的影响间接影响人的生理和心理，影响驾驶者的舒适、健康和生命安全。大型拖拉机驾驶室的轮子进入系统。上述三种入接口不是孤立存在的，而是相互影响、相互制约的。座椅、振动和噪音会影响人们操作显示控制系统的能力，错误的控制器设计会恶化人们的工作条件，甚至影响系统的安全性。这种人机界面相互之间有着密切的关系，拖拉机自身的特点决定了其设计中对人性化概念的需求：轮式拖拉机驾驶室的许多设计元素必须尽量满足用户的生理、生理、心理、智力、审美和社会价值观的要求，包括：信息显示易于接受和判断；控制系统的尺寸、强度、位置、结构和形式适合驾驶员的需要；工具、用品、用具使用得心应手，可充分提高使用效率：驾驶员工作环境舒适安全，有利于身心健康，能充分发挥人体机能等。轮式拖拉机的环境是露天的室外环境，场地较差。在这种环境下，路况、环境温度、湿度、紫外线强度等自然因素的变化都会影响轮式拖拉机驾驶室的人机系统。当路况变化作用于人机系统时，要求系统中的活动部件具有一定的阻尼能力。驾驶室控制杆外侧套有一定的塑料弹性护套，可减少路况波动对控制杆的冲击。座椅下部装有具有一定弹性变量的弹簧，可起到减震作用，同时保护驾驶员。由于自然界昼夜交替，轮式拖拉机驾驶室的人机系统需要有一定的照明设备和控制装置；对于环境中温湿度的变化，在人机系统中需要有一定的温湿度显示装置；对于紫外线，要求人机系统有相应的屏蔽设施：当水温、油压、轮式拖拉机车速等重要工况参数发生变化时，要求人机系统有相应的显示器进行显示。如有需要，可通过录入系统中的相应操作进行自动调整。

二、轮式拖拉机操作过程分析

轮式拖拉机驾驶室结构分析轮式拖拉机主要由底盘、车身和驾驶室组成。此外，还包括配重铁、车轮、通气管等部件。驾驶室由直线架、挡风玻璃、各种灯和各种操作部件组成，

拖拉机驾驶员操作流程主要分为七个运行阶段：启动前、启动、启动、转向、制动、停车和熄火。启动前，按维修规程检查所有部件；其次，将换档杆、液压泵离合手柄、动力输出控制手柄和分动箱滑档控制杆置于空档，手动上下压输油泵，仔细检查拖拉机和悬挂的农机具是否连接正确；最后，检查电气系统的照明和喇叭是否正常，检测轮胎压力，如果没有充气则充气。启动时，顺时针转动预热启动开关手柄，预热发动机。拖拉机只有在发动机水温升至50℃后才能正式使用。起步操作主要包括松开解锁爪、鸣喇叭、松开离合器踏板、缓慢加大油门，使拖拉机顺利上路。转向操作包括按下转向灯和转动方向盘。制动操作包括减小油门、降低速度和踩下制动踏板。驻车操作时，首先降低油门和速度，然后踩下离合器和制动踏板，换到空档，松开踏板，使发动机怠速，最后踩下制动踏板停车。熄火操作包括：发动机空载后，空载运行3～5分钟，待各部件温度逐渐降低后，拉动油门手柄熄火。通过对驾驶员操作过程的详细分解可以发现，在拖拉机驾驶室的设计过程中，要特别注意操纵杆、踏板等机械手的尺寸、位置布置和灵活性。此外，门把手与踏板的位置关系也是设计的重点。

三、拖拉机驾驶室空间设计与人机工程学分析

3.1 驾驶室整体空间尺寸设计与分析

在一定条件下，驾驶室室内空间应尽可能充裕，以满足驾驶员操作和进出的要求。同时，为了方便驾驶员的驾驶操作，驾驶室还应为驾驶员的肘部和脚部提供足够的工作空间。因此，驾驶室内的天花板与地面的距离应满足95%的男性司机在直立时不会碰到头部的要求。同时，将座椅调至最高位置时，驾驶员的头部应与驾驶室天花板保持一定距离。驾驶室侧门和脚踏板的尺寸及相关位置也应保证驾驶员进出驾驶室的安全和方便。

3.2 驾驶室视野分析研究

在拖拉机驾驶室设计过程中，良好的视野也是重要的设计因素之一。建立拖拉机驾驶室三维模型，在人体模型库中选取第 5 个百分位和第 95 个百分位的中国男性人体模型，，搭建视野评估平台，分别对前视野、内后视野和横向视野进行分析验证。当驾驶员直视前方时，由于柱子的存在，会产生相应区域区间的盲区。由于左右立柱形成的盲区在驾驶员的视线中是无法避免的，因此原空滤器和消声器在驾驶室设计中仅设计成一体式排气管，安装在由驾驶员视线引起的盲区中。左右两侧的前柱，以免再次形成多余的盲区。当驾驶员观察拖拉机的前后左右时，后悬挂农具和前倒车镜的操作区域都在驾驶员假人的视野范围内。

拖拉机驾驶室设计分析基于拖拉机结构，综合驾驶员操作过程和人机分析结果，参考中国男性人体模型的尺寸确定拖拉机驾驶室的具体尺寸。拖拉机驾驶室设计方案采用一体式设计，踏板与后挡泥板连接，倒车镜与车灯组合，前挡风玻璃也采用了整体玻璃的形式。

结论

轮式拖拉机驾驶室人机工程学视角的造型设计与研究，有利于提高拖拉机的舒适性和安全性，有效提高其市场竞争力，为同类农机产品的设计提供参考。本文基于拖拉机人机工程学理论，根据拖拉机驾驶室的基本结构，从拖拉机驾驶员的操作行为出发，构建驾驶员任务模型，从用户的角度总结并提出驾驶室设计的切入点。从整体驾驶室尺寸和视野分析的角度规划了拖拉机驾驶室空间尺寸，完成了轮式拖拉机驾驶室的造型设计，为后面的拖拉机驾驶室设计研究提供了参考。

参考文献

[1] 崔扬. 基于人机工程理念的智能拖拉机驾驶室研究及设计[J]. 农机质量与监督, 2020(9):2.

[2] 范振喜, 徐允飞, 王兴伟,等. 浅谈轮式拖拉机驾驶员视野[J]. 拖拉机与农用运输车, 2021, 48(4):4.