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拖拉机驾驶室人机工程学优化设计

杨秀芳;杨自栋;覃乾;王正立;王依人

【期刊名称】《《农机化研究》》

【年(卷),期】2019(041)012

【总页数】8页(P250-257)

【关键词】拖拉机;驾驶室;人机工程学;CATIA;优化设计

【作者】杨秀芳;杨自栋;覃乾;王正立;王依人

【作者单位】浙江农林大学工程学院杭州311300;南京航空航天大学民航学院

南京211106

【正文语种】中文

【中图分类】S219.032.9

0引言

拖拉机驾驶室是驾驶员的工作场所，直接与驾驶员进行人机交互，而人机工程学的

良好设计对驾驶员的操纵舒适性和驾驶安全性有直接的影响，还可以减少驾驶员的

体力劳动和精神负担，提高驾驶员的工作效率。

拖拉机驾驶室的人机工程学研究从20世纪50年代开始，设计师们把汽车驾驶室

和飞机驾驶舱人机工程学的研究方法应用到拖拉机的驾驶室设计中[1-4]。农业现

代化程度高的国家(如日本、欧美等国)比较早地将人机工程学应用于农业机械的设

计与评价中[5-7]，目前研究重点偏向座椅减振悬架和驾驶室的研究[8-10]。国内

相关研究起步比较晚，多数侧重在拖拉机驾驶室人机工程学的理论分析上[11-12]，

研究也相对较少[13]。项目组前期对拖拉机驾驶室的操纵舒适性进行了调查，发现

在人机工程学方面有待进一步完善。

本文以国产东方红LX-1204型拖拉机为研究对象，利用Creo3.0构建三维模型，

运用CATIA软件的人机工程学模块，建立拖拉机驾驶室的人机系统模型，对驾驶

员的视野、操纵舒适性及可达性进行评价，结合驾驶室操纵舒适性的调查，在人机

工程学方面可以进一步优化，从而提高驾驶室操纵舒适性，为驾驶室的设计提供一

定的参考。

1驾驶室人机系统的建立

1.1H点的确定

H点(即胯点，驾驶过程中人体躯干与大腿间的交接点)是驾驶室座椅空间尺寸的基

准点，设计的合理性直接影响驾驶员的舒适性、安全性、视野及手伸界面。有两种

方法确定H点：①根据GB/T6235-2004《农业拖拉机驾驶员座位装置尺寸》中

SIP(拖拉机驾驶员座椅标志点)的推荐值确定范围[14]；②根据SAE(美国汽车工程

师学会)驾驶员H点位置曲线确定[15]。本文通过两种方法的结合确定H点。

SAE适意H点的确认方法有A类和B类车的区别，拖拉机属于B类车，可采用B

类车方法确定[16]。驾驶员男女比例一般介于90:10至95:5之间，可根据公式(1)

计算，即

(1)

由此来确定H点距油门踏板踵点(AcceleratedHeelPoint,AHP)的水平距离X的

值。

根据H点示意法，首先应估算出实际H点与确定的AHP位置的垂直距离Z。

GB/T6235-2004中推荐其范围为450～520mm，结合东方红LX1204驾驶室的

具体空间尺寸，根据经验分别选定Z值为490、470、450mm。将Z值代入式(1)

得到

(2)

通过以上的分析和计算，最终确定P95、P50、P5驾驶员实际H点在(X，Z)上的

坐标分别为(680,490)、(616,470)、(544，450)，Y方向上的位置与座椅纵向中心

面的位置一致，座椅的水平调节量为136mm。

1.2创建驾驶室模型

根据GB/T6238-2004《农业拖拉机驾驶室门道、紧急出口与驾驶员的工作位置

尺寸》[17]、GB/T6235-2004《农业拖拉机驾驶员座位装置尺寸》的规定及推荐

值，结合东方红LX-1204拖拉机的实际状况，采用Creo3.0软件建立驾驶室的三

维模型如图1所示，驾驶室内部总体布局如图2所示。

图1驾驶室三维模型Fig.1Three-dimensionalmodelofthecab

1.3人体模型的建立

CATIA人体模型库中共有美国、加拿大、法国、日本、韩国、德国及中国台湾地

区7个地区的1%～100%的人体模型，并没有大陆地区的人体模型，因此选用了

台湾地区成年男性人体模型。模型重要尺寸主要来源于相关国际标准，按经验选取

的数据不会影响其可靠性与准确性[18]。根据实际H点的位置坐标，将驾驶员三

维人体模型在驾驶室中进行定位，建立拖拉机驾