基于人机工程的挖掘机扶手箱设计

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近十年来，我国挖掘机市场平均年增长率达到30%，十-五”期 间挖掘 机行业得到前所未有的高速发展，经济危机后，国家四万亿”投资更加带动了挖掘机制造企业投资扩产的 热情 ，-部 分从 未涉足挖掘 机行业 的企 业甚 至非制造企 业易 纷进入市常自201 1年以来挖 掘机制造企 业新 增产能近 1 5万台，我国已经成为 世界 挖掘机 用量最大的市场之- ，不仅市场销量最大 ，而且产量也最大 ，俨然成 为世界挖 掘机 行业制造中心。

挖掘机驾 驶室不同与其 他工程机械 ，内部 无仪 表台及传统 方向盘控制 的转向机构，几乎所用控制部分都放在座椅两侧的扶手 箱上 ，挖机的 回转、挖掘 、装卸动作都要靠 控制扶手 箱前侧的先导手 柄完成 ，扶手箱质量的高低直接 关系到操纵 人员的舒适度及挖机的整体性能 。随着挖机 的升级换代，传统挖机扶手箱装配困难 ，不易维修的弊端也显现出来。

该文主要从人机工程学的角度 出发 ，充分考虑挖机扶手箱的易维修的基础上，运用cAD/CAE/CAPP等计算机辅助技术对挖掘机扶手箱进行了全新设计。通过扶手箱下壳体采用分体武结构及卡扣的运用，有效的解决了扶手箱壳体更换困难的问题 ，并 实现壳体的多色搭配，提升了挖掘机的档次。

1扶手箱构成 作用及存在问题扶手箱总成是 挖掘机内饰件设计 中结构和制造工艺最复杂的组件之-，车上的点火开关、控制开关、娱乐系统 、空 调面板通常都 安装在其上面 ，更重要的是 操纵 挖机回转、挖掘、装卸的先导手柄也布置在扶手箱上。而且 ，打开车门首先看到的就是扶手箱 ，其舒适性 、造 型、质感决 定了驾乘 人员对内饰的评价 程度，因此它是内饰开发的核心部件。

扶手箱总成包含很多零件，维修及更换元器件频率 相对较高，我们可以看出，扶手箱外壳由为上下两部分组成，上下外壳固定在 内部骨架 上。这 种简单 的上下结构 给维修造 成很多不便 ，特 别是当下壳 出现 损坏时，更换更加麻烦，必须将先导操纵手柄油管全 部拆下，骨架 固定螺栓卸掉 ，才能将下壳拆下更换 。并且从色彩上来看，上下壳颜色搭配也显得 比较单调。

2人机关系及设计过程2.1人机 交互关系按照与驾乘人员的人机 交互关 系扶手箱零部 件可分为以下2类。(1)视角交互：娱乐系统 (收音机)、指示灯、时钟等 ；(2)触觉交互界面：空 调控 制面板、油门旋 钮、点火开 关、翘 板开关、杂物盒 、先导切 断开关 、先导手柄等。

2.2扶手箱布置过程驾驶员需 要密切关注 挖机 工作情况 ，所 以指示灯 的观察都是在 瞬间完成的。这就需要 视觉交互界面放置在驾驶员视线最易观 察的地 方，扶手箱总成 除视 觉交互界面之外，绝大部分属于触觉交互界面，它们的放置位置与驾驶 员的手伸及能力有关，需要确 保驾驶 员在不必大动躯干 的情况下就能方便 操纵 。根据 挖机扶手 箱的结构和人际交互关系并 结合大多数人的操作 习惯，将油 门旋钮、点火开关、翘板开关、空调控制面板放置在右扶手箱上，将收音机、备用 电源、点烟器、指示灯、杂物盒、先导切断开关放 置在 左扶手 箱上。然后按 照操作使用频次的高低 及占用空间的大小综合考虑进行位置确定 。

2.3结构设计扶手 箱下壳体拆卸问题是 当前扶手箱需要 解决的 首要问题 ，也是本文 主要探讨的主要问题。在这里我们采用分 体式设计，将下壳分为前、后、左、右四部分组合，这样就可以解决检修及下壳更换困难的问题 。同时也可以将四部分做成不同颜 色，实现多彩搭配。同时本设计借用轿车内饰 中用到的金属卡扣连 接方式 ，来实 现外 壳与骨架的连接，即解决了因螺钉外露 的美观问题，也易于拆卸。因壳体的分 体式 设计的应用，就要求模具制作时更加精确，随着我国注塑工艺近 几年快速 发展，大 多数 注 塑厂家都 可以制作出满足要求的产品。

先 导手 柄 控 制挖 掘 机 回转 及装 卸 动作，是挖 掘机的核心部件 ，使用最为频繁，使 驾驶 员以最 舒适 的 方式 来控 制 先导手柄，可以大 大减少驾驶员的疲 劳感 。因此 ，先导手柄的位置是衡量扶手箱优劣的重要因素。

现在，随着3D工具的发展，计算 机仿真技 术 ，特别是CAE技术 ，可以在提 高产品质量和 建立产品开发能力方面，给 我们 提供极大帮助。本文以中等身高的人为模 型，进行实体建模。首先，对于上臂来说，它的自然形态应该是使尺骨和桡骨接近平行的状态。这种形态下，上臂的主要肌肉和血管不会发生 扭曲，所以 即便长时 间保持 这个 姿势，也不会出现 肌肉疲劳和缺氧情况，根据人体 的生理机构 来确定先导手 柄的位置，从而确定扶手箱的高度、角度等。再根据整车造型风格最终确定扶手箱整体造型。

3结语扶手箱设计是-项复杂而细致的工作，也是挖 掘机设计 的重要 组成部分。设计人员必须在设计过程中权衡利弊，精心布局，使其既充分考虑到驾驶员的各种操纵习惯，符合人机舒适性，又与整车造型风格协调-致 ；既方便加工装配，又对乘员安全 起到辅助保护作用。