【文章內(nèi)容簡介】 工程機(jī)械市場不僅廣闊 ,而且持續(xù)的時間長久。 壓實機(jī)及其駕駛室設(shè)計的發(fā)展 壓實機(jī)械是各類壓路機(jī)和夯實機(jī)械的總稱 ,在我國工程機(jī)械行業(yè)各大類產(chǎn)品中 ,占有及其重 要的地位。 壓實機(jī)械主要用于各類土石填方和路面鋪筑材料的壓實施工作業(yè) .現(xiàn)代壓實機(jī)械在傳統(tǒng)壓實機(jī)械的基礎(chǔ)上 ,不斷更新壓實理論 ,應(yīng)用先進(jìn)的電子液壓控制技術(shù) ,已逐步實現(xiàn)對技術(shù)作業(yè)參數(shù)的自動化和智能化控制 ,有效地提高了壓實性能、壓實質(zhì)量和壓實生產(chǎn)效基于 UG 的壓路機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計 2 率?，F(xiàn)代壓實機(jī)械已成為各類基本建設(shè)基礎(chǔ)工程施工、確?；A(chǔ)工程壓實質(zhì)量的不可缺少的重要施工設(shè)備。 我國壓實機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅速 ,特別是近 10 年來 ,通過技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)改造 ,加快了新產(chǎn)品的研究和開發(fā) ,一系列具有國際先進(jìn)水平的現(xiàn)代壓實機(jī)械相續(xù)問世。目前 ,我國以擁有徐州工程機(jī)械制造 廠、洛陽建筑機(jī)械廠、三明重型機(jī)器廠、江麓浩利工程機(jī)械有限公司、三一重山、山推工程機(jī)械股份有限公司、陜西中大機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司等 50多家壓實機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)。其中 ,徐州工程機(jī)械制造廠是徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司的核心企業(yè)之一 ,也是我國最大的壓實機(jī)械制造企業(yè)和出口基地 ,其壓路機(jī)的年產(chǎn)量已達(dá) 3千多臺。洛陽建筑機(jī)械廠是我國最早生產(chǎn)制造壓路機(jī)的廠家 ,近期為配合西部開發(fā)推出了“西北王”壓路機(jī)系列產(chǎn)品 ,該系列產(chǎn)品融國際先進(jìn)技術(shù)和“洛建 ”創(chuàng)新成果于一體 ,特別適合在沙漠等惡劣自然氣候條件下壓實施工作業(yè)。三一重工是我國工程機(jī) 械行業(yè)的后起之秀 ,三一重工股份有限公司近年生產(chǎn)制造的“三一”系列壓路機(jī) ,集世界先進(jìn)技術(shù)于一體 ,其主要元件均選用世界著名品牌 ,是我國唯一采用計算機(jī)控制的流水裝配生產(chǎn)的現(xiàn)代壓實機(jī)械。 據(jù)統(tǒng)計 ,我國壓路機(jī)的年產(chǎn)量已達(dá) 6000臺左右 ,約占世界壓路機(jī)總產(chǎn)量的 10%,已成為壓路機(jī)的生產(chǎn)大國。 近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長 ,國家進(jìn)一步加大了對中、西部基礎(chǔ)設(shè)施投資的力度。以公路建設(shè)為重點的交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè) ,為我國壓實機(jī)械的生產(chǎn)開辟了巨大的潛在市場。為了提高市場的競爭力和占有率 ,我國壓實機(jī)械制造行業(yè)已加快現(xiàn)代化的進(jìn)程 ,各生產(chǎn)企業(yè)正在不斷更新自身的系列產(chǎn)品 ,壓路機(jī)的技術(shù)性能不斷完善和提高 ,其設(shè)計和制造技術(shù)已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。國產(chǎn)壓路機(jī)除基本滿足國內(nèi)市場需要外 ,部分產(chǎn)品還遠(yuǎn)銷包括美國、加拿大、英國、意大利和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的 80 多個國家和地區(qū) ,其出口量正在逐年增長。 壓實機(jī)械沿著靜碾壓路機(jī) 輪胎壓路機(jī) 振動壓路機(jī) 振蕩壓路機(jī)的方向發(fā)展 ,至今已有 100 多年歷史。當(dāng)前 ,振動壓路機(jī)已成為現(xiàn)代壓路機(jī)的主要類型 ,也是世界各國壓實機(jī)械制造廠家生產(chǎn)和銷售的主要機(jī)種。由于振動壓路機(jī)所產(chǎn)生的壓力與運(yùn)輸車輛對道路所產(chǎn)生的壓力大體一致 ,所以振動振動壓路機(jī)已被廣泛用于瀝青混合料路面的壓實作業(yè) ,使得振動壓路機(jī)的銷售市場日漸擴(kuò)展。在歐洲 ,基礎(chǔ)壓實工作主要靠振動壓路機(jī)作業(yè) ,振動壓實機(jī)械的生產(chǎn)量高達(dá) 萬臺 ,產(chǎn)值國 。 德國和瑞典是世界上壓實機(jī)械產(chǎn)量最高、技術(shù)最先進(jìn)的國家 ,也是世界上壓實機(jī)械的福建工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 科研試驗中心。德國的寶馬 (BOMANG)公司是目前世界上最大的壓實機(jī)械制造商 ,據(jù)統(tǒng)計 ,早在 1990 年該公司壓實機(jī)械的銷售約占世界市場總銷售量的 23%,其產(chǎn)量居世界第一。寶馬公司的研究機(jī)構(gòu)是世界上最龐大的壓實機(jī)械研究中心。其研究和試驗手段領(lǐng)先與世界先 進(jìn)水平。在德國 ,生產(chǎn)振動壓路機(jī)的著名廠家還有 ABG 公司、原勞森豪森 (LOSENHAUSEN)公司、原魏伯樂克斯 (VIBROMAX)公司 ,其產(chǎn)品暢銷世界各地。瑞典的戴納帕克 (DYNAPAC)公司是世界上著名的壓實機(jī)械制造廠家之一 ,該公司生產(chǎn)的重型壓路機(jī)銷量居世界之首 ,技術(shù)先進(jìn) ,其產(chǎn)品在世界市場上占有極為重要的地位。 日本的壓實機(jī)械是近 40 年來才發(fā)展起來的 ,現(xiàn)已成為世界上生產(chǎn)振動壓路機(jī)最多的國家之一。其產(chǎn)品有一半出口 ,振動壓實機(jī)械品種齊全。日本壓實機(jī)械的生產(chǎn)廠家主要有酒井 (SAKAI)重工業(yè)株式會社、渡邊機(jī)械工 業(yè)和川崎重工業(yè)等生產(chǎn)企業(yè)。 現(xiàn)代壓路機(jī)已廣泛采用液壓傳動技術(shù) ,液壓傳動可實現(xiàn)無級調(diào)速 ,全液壓轉(zhuǎn)向 ,起動、起振和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) ,換向制動無沖擊 ,且操作十分輕便。液壓技術(shù)的發(fā)展可提高壓路機(jī)碾滾和驅(qū)動輪的控制精度 ,穩(wěn)定壓路機(jī)的行駛和作業(yè)速度 ,實現(xiàn)自動調(diào)頻和平穩(wěn)震動 ,提高壓實質(zhì)量。 自從 DYNAPAC 公司 20世紀(jì) 60 年代末 70年代初首先在振動壓路機(jī)上采用鉸接技術(shù)以來 ,現(xiàn)代振動壓路機(jī)已普遍采用柔性車架 ,使后機(jī)架和駕駛室操作人員隔離振動源 ,改善了駕駛工作條件。采用鉸接車架 ,可實現(xiàn)全液壓折腰轉(zhuǎn)向 ,不僅操縱輕便靈活 ,轉(zhuǎn)彎半徑小 ,而且作業(yè)穩(wěn)定性好 ,壓實效率高。 我國壓實機(jī)械從無到有 ,經(jīng)歷了 50年的創(chuàng)業(yè)和發(fā)展過程 ,已形成一個科研、設(shè)計、和制造的完整體系。特別是改革開放以來 ,先后引進(jìn)德國、瑞典和英國的振動壓路機(jī)制造技術(shù) ,為我國壓路機(jī)趕上或接近世界先進(jìn)水平創(chuàng)造了條件。 在我國 ,以領(lǐng)先世界水平的寶馬和戴納帕克壓實技術(shù)為主的壓路機(jī)制造體系 ,已形成4～ 21t 靜力壓路機(jī)、 16～ 30t 輪胎壓路機(jī)、 ～ 20t 振動壓路機(jī)三大系列的產(chǎn)品 ,品種比較齊全。國產(chǎn)現(xiàn)代壓路機(jī)已廣泛采用液壓傳動 ,并采用先進(jìn)的電子控制技術(shù)和先導(dǎo)式液壓伺服控制技術(shù) ,其行走、變速、 換向、振動和制動等工作可靠 ,傳動非常平穩(wěn) ,操作輕便省力 ,不僅提高了對填方鋪層的壓實能力 ,而且具有良好的路面壓實質(zhì)量特性。 21世紀(jì) ,我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)將進(jìn)入一個嶄新的發(fā)展階段。國家已經(jīng)確立了“十五”期間公路交通發(fā)展的目標(biāo)和建設(shè)的重點。到 2021 年 ,全國公里總里程要達(dá)到 155 萬千米 ,5年新增 15萬千米 ,其中西部地區(qū)新增 6 萬千米。 以公路為重點的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)原則 ,為我國壓實機(jī)械的進(jìn)步和發(fā)展提供了契機(jī) ,也為基于 UG 的壓路機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 我國壓實機(jī)械提供了巨大的潛在市場。 隨著壓實機(jī)械市場的擴(kuò)大 ,現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施土建工程對壓實的要求越來越高 ,壓實的作業(yè)范圍在不斷擴(kuò)大。進(jìn)入新的世紀(jì) ,壓實技術(shù)和壓實機(jī)械也將進(jìn)入新的發(fā)展階段。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命和現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展 ,在壓實過程和機(jī)器工作狀態(tài)實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上 ,壓實機(jī)械將進(jìn)一步向自動化的過程發(fā)展 ,這一進(jìn)程將從局部自動化過度到全面自動化 ,并向遠(yuǎn)距離和無人化的方向發(fā)展 ,這一進(jìn)程將從局部自動化過渡到全面自動化 ,并向遠(yuǎn)距離和無人化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在國外無人操縱的振動壓實機(jī)械已經(jīng)應(yīng)用在某些特殊的環(huán)境 ,例如危險地帶、水下壓實作業(yè)中。 在壓實機(jī)械智能化發(fā)展方面一個可以預(yù)期的目標(biāo)是將自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)技術(shù)引入壓實控制中 ,開發(fā)壓實 機(jī)械相應(yīng)的仿真軟件 ,并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)壓實作業(yè)參數(shù)的全自動最優(yōu)控制。此時機(jī)器將具有一定的智能 ,當(dāng)對某材料進(jìn)行壓實時 ,通過一段時間的實踐機(jī)器會自動對壓實作業(yè)的各項參數(shù) (頻率、振幅、碾壓速度和遍數(shù) )進(jìn)行不同組合 ,并判斷其壓實效果 ,從而決定最優(yōu)內(nèi)部狀況的變化 ,使壓實作業(yè)始終在最良好的條件下進(jìn)行。 在智能發(fā)展的另一個重要趨勢是隨機(jī)電腦將普遍應(yīng)用于壓實機(jī)械上 ,用來進(jìn)行工作過程監(jiān)測、機(jī)器技術(shù)狀態(tài)診斷、報警和故障分析。人工智能的介入將大大改善機(jī)器的維修保養(yǎng)工作 ,并加速其現(xiàn)代化進(jìn)程。 此外 ,進(jìn)一步提高振動壓路機(jī)的操作和乘坐舒 適性 ,最大限度地減低噪聲和振動對機(jī)械的影響 ,以減輕駕駛疲勞并延長適用壽命；同時 ,改善壓路機(jī)的外觀造型 ,優(yōu)化人機(jī)工程 ,也是提高壓路機(jī)總體功能的一個重要部分?？梢灶A(yù)測 ,新以嗲壓路機(jī)將會以全新的概念和面貌展示在人們面前。 基于現(xiàn)狀我們該做些什么 基于目前壓路機(jī)的現(xiàn)狀 ,有很多地方是需要改良和創(chuàng)新的 ,特別是駕駛室的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的布置 ,以達(dá)到人性化的要求。所以設(shè)計建立在人機(jī)工程學(xué)理論的基礎(chǔ)上 ,在 UG等先進(jìn)軟件的平臺上 ,通過廣泛的網(wǎng)絡(luò) ,對壓實機(jī)駕駛室提出了更高的要求 ,以達(dá)到人和機(jī)器和諧化的要求。通過對壓實機(jī)駕駛室的 改良和創(chuàng)新 ,使駕駛室員能夠在一個適合自己操作的平臺上完成作業(yè) ,以提高工作效率。 2 人機(jī)工程學(xué)概論和建模軟件 UG 在做 18t壓實機(jī)駕駛室設(shè)計實踐時 ,充分運(yùn)用了人機(jī)工程學(xué)理論來分析駕駛室所存在的缺陷 ,并在 UG、 Pro/Engineer、 CAD 等先進(jìn)軟件的平臺上設(shè)計完成的 ,以達(dá)到人和機(jī)器和諧化的要求。 福建工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)理論 在人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的不同時期 ,不同的學(xué)者提出過多種關(guān)于人機(jī)工程學(xué)的定義 ,分別反映了當(dāng)時人機(jī)學(xué)學(xué)科思想的側(cè)重點。 人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生 理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學(xué)科。這個定義的三句話 ,分別闡明了人機(jī)學(xué)的研究對象、研究內(nèi)容和研究目的。 第一句話指出人機(jī)學(xué)的研究對象 ,是工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等方面的因素 ,這些因素除了工業(yè)設(shè)計以外 ,還與管理工程、勞動科學(xué)、安全工程、環(huán)境工程等領(lǐng)域有關(guān)。單就工業(yè)設(shè)計的三類設(shè)計而言 ,產(chǎn)品是給人用的、視覺傳達(dá)是供人看的、環(huán)境是為人在其間生活、工作的 ,當(dāng)然三類設(shè)計都涉及到人的解剖學(xué)、生理學(xué)、心理因素 ,它們便是人機(jī)學(xué)的研究對象。 第二句指出人機(jī)學(xué)的研究內(nèi)容 ,是人 機(jī) 環(huán)境的最佳匹配、人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)的優(yōu)化。 第三句話指出人機(jī)學(xué)的研究目的 : 就是設(shè)計一切器物都要考慮人們生活、工作的安全、舒適、高效。 人機(jī)工程學(xué)是多種傳統(tǒng)學(xué)科綜合而成的交叉學(xué)科 ,在學(xué)科形成過程中 ,各國學(xué)者從不同的角度給學(xué)科定了多個不同的名稱 ,沿用至今 ,未曾統(tǒng)一。包括人類工效學(xué) ,人的因素學(xué) ,人類工程學(xué) ,工程心理學(xué) ,以及其他名稱。 人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計中的應(yīng)用 人機(jī)系統(tǒng)與人機(jī)界面 系統(tǒng)是系統(tǒng)論里的一個重要概念 ,指為了達(dá)到一定目標(biāo) ,由相互依賴、相互動作用的若干部分所組成的一個整體。當(dāng)一個系統(tǒng)被確認(rèn) ,就意味著 :明確了目標(biāo)和怎樣達(dá)到該目標(biāo) ,分析了需要哪些組成部分 ,以及這些部分如何協(xié)作來實現(xiàn)這些目標(biāo)。 人機(jī)系統(tǒng)特指人與機(jī) (器 )共同組成的系統(tǒng)。很明顯 ,人機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)涵是 :人與機(jī)器協(xié)同去達(dá)到目標(biāo)、完成任務(wù) .由于環(huán)境條件經(jīng)常影響人機(jī)系統(tǒng)的工作情況 ,研究者把環(huán)境這個共同起作用的部分與人機(jī)系統(tǒng)結(jié)合成為一個系統(tǒng) ,就是人 機(jī) 環(huán)境系統(tǒng)。 人機(jī)界面是指單人單機(jī)構(gòu)成的人機(jī)系統(tǒng)機(jī)器工作 (運(yùn)行 )狀態(tài)。人機(jī)系統(tǒng)的工作過程中 ,把機(jī)器的信息傳遞給人的是顯示器 ,接受人賦 予的信息傳遞給人的是控制器；可見 ,顯示器和控制器是人 (操作者 )與機(jī)器之間實現(xiàn)雙向信息交流的接口、通道 .他們就是機(jī)器上的人機(jī)界面 ,或者是人機(jī)界面的一種、人機(jī)界面的一部分。 基于 UG 的壓路機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計 6 人機(jī)學(xué)文獻(xiàn)關(guān)于人機(jī)界面的定義 ,尚未完全統(tǒng)一。我們一般把機(jī)器上實現(xiàn)人與機(jī)器互相交流溝通的顯示器、控制器為人機(jī)界面；機(jī)器上與人的操作有關(guān)的實體部分 ,也是機(jī)器的人機(jī)界面。 人機(jī)工程設(shè)計與人機(jī)關(guān)系 設(shè)計涉及的范圍很廣泛 ,大的領(lǐng)域有工程技術(shù)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、藝術(shù)設(shè)計等等。每一大領(lǐng)域下又分很多門類 ,如工程技術(shù)設(shè)計領(lǐng)域中就有 :機(jī)械設(shè)計、電路設(shè) 計、土木工程設(shè)計、工藝流程設(shè)計、軟件程序設(shè)計等等門類。機(jī)械設(shè)計這一門類下還可以細(xì)分出機(jī)構(gòu)設(shè)計、傳動設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計、剛度設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等等。 簡單地說 ,人機(jī)工程設(shè)計的對象是人機(jī)界面 ,設(shè)計涉及解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等人的因素 ,要達(dá)到的目標(biāo)是生活、工作的舒適、安全、高效。 優(yōu)良的人機(jī)關(guān)系應(yīng)該是“機(jī)宜人”和“人適機(jī)”兩個方面的結(jié)合。所謂機(jī)宜人 ,就是器物設(shè)計要適合解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等各方面人的因素 ,前面已經(jīng)有所闡述。所謂人適機(jī) ,就是充分發(fā)揮人在能動性、可塑性、創(chuàng)造性、通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練提高技能等方面的特長 ,使人機(jī)系統(tǒng)更好地發(fā)揮效能。 人機(jī)工程學(xué)在工業(yè)設(shè)計中所起的作用 人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計的時候提供了最優(yōu)的人體尺寸參數(shù) ,以及提供如何實現(xiàn)人機(jī)和諧化、最優(yōu)化的依據(jù) ,以設(shè)計出與人體各方面性能最優(yōu)化的機(jī)器。在接下來的幾章內(nèi)我將分別介紹人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、人體技能特征參數(shù)與機(jī)器和諧化的直接依據(jù) ,這些參數(shù)和根據(jù)都是建立在人機(jī)工程學(xué)的基礎(chǔ)上。 UG 建模軟件 NX軟件是目前國際、國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的大型 CAD/CAE/CAM 集成化軟件之一 ,功能強(qiáng)大 ,內(nèi)容豐富 ,涵蓋了設(shè)計、分析、加工、管理等各個領(lǐng)域。除了通用模塊之 外 ,還提供了各種高級專用模塊、如計算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計模塊、鈑金設(shè)計加工模塊、模具設(shè)計加工模塊、管路設(shè)計布局模塊等。在核心技術(shù)上 ,包含了基于知識工程的自動化開發(fā)、系統(tǒng)化的建模、集成化的協(xié)同環(huán)境和開放式的設(shè)計和應(yīng)用。它的技術(shù)始終位于先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的前沿 ,幾乎每年推出的新版本都反映了當(dāng)前領(lǐng)域發(fā)展的最新結(jié)果 ,特別是 2021年推出的UGNX 更是在原有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)充 ,在操作上更加靈活方便、得心應(yīng)手。 UG 軟件系統(tǒng)起源于美國麥道飛機(jī)公司 ,經(jīng)過幾十年的發(fā)展 ,今天的 UG 已經(jīng)匯集了航空、航天、汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗 ,并經(jīng)歷 了飛機(jī)、汽車多個大型工程項目的實際考驗 ,被公認(rèn)為是世界一流的集成化 CAD/CAE/CAM 軟件之一。 福建工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 3 壓路機(jī)駕駛室設(shè)計的意義