【文章內容簡介】 工程機械市場不僅廣闊 ,而且持續(xù)的時間長久。 壓實機及其駕駛室設計的發(fā)展 壓實機械是各類壓路機和夯實機械的總稱 ,在我國工程機械行業(yè)各大類產品中 ,占有及其重 要的地位。 壓實機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)代壓實機械在傳統(tǒng)壓實機械的基礎上 ,不斷更新壓實理論 ,應用先進的電子液壓控制技術 ,已逐步實現(xiàn)對技術作業(yè)參數(shù)的自動化和智能化控制 ,有效地提高了壓實性能、壓實質量和壓實生產效基于 UG 的壓路機駕駛室結構設計 2 率?，F(xiàn)代壓實機械已成為各類基本建設基礎工程施工、確?；A工程壓實質量的不可缺少的重要施工設備。 我國壓實機械制造行業(yè)發(fā)展迅速 ,特別是近 10 年來 ,通過技術引進和技術改造 ,加快了新產品的研究和開發(fā) ,一系列具有國際先進水平的現(xiàn)代壓實機械相續(xù)問世。目前 ,我國以擁有徐州工程機械制造 廠、洛陽建筑機械廠、三明重型機器廠、江麓浩利工程機械有限公司、三一重山、山推工程機械股份有限公司、陜西中大機械集團有限責任公司等 50多家壓實機械生產制造企業(yè)。其中 ,徐州工程機械制造廠是徐州工程機械集團有限公司的核心企業(yè)之一 ,也是我國最大的壓實機械制造企業(yè)和出口基地 ,其壓路機的年產量已達 3千多臺。洛陽建筑機械廠是我國最早生產制造壓路機的廠家 ,近期為配合西部開發(fā)推出了“西北王”壓路機系列產品 ,該系列產品融國際先進技術和“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 械行業(yè)的后起之秀 ,三一重工股份有限公司近年生產制造的“三一”系列壓路機 ,集世界先進技術于一體 ,其主要元件均選用世界著名品牌 ,是我國唯一采用計算機控制的流水裝配生產的現(xiàn)代壓實機械。 據(jù)統(tǒng)計 ,我國壓路機的年產量已達 6000臺左右 ,約占世界壓路機總產量的 10%,已成為壓路機的生產大國。 近年來，隨著國民經濟持續(xù)穩(wěn)定地增長 ,國家進一步加大了對中、西部基礎設施投資的力度。以公路建設為重點的交通基礎設施的建設 ,為我國壓實機械的生產開辟了巨大的潛在市場。為了提高市場的競爭力和占有率 ,我國壓實機械制造行業(yè)已加快現(xiàn)代化的進程 ,各生產企業(yè)正在不斷更新自身的系列產品 ,壓路機的技術性能不斷完善和提高 ,其設計和制造技術已接近或達到國際先進水平。國產壓路機除基本滿足國內市場需要外 ,部分產品還遠銷包括美國、加拿大、英國、意大利和日本等工業(yè)發(fā)達國家的 80 多個國家和地區(qū) ,其出口量正在逐年增長。 壓實機械沿著靜碾壓路機 輪胎壓路機 振動壓路機 振蕩壓路機的方向發(fā)展 ,至今已有 100 多年歷史。當前 ,振動壓路機已成為現(xiàn)代壓路機的主要類型 ,也是世界各國壓實機械制造廠家生產和銷售的主要機種。由于振動壓路機所產生的壓力與運輸車輛對道路所產生的壓力大體一致 ,所以振動振動壓路機已被廣泛用于瀝青混合料路面的壓實作業(yè) ,使得振動壓路機的銷售市場日漸擴展。在歐洲 ,基礎壓實工作主要靠振動壓路機作業(yè) ,振動壓實機械的生產量高達 萬臺 ,產值國 。 德國和瑞典是世界上壓實機械產量最高、技術最先進的國家 ,也是世界上壓實機械的福建工程學院學士學位論文 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械制造商 ,據(jù)統(tǒng)計 ,早在 1990 年該公司壓實機械的銷售約占世界市場總銷售量的 23%,其產量居世界第一。寶馬公司的研究機構是世界上最龐大的壓實機械研究中心。其研究和試驗手段領先與世界先 進水平。在德國 ,生產振動壓路機的著名廠家還有 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械制造廠家之一 ,該公司生產的重型壓路機銷量居世界之首 ,技術先進 ,其產品在世界市場上占有極為重要的地位。 日本的壓實機械是近 40 年來才發(fā)展起來的 ,現(xiàn)已成為世界上生產振動壓路機最多的國家之一。其產品有一半出口 ,振動壓實機械品種齊全。日本壓實機械的生產廠家主要有酒井 (SAKAI)重工業(yè)株式會社、渡邊機械工 業(yè)和川崎重工業(yè)等生產企業(yè)。 現(xiàn)代壓路機已廣泛采用液壓傳動技術 ,液壓傳動可實現(xiàn)無級調速 ,全液壓轉向 ,起動、起振和運轉平穩(wěn) ,換向制動無沖擊 ,且操作十分輕便。液壓技術的發(fā)展可提高壓路機碾滾和驅動輪的控制精度 ,穩(wěn)定壓路機的行駛和作業(yè)速度 ,實現(xiàn)自動調頻和平穩(wěn)震動 ,提高壓實質量。 自從 DYNAPAC 公司 20世紀 60 年代末 70年代初首先在振動壓路機上采用鉸接技術以來 ,現(xiàn)代振動壓路機已普遍采用柔性車架 ,使后機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)全液壓折腰轉向 ,不僅操縱輕便靈活 ,轉彎半徑小 ,而且作業(yè)穩(wěn)定性好 ,壓實效率高。 我國壓實機械從無到有 ,經歷了 50年的創(chuàng)業(yè)和發(fā)展過程 ,已形成一個科研、設計、和制造的完整體系。特別是改革開放以來 ,先后引進德國、瑞典和英國的振動壓路機制造技術 ,為我國壓路機趕上或接近世界先進水平創(chuàng)造了條件。 在我國 ,以領先世界水平的寶馬和戴納帕克壓實技術為主的壓路機制造體系 ,已形成4～ 21t 靜力壓路機、 16～ 30t 輪胎壓路機、 ～ 20t 振動壓路機三大系列的產品 ,品種比較齊全。國產現(xiàn)代壓路機已廣泛采用液壓傳動 ,并采用先進的電子控制技術和先導式液壓伺服控制技術 ,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量特性。 21世紀 ,我國國民經濟建設將進入一個嶄新的發(fā)展階段。國家已經確立了“十五”期間公路交通發(fā)展的目標和建設的重點。到 2021 年 ,全國公里總里程要達到 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設施建設原則 ,為我國壓實機械的進步和發(fā)展提供了契機 ,也為基于 UG 的壓路機駕駛室結構設計 4 我國壓實機械提供了巨大的潛在市場。 隨著壓實機械市場的擴大 ,現(xiàn)代基礎設施土建工程對壓實的要求越來越高 ,壓實的作業(yè)范圍在不斷擴大。進入新的世紀 ,壓實技術和壓實機械也將進入新的發(fā)展階段。 隨著現(xiàn)代科學技術革命和現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展 ,在壓實過程和機器工作狀態(tài)實時監(jiān)測的基礎上 ,壓實機械將進一步向自動化的過程發(fā)展 ,這一進程將從局部自動化過度到全面自動化 ,并向遠距離和無人化的方向發(fā)展 ,這一進程將從局部自動化過渡到全面自動化 ,并向遠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械已經應用在某些特殊的環(huán)境 ,例如危險地帶、水下壓實作業(yè)中。 在壓實機械智能化發(fā)展方面一個可以預期的目標是將自適應和自學習技術引入壓實控制中 ,開發(fā)壓實 機械相應的仿真軟件 ,并在此基礎上實現(xiàn)壓實作業(yè)參數(shù)的全自動最優(yōu)控制。此時機器將具有一定的智能 ,當對某材料進行壓實時 ,通過一段時間的實踐機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) )進行不同組合 ,并判斷其壓實效果 ,從而決定最優(yōu)內部狀況的變化 ,使壓實作業(yè)始終在最良好的條件下進行。 在智能發(fā)展的另一個重要趨勢是隨機電腦將普遍應用于壓實機械上 ,用來進行工作過程監(jiān)測、機器技術狀態(tài)診斷、報警和故障分析。人工智能的介入將大大改善機器的維修保養(yǎng)工作 ,并加速其現(xiàn)代化進程。 此外 ,進一步提高振動壓路機的操作和乘坐舒 適性 ,最大限度地減低噪聲和振動對機械的影響 ,以減輕駕駛疲勞并延長適用壽命；同時 ,改善壓路機的外觀造型 ,優(yōu)化人機工程 ,也是提高壓路機總體功能的一個重要部分。可以預測 ,新以嗲壓路機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 ,特別是駕駛室的結構和內部的布置 ,以達到人性化的要求。所以設計建立在人機工程學理論的基礎上 ,在 UG等先進軟件的平臺上 ,通過廣泛的網(wǎng)絡 ,對壓實機駕駛室提出了更高的要求 ,以達到人和機器和諧化的要求。通過對壓實機駕駛室的 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 人機工程學概論和建模軟件 UG 在做 18t壓實機駕駛室設計實踐時 ,充分運用了人機工程學理論來分析駕駛室所存在的缺陷 ,并在 UG、 Pro/Engineer、 CAD 等先進軟件的平臺上設計完成的 ,以達到人和機器和諧化的要求。 福建工程學院學士學位論文 5 人機工程學基礎理論 在人機工程學發(fā)展的不同時期 ,不同的學者提出過多種關于人機工程學的定義 ,分別反映了當時人機學學科思想的側重點。 人機工程學是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生 理學和心理學等方面的因素；研究人和機器及環(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科。這個定義的三句話 ,分別闡明了人機學的研究對象、研究內容和研究目的。 第一句話指出人機學的研究對象 ,是工作環(huán)境中的解剖學、生理學、心理學等方面的因素 ,這些因素除了工業(yè)設計以外 ,還與管理工程、勞動科學、安全工程、環(huán)境工程等領域有關。單就工業(yè)設計的三類設計而言 ,產品是給人用的、視覺傳達是供人看的、環(huán)境是為人在其間生活、工作的 ,當然三類設計都涉及到人的解剖學、生理學、心理因素 ,它們便是人機學的研究對象。 第二句指出人機學的研究內容 ,是人 機 環(huán)境的最佳匹配、人 機 環(huán)境系統(tǒng)的優(yōu)化。 第三句話指出人機學的研究目的 : 就是設計一切器物都要考慮人們生活、工作的安全、舒適、高效。 人機工程學是多種傳統(tǒng)學科綜合而成的交叉學科 ,在學科形成過程中 ,各國學者從不同的角度給學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 ,人的因素學 ,人類工程學 ,工程心理學 ,以及其他名稱。 人機工程學在設計中的應用 人機系統(tǒng)與人機界面 系統(tǒng)是系統(tǒng)論里的一個重要概念 ,指為了達到一定目標 ,由相互依賴、相互動作用的若干部分所組成的一個整體。當一個系統(tǒng)被確認 ,就意味著 :明確了目標和怎樣達到該目標 ,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。 人機系統(tǒng)特指人與機 (器 )共同組成的系統(tǒng)。很明顯 ,人機系統(tǒng)的內涵是 :人與機器協(xié)同去達到目標、完成任務 .由于環(huán)境條件經常影響人機系統(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系統(tǒng)結合成為一個系統(tǒng) ,就是人 機 環(huán)境系統(tǒng)。 人機界面是指單人單機構成的人機系統(tǒng)機器工作 (運行 )狀態(tài)。人機系統(tǒng)的工作過程中 ,把機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 )與機器之間實現(xiàn)雙向信息交流的接口、通道 .他們就是機器上的人機界面 ,或者是人機界面的一種、人機界面的一部分。 基于 UG 的壓路機駕駛室結構設計 6 人機學文獻關于人機界面的定義 ,尚未完全統(tǒng)一。我們一般把機器上實現(xiàn)人與機器互相交流溝通的顯示器、控制器為人機界面；機器上與人的操作有關的實體部分 ,也是機器的人機界面。 人機工程設計與人機關系 設計涉及的范圍很廣泛 ,大的領域有工程技術設計、工業(yè)設計、藝術設計等等。每一大領域下又分很多門類 ,如工程技術設計領域中就有 :機械設計、電路設 計、土木工程設計、工藝流程設計、軟件程序設計等等門類。機械設計這一門類下還可以細分出機構設計、傳動設計、強度設計、剛度設計、優(yōu)化設計、可靠性設計等等。 簡單地說 ,人機工程設計的對象是人機界面 ,設計涉及解剖學、生理學、心理學等人的因素 ,要達到的目標是生活、工作的舒適、安全、高效。 優(yōu)良的人機關系應該是“機宜人”和“人適機”兩個方面的結合。所謂機宜人 ,就是器物設計要適合解剖學、生理學、心理學等各方面人的因素 ,前面已經有所闡述。所謂人適機 ,就是充分發(fā)揮人在能動性、可塑性、創(chuàng)造性、通過學習訓練提高技能等方面的特長 ,使人機系統(tǒng)更好地發(fā)揮效能。 人機工程學在工業(yè)設計中所起的作用 人機工程學在設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)人機和諧化、最優(yōu)化的依據(jù) ,以設計出與人體各方面性能最優(yōu)化的機器。在接下來的幾章內我將分別介紹人體結構特征參數(shù)、人體技能特征參數(shù)與機器和諧化的直接依據(jù) ,這些參數(shù)和根據(jù)都是建立在人機工程學的基礎上。 UG 建模軟件 NX軟件是目前國際、國內應用最為廣泛的大型 CAD/CAE/CAM 集成化軟件之一 ,功能強大 ,內容豐富 ,涵蓋了設計、分析、加工、管理等各個領域。除了通用模塊之 外 ,還提供了各種高級專用模塊、如計算機輔助工業(yè)設計模塊、鈑金設計加工模塊、模具設計加工模塊、管路設計布局模塊等。在核心技術上 ,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)境和開放式的設計和應用。它的技術始終位于先進制造技術領域的前沿 ,幾乎每年推出的新版本都反映了當前領域發(fā)展的最新結果 ,特別是 2021年推出的UGNX 更是在原有功能的基礎上進行了擴充 ,在操作上更加靈活方便、得心應手。 UG 軟件系統(tǒng)起源于美國麥道飛機公司 ,經過幾十年的發(fā)展 ,今天的 UG 已經匯集了航空、航天、汽車工業(yè)的專業(yè)經驗 ,并經歷 了飛機、汽車多個大型工程項目的實際考驗 ,被公認為是世界一流的集成化 CAD/CAE/CAM 軟件之一。 福建工程學院學士學位論文 7 3 壓路機駕駛室設計的意義