工程机械设计中人机工程学的应用

２００８ 年第 ２ 期
煤炭科技
Ｎｏ． ２ ２００８
ＣＯＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＭＡＧＡＺＩＮＥ
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文章编号： １００８－ ３７３１（ ２００８） ０２－ ００５７－ ０４
淮北难采厚煤层综放高效开采技术
张国建
（ 淮北矿业集团有限公司， 安徽 淮北 ２３５０００）
摘 要： 淮北矿区厚煤层储量大， 面临“三软”、高瓦斯、突出危险和易自燃等问题。针对开采工
结以往的设计经验， 对人－ 机－ 环境的关系进行分析， 充分考虑人的因素， 从人的生理和心理特
征考虑， 使系统中的三要素相互协调， 以保证人的身心健康， 提高人的工作效能， 使工程机械
的设计更适宜人的操作。结合实际阐述了人机工程学在工程机械设计中的工作步骤， 并预测
了人机工程学原理在工程机械设计中的发展趋势。
２ 人机工程学在工程机械设计中的发展 趋势
随着计算机在设计领域的引入， 基于人机工程 学的虚拟设计和测试评价已经成为可能， 极大地推 动了工程机械产品的创新设计， 人机工程学越来越 受到制造业及用户的重视， 使得设计理念发生了深 刻的变化。现代工程机械设计重视操作者的生理、心 理特性， 为操作者构建安全、舒适和高效的操作环 境， 使操作者的操作简便省力、迅速准确、安全舒适， 充分发挥人机效能， 提高整个系统的效益， 从而增强 产品的市场竞争力。可以预计， 今后的工程机械设计 将更加体现“以人为本”的设计理念。
艺， 矿压规律与围岩控制， 瓦斯防治， 支架设计与设备配套， 以及全煤巷支护技术等进行综合
研究， 逐步解决了难采厚煤层的技术问题， 实现了安全、高产、高效综放开采。
关键词： 难采厚煤层； 综放开采； 高产高效
中图分类号： ＴＤ８２３
文献标识码： Ｂ
淮北矿业集团有限公司是我国重点矿区特大型 煤炭企业集团之一， 下属芦岭、朱仙庄、朱庄、杨庄、 石台、桃园等 １６ 对矿井， 原煤生产能力达 ２ ７００ 万 ｔ／ａ。淮北矿区厚煤层、特厚煤层储量大， 具有煤层、顶 板和底板“三软”及高瓦斯、有突出危险、易自燃等特 点， 是国内外著名的难采矿区。近年来， 淮北矿区就 厚煤层综放开采的井巷优化布置， 开采工艺， 矿压规 律与围岩控制， 瓦斯防治， 支架设计与设备配套及全 煤巷支护技术等进行了综合研究， 形成了丰富的难
关键词： 人机工程学； 工程机械； 人－ 机－ 环境系统
中图分类号： ＴＢ１８
文献标识码： Ｂ
人机工程学是从人的生理和心理特点出发， 研 究人－ 机－ 环境相互关系和相互作用的规律， 以优化 人－ 机－ 环境系统的一门学科。在工程机械设计中， 操作者是人机工程学研究的核心对象。随着工程机 械功率和作业速度wenku.baidu.com不断提高， 施工效率越来越 高， 工程机械操作者的工作越来越繁重复杂。因此， 改善工程机械操作者的劳动条件， 构建舒适和高效 操作环境的要求越来越迫切， 使得人机工程学在工 程机械设计中的重要性更为突出。
１ 人机工程学在工程设计中的应用
在工程机械设计中时刻注意人的生理特点， 即 在保证人安全的前提下， 平衡使用人的精力和体 力， 最大限度地挖掘人的潜力， 从而提高生产力。 １． １ 操作者具有良好舒适性和操作性的设计
从人机工程学的角度出发， 对工程机械司机室 进行合理的布置并设计座椅， 是使工程机械具有良 好舒适性和操作性的必要手段。以 ＺＬ３０Ｅ 装载机为 例， 以往的设计中所使用的座椅比较狭窄， 不能满 足各类体型人群的需求。再者因为靠背间的夹角没 有可调性， 长时间保持一种姿势坐立容易感到疲劳 和降低作业效率。根据人机工程学的原理， 驾驶员 应保持正确的坐姿， 即：臀部离开靠背稍向前移，使 肩部向后倾斜， 保持体 腿 之 间 的 夹 角 达 １１５°， 同 时 小腿向前伸， 保持大腿与小腿之间的夹角达 １１０ ～ １１５°。现在设计的座椅能满足不同人群的需要， 可根
采厚煤层综放高效开采理论。
１ “三软”厚煤层开采工艺与围岩控制技术
１． １ 在“三软”厚煤层中大力推广放顶煤技术 淮北矿区 １１ 个可采煤层多为中厚煤层， 因构造
复杂， 采区和工作面的几何尺寸小， 采煤工作面搬家 频繁， 接替紧张。难采煤层比例较高， 煤层“三软”， 严 重影响了工作面快速推进和连续生产， 制约了高产 高效的实现。
据 人 的 不 同 身 材 调 整 座 高 、座 深 与 靠 背 夹 角 ， 消 振 装置还可减轻对人体脊柱的冲击负荷。
当工程机械行驶或作业时， 由于前方视野和工 况不断变化， 驾驶员始终处于紧张状态， 这时要求 驾驶员在上身几乎不用前倾的情况下即可方便地 操 纵 方 向 盘 和 各 种 拉 、拔 按 钮 及 手 柄 等 ， 以 减 轻 驾 驶员的疲劳， 确保行驶和作业安全。工程机械操纵 性的好坏关键是操纵装置设计。ＺＬ３０Ｅ 装载机操纵 装置的设计能够符合人机工程学原理， 即操纵装置 的形状、大 小 、位 置 、材 料 、运 动 状 态 和 操 纵 力 等 都 能适合人体力学和人体生理结构特征， 操纵装置设 计在人操作最方便、反应最灵活的空间范围之内。 各种操纵杆手柄球采用了软树脂制作， 提高了操作 者的舒适性。 １． ２ 操作者省力和减少疲劳的设计
作者简介： 李 丹（ １９８１－ ） ， 女， 江苏徐州人， ２００３ 年毕业 于江苏大学机械设计及其自动化专业， 徐州矿务集团有限公 司华东机械厂工程制造分厂助理工程师。
（ 收稿日期： ２００８－ ０２－ ０３）
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向。大小腿并不完全水平， 前端膝部略有上抬， 大小 腿在膝部的夹角在 １１０ ～１１５°之间。
以 ＺＬ３０Ｅ 装 载 机 为 例 ， 该 机 右 脚 下 是 油 门 踏 板， 左脚下是刹车踏板。以前的设计中， 两踏板与垂 直面的夹角约为 ４６°， 两踏板偏离中心的角度均为 ２０°左右， 安装位置距离中心 ２００ ｍｍ。踏板与垂直面 成 ３０°夹角是脚蹬力最大的位置。所以， 从减少疲劳 和容易发力两方面考虑， 现在的设计已对油门踏板 和刹车踏板的安装位置、角度进行了调整。首先是踏 板的安装角度， 操纵踏板时脚的转动角度不应大于 ２０°， 否则踝关节极易感到疲劳。相对应的大小腿偏 离中心的角度为 １０ ～１５°， 踏板安装的位置偏离中 心 １００ ～１８０ ｍｍ 范围内最适宜。所以， 现在的踏板 与垂直面的最佳夹角控制在了 １５ ～３０°之间， 这样 脚不仅可以使出最大的操纵力而且也不易感到疲 劳。脚踏板上还贴附了防震橡皮， 现在采用防震橡胶 既减轻了操作者脚底的不适感， 又增加了安全性。
煤炭科技
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ＣＯＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＭＡＧＡＺＩＮＥ
文章编号： １００８－ ３７３１（ ２００８） ０２－ ００５６－ ０２
２００８ 年第 ２ 期 Ｎｏ． ２ ２００８
工程机械设计中人机工程学的应用
李 丹， 韦小娟
（ 徐州华东机械厂， 江苏 徐州 ２２１００６）
摘 要： 人机工程学是研究人－ 机－ 环境的一门新兴学科。运用人机工程学原理及有关标准， 总
工 程 机 械 的 驾 驶 操 纵 和 工 作 操 纵 是 最 基 本 、最 频 繁 、最 重 要 的 操 作 ， 无 论 是 手 动 还 是 脚 动 操 纵 装 置， 其动作都必须由人施加适当的力和运动才能实 现。通过正确的结构设计使操作者在操作中不容易 疲劳， 是使其连续正确操作的重要前提条件。一般 情况下， 人以站立姿势操作时手臂的操纵力明显大 于坐姿， 但是长时间站立容易疲劳， 使得站立操纵 的动作精度降低。在采用坐姿的情况下， 因为有靠 背的支撑作用， 脚发出的蹬力远大于站立姿势下手 臂 的 操 纵 力 。 脚 蹬 力 的 大 小 与 施 力 点 位 置 、施 力 方 向有关。与铅垂面成 ７０°的方向是最适宜的脚蹬方