机车驾驶室的人机工程学设计

人机工程学小组论文

题目：机车驾驶室的人机工程学设计班级：铁车二班

学号: 20097836 姓名：陈明

指导教师：李怀仙

人机工程学是近几十年才发展起来的一门新兴边缘科学。它主要研究工程技术设计如何与人体尺寸、生理和心理特性相适应的问题, 其目的在于获得最高效率及作业时的安全和舒适。机车驾驶室是机车乘务员的作业场所,在机车驾驶室的设计中,应用人机工程学,其目的就是使所设计的机车驾驶室不仅能满足机车乘务员的作业要求,而且能使机车乘务员操作方便、舒适、安全,减少体力疲劳和精神负担。笔者主要从人- 机关系和人- 环境关系两个方面来分析机车驾驶室的设计,使其更适宜于人的操作,有效地发挥机车乘务员和设备的作用,从而使人- 机- 环境系统总体性能达到最优。

1 从人- 机关系方面考虑机车驾驶室的设计

1. 1 操纵台面板的设计

机车操纵台是列车运行的人机界面,是机车乃至列车设备系统的集中反映,

操纵台上器件设置是否科学合理,对乘务员能否全面准确地完成驾驶职能有很大影响。(1) GB,U IC有关操纵台布置的几项原则[ 1, 2 ] GB /T6769 - 2000 中7. 2规定(与U IC617 - 6 OR7. 2 等同) :“正常运行时使用的操纵装置均应靠近司机,尽可能集中在司机操纵台上。”U IC617 - 6中OR7. 3. 2规定:“所有正常运行期间受监视的控制设备,应在司机清晰的视野之内,且尽可能集中在司机操纵台上。”GB /T6769 - 2000中3规定(与U IC617 - 6 OR2. 1等同) :“司机驾驶室的所有装置可由单人操作(司机室的布置应做到所有装置可单人操作) 。”

(2) 操纵台面板的人机工程学设计在头部保持静止,而眼睛正常活动的状态下,

根据人眼对视觉信号的觉察效果的优劣可以将视野分为3个区域:良好视区(A) 、有效视区(B)和不适宜视区(C) ,如图1 所示[ 3 ] 。一般将最重要的和需要频繁视察的信号置于A区,而实践证明,视距为800mm远时,操纵台面板最优尺寸范围如图2所示,其中O为视野中心[ 4 ] 。

对于操纵台面板上控制系统,手的功能可及范围是将肘关节伸直,即呈180°状态,以肩关节为轴心旋转时, 3个手指(拇指、食指、中指)所能抓握操纵器的区域。这个区域一般用第五百分位数的男子人体活动模板来确定,也可使用作图法。手臂可视为二杆系统,如图3所示[ 3 ]。

国内于1997年曾分别对DF11内燃机车和SS4型电力机车的机车乘务员就仪表、显示器的链值进行过问卷调查,得出的基本结论是:第一链值层为与制动有关的压力表,第二链值层为与速度控制有关的仪表和显示屏,第三链值层为与功率、力有关的仪表,第四链值层为与机车设备状态有关的仪表和显示屏。根据人机工程学,在布置控制器或显示器时,还应考虑功能性,即将功能上相关的控制器或显示器,布置在邻近位置上,对在操作程序上彼此有联系的几个控制器,按使用顺序予以合理布置,一般是由左至右(推荐采用)或由上到下2种方法兼用排列。幅控制系统设计还要考虑各种操作件的造型、色彩和运动方向。操作手柄的外型一般要根据手幅的长度、手握的粗度、手掌肌肉和手柄接触位置来设计。按钮接通/断开要有灯光色彩的显示。按钮、旋钮和手柄三者的运动方向应符合外力的方向。显示装置设计还要考虑选择显示器和仪表的易读性和准确性。对于定量读数的显示,选择电子式数字显示。对于定性读数的显示,由于它不要求具体的数字,且模拟显示更为灵敏、方便,因此选用指针式显示。

1. 2 座椅的设计

在机车驾驶中,乘务员主要采用坐姿工作,人与机器的一个重要接口即为座椅。座椅的设计与布置直接影响到乘务员的乘座舒适性和室内其它相关设施的布置。合理安置座椅,改善人与座椅之间的关系,对于给乘务员创造一个舒适安全的

工作环境,起至关重要的作用。

考虑座椅应有良好的静态特性、动态特性及足够的结构强度、刚度,并能进行适当的调节,还要符合乘务员的了望要求,根据人机工程学设计理念,对座椅进行如下设计要求: ①乘务员坐定在座椅上,在最佳视角范围内对侧窗几何中心进行了望时,其头部转动的角度不得超过60°,透过侧窗观察后视镜时,应能看见站台的发车信号。②座椅高度可以调节,其可调范围应该满足不同身高使用者的要求,使用者的脚和腿能保持在舒适位置。③座椅有背靠,背靠应该大小合适,设计成弯曲形,以适合人的腰椎形体,工作中根据需要加以调节,使其能分担部分体重及工作受力。④为支撑上肢,座椅两边应有扶手,尺寸和角度均应符合人体尺寸要求。⑤具有旋转调节功能,有充足的旋转范围,满足使用者工作的需要。⑥质地。椅面的质地应柔软并具有一定弹性和透气性,以缓冲局部压力,提高舒适度。

1. 3 驾驶室前窗的设计

驾驶室前窗上缘离木地板的高度不得低于1. 7m[ 2 ] ,而95%的人眼高不高于1. 7m,因此机车乘务员站立操纵时符合了望条件。

设计机车乘务员了望条件时应注意:乘务员以松弛坐姿坐定在座椅上,在水

平视线左右各35°范围内了望前方时,前窗结构应无视觉干扰;乘务员坐定在座椅上,在最佳视角范围内对侧窗几何中心进行了望时,其头部转动的角度不得超过60°;透过侧窗观察后视镜时,应能看见站台的发车信号[ 5 ]。因此,前窗玻璃采用整体式的,另外必须根据机车乘务员的眼椭圆范围确定风动刮雨器刮扫前窗玻璃的面积和部位,并在满足前窗振动抑制要求的前提下,以最细的支柱来减小视野死角。为防止霜冻结冰,前窗玻璃应设有加热器,如电阻加热元件。为避免刺眼阳光对机车乘务员的直射,前窗玻璃应设有遮阳板。

2 从人- 环境关系方面考虑驾驶室的设计

环境是影响安全、工效、健康和舒适性的因素,噪声、热环境、色彩和照明等环境因素均会影响机车乘务员的操作质量。因此,机车驾驶室的设计也要从人- 环境关系方面加以考虑。

2. 1 噪声

噪声是一种有害身体健康的刺激因素,可以对操作者产生干扰,影响重要的语言信息传递。担当铁路运输的机车车辆产生的噪声对机车乘务员的影响表现为