解析工程機(jī)械駕駛室的幾種發(fā)展方向

劉南才　孫平　朱華

摘 要：文章通過對(duì)駕駛室設(shè)計(jì)中遇到幾個(gè)技術(shù)部件的構(gòu)思分析，提出了幾條設(shè)計(jì)發(fā)展方向的觀點(diǎn)，供業(yè)內(nèi)交流。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；駕駛室；鈑金；玻璃；異型管；人機(jī)工程；內(nèi)飾；鎖具

中圖分類號(hào)：TH248 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）11-0007-02

有別于汽車駕駛室，本文涵蓋的工程機(jī)械駕駛室主要狹義的包括裝載機(jī)、平地機(jī)、挖掘機(jī)、礦用卡車等各類帶駕駛室的土石方施工機(jī)械。由于工況的特殊，工程機(jī)械駕駛室的發(fā)展總體外觀上不同于汽車駕駛室。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的穩(wěn)步發(fā)展，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)的工程機(jī)械企業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。這些機(jī)械的外觀風(fēng)格在眾多大小品牌間呈各有千秋，群雄并起之勢(shì)。其中駕駛室的造型設(shè)計(jì)對(duì)外觀展示起到了決定性的作用。類似于汽車行業(yè)，在專業(yè)的設(shè)計(jì)單位，駕駛室設(shè)計(jì)已經(jīng)成為各主機(jī)廠一個(gè)重要的技術(shù)研究分支。近年作者多次參加工程機(jī)械展會(huì)，對(duì)比國(guó)外工程機(jī)械駕駛室發(fā)展，我國(guó)工程機(jī)械駕駛室有如下幾個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。

1 現(xiàn)代鈑金沖壓化發(fā)展

我國(guó)早期的工程機(jī)械駕駛室都照搬了國(guó)外早期產(chǎn)品有棱有角的模樣。大量的部件均采用平面板折彎，拼焊或裝配成型。隨著模具制造的快速發(fā)展，工程機(jī)械的駕駛室外觀開始向汽車鈑金那樣采用新式內(nèi)外鈑金結(jié)構(gòu)， 點(diǎn)焊為主，外觀表面質(zhì)量好，連接強(qiáng)度好。表現(xiàn)在：

①鋼板厚度的下降，常用外板普遍降到1.2 mm，某些內(nèi)板甚至只有0.6 mm。

②接縫的減少，由于大型模具的運(yùn)用，使得大片的鈑金得以一次模壓成形，作者曾參觀某專業(yè)駕駛室廠家拼焊車間，發(fā)現(xiàn)其駕駛室主要外板僅數(shù)4片在拼搭工裝上一次對(duì)接成功，效率大增。

③焊接工藝的改進(jìn)：手工焊條方式在減少，代之以大量的機(jī)械手自動(dòng)焊接，壓力對(duì)接電阻焊，電流調(diào)整得當(dāng)，幾乎看不到焊縫，外側(cè)板上也看不到高溫?zé)酆圹E。大量節(jié)約了打磨、刮膩?zhàn)拥群罄m(xù)修補(bǔ)工作。

④外側(cè)A面鋼板普遍采用了汽車行業(yè)的電泳漆，涂裝效率高、質(zhì)量可靠。

⑤近年某些制造企業(yè)還開發(fā)獨(dú)創(chuàng)了一些更新穎的工藝技術(shù)。如內(nèi)部噴涂一些粘接填充料，相應(yīng)可以更多地減少焊縫的長(zhǎng)度，并促進(jìn)減少震動(dòng)噪音。

2 異型管材的廣泛使用

這類管材主要用于駕駛室的骨架成形。駕駛室的主要骨架經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一階段：如上文所述我國(guó)早期工程機(jī)械駕駛室，外側(cè)A面鈑金全部為單層板，部分內(nèi)側(cè)板通過折彎后與外側(cè)板焊縫接合形成一些管狀型腔，支撐起整個(gè)駕駛室。這類駕駛室也可以說是沒有骨架，普遍重量輕，價(jià)格便宜。至今在國(guó)內(nèi)仍有大量生產(chǎn)。第二階段： 國(guó)際上由于土方機(jī)械翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制實(shí)施，要求駕駛室必須按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)能夠承受計(jì)算要求的橫向、縱向、垂直載荷。僅用前述無骨架的駕駛室滿足不了這個(gè)要求。設(shè)計(jì)上引入了一些矩形鋼管，這些鋼管的厚度普遍在4～12 mm，用這些鋼管對(duì)接形成一個(gè)2～6個(gè)立柱的堅(jiān)實(shí)骨架，鋪上地板組件，外側(cè)再用鈑金蒙皮包圍對(duì)接形成駕駛室。這類駕駛室能夠按照上述標(biāo)準(zhǔn)通過載荷試驗(yàn)，符合國(guó)際安全法規(guī)要求。但重量增加許多，有的甚至超過1 000 kg，造價(jià)自然不低。由于厚度大，這類鋼管一般呈直線狀，無法折彎。對(duì)于一些新型美觀的駕駛室，這類鋼管只能作為內(nèi)部骨架支撐，無法與外側(cè)鈑金的曲面造型相貼合。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)出口裝載機(jī)、平地機(jī)駕駛室都采用這類風(fēng)格設(shè)計(jì)。第三階段：由于管材制造技術(shù)的提升，由圓管到方管，再到異型管的制造模式的成熟。這類異型管壁厚普遍在2～6 mm，故可以通過加工彎曲成型，還具有良好的表面質(zhì)量。設(shè)計(jì)可以考慮使用這類鋼管直接去形成駕駛室的外形輪廓。有了它，鈑金壓形可以大大簡(jiǎn)化。在上述第二階段使用的一些門框鋼板壓形、玻璃裝配面壓形都得以簡(jiǎn)化，因?yàn)楫愋凸苌系耐怀鲚喞呀?jīng)承擔(dān)了這個(gè)作用。這類管材當(dāng)前在國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)駕駛室上大量使用、幾乎一統(tǒng)行業(yè)天下。

3 駕駛室玻璃的安裝

關(guān)于駕駛室玻璃的安裝方式，一直也是設(shè)計(jì)業(yè)內(nèi)有趣的話題。一般有兩種方式，膠條安裝式和玻璃粘接式，兩者各有優(yōu)劣。

①膠條玻璃安裝方式：類似早期汽車玻璃的固定，這類結(jié)構(gòu)一般是在板上開出一個(gè)空洞，安裝玻璃的外形輪廓與此空洞輪廓呈平行偏移裝。特制成型的膠條一般由三個(gè)U形口，一個(gè)口夾住玻璃，一個(gè)口夾住鈑金，第三個(gè)口為調(diào)整漲緊口。膠條安裝玻璃方式的優(yōu)點(diǎn)：裝配工藝簡(jiǎn)單，不需要太多工具，對(duì)環(huán)境要求不高。在野外工地，一個(gè)熟練的工人在數(shù)分鐘內(nèi)就能完成玻璃裝配。缺點(diǎn)：對(duì)玻璃、鈑金孔制造尺寸配合精度要求高，制造尺寸偏差后易導(dǎo)致裝配困難或者安裝不牢固、漏水，由于膠條的固有特性，其外觀不如粘接玻璃的形式輪廓平齊。

②類似現(xiàn)代小汽車構(gòu)造，用特制的膠水將玻璃粘接在駕駛室鈑金上。國(guó)內(nèi)工程機(jī)械駕駛室正在越來越多地采用玻璃粘接技術(shù)，重點(diǎn)用于國(guó)際出口機(jī)型。玻璃粘接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：基本可以解決上述膠條固定玻璃的缺點(diǎn)，對(duì)整車駕駛室的美觀、隔音、密封、防水、防塵起到重要的促進(jìn)作用。在某些批量生產(chǎn)線上甚至能夠有著比膠條裝配更高的制造效率。缺點(diǎn)：裝配環(huán)境要求高，粘接膠水一般為聚氨酯成分，靠吸收空氣中的水分逐漸固化，對(duì)環(huán)境要求高。粘接面清潔度要求高，工藝復(fù)雜，需要上清潔劑、底涂劑。粘接完成后固化時(shí)間長(zhǎng)，通常在10小時(shí)內(nèi)無法讓機(jī)械進(jìn)行工作。上述處理不當(dāng)，均會(huì)發(fā)生玻璃脫落現(xiàn)象。在維修市場(chǎng)，這種問題尤其明顯，玻璃破損件的拆除不容易，需要專門工具對(duì)鈑金上殘留的膠水進(jìn)行打磨去除。在塵土大的工地環(huán)境基本無法進(jìn)行這類粘接玻璃的維修?？偟恼f，兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要針對(duì)不同的客戶群體分別對(duì)待，這兩種方案都將長(zhǎng)期并存。

4 人機(jī)工程學(xué)的成功運(yùn)用

操縱舒適度顯著提升，歸功于人機(jī)工程學(xué)的成功運(yùn)用：人機(jī)工程學(xué)是研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用的邊緣學(xué)科，用以設(shè)計(jì)使操作者能發(fā)揮最大效能的機(jī)械、儀器和控制裝置，并研究控制臺(tái)上各個(gè)儀表的最適合位置。全球各類人種的身高、手腳長(zhǎng)度千差萬別，如何設(shè)計(jì)一種絕大多數(shù)司機(jī)都能舒適操縱的工作環(huán)境，是設(shè)計(jì)者追求的最高目標(biāo)之一。我國(guó)目前還在有效沿用的《GB 10000-88中國(guó)成年人人體尺寸》為近30年前的中國(guó)人口測(cè)量數(shù)據(jù)，已經(jīng)跟不上時(shí)代的需求。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)師大量參照引用的還有國(guó)外流行的一些人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)及三維數(shù)據(jù)庫，如：Manikin。依靠模擬人體提供的尺寸參考及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)可以基本確定定踏板、座椅、操縱桿、儀表臺(tái)的準(zhǔn)確位置，以滿足絕大多數(shù)司機(jī)的舒適操縱要求。在三維技術(shù)已經(jīng)非常普及運(yùn)用的今天，我們通常設(shè)計(jì)的步驟如下：①首先確定三個(gè)基準(zhǔn)人體尺寸：最小人體尺寸（5%）、中位人體尺寸（50%）、最大人體尺寸（95%）。②根據(jù)《GB/T 8591-2000 土方機(jī)械司機(jī)座椅標(biāo)定點(diǎn)》，可以確定司機(jī)座椅的SIP點(diǎn)，這個(gè)在設(shè)計(jì)時(shí)將與模擬人的SIP點(diǎn)重合裝配。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，通常使用的座椅在高度、前后（甚至左右、坐面角度）都是可調(diào)的，與不同位人體對(duì)接匹配的應(yīng)該是座椅處于上述尺寸中間位置的狀態(tài)。三組模擬人體的匹配關(guān)系見表1：endprint

③設(shè)計(jì)的三維放樣必須對(duì)這三種狀況進(jìn)行檢查，確保其中的操作者的手、腳、視野均處于舒適操作范圍內(nèi)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考：GB/T 8420-2000土方機(jī)械司機(jī)的身材尺寸與司機(jī)的最小活動(dòng)空間、GBT 21935-2008土方機(jī)械操縱的舒適區(qū)域與可及范圍。各操縱元件可以通過機(jī)構(gòu)裝置進(jìn)行位置調(diào)整，但仍然會(huì)處于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的舒適區(qū)域包絡(luò)曲面中。有業(yè)內(nèi)消息稱，我國(guó)正在開展新一輪人體尺寸測(cè)量項(xiàng)目。未來兩年，我們有望看到新的中國(guó)人體尺寸數(shù)據(jù)庫（標(biāo)準(zhǔn)）出臺(tái)。工程機(jī)械駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)將更加普遍運(yùn)用。

5 關(guān)于工程機(jī)械駕駛室鎖具

目前主要執(zhí)行的是《GB 15086-2006汽車門鎖及門鉸鏈的性能要求和實(shí)驗(yàn)方法》及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《JB/T 5934-1991工程機(jī)械門鎖技術(shù)條件》、《JB/T 7147-1193工程機(jī)械門鎖型式和基本參數(shù)》。工程機(jī)械與汽車工況不同，灰塵大、泥水飛濺多、振動(dòng)劇烈，容易損壞，可靠性要求高。業(yè)內(nèi)通常要求鎖具能夠在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行開關(guān)碰撞試驗(yàn)，確保整個(gè)門鎖部件往復(fù)開關(guān)30 000次以上無失效。除非特殊統(tǒng)一鑰匙要求，門鎖鑰匙不同牙花數(shù)每組應(yīng)不少于200種。當(dāng)前的現(xiàn)狀是：有別于汽車行業(yè)，許多工程機(jī)械駕駛室門上鑰匙與駕駛室內(nèi)電啟動(dòng)鑰匙不同，有的甚至還不同于發(fā)動(dòng)機(jī)罩門上的鑰匙。只有極少數(shù)幾家制造企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)類似汽車那樣與電啟動(dòng)開關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)罩一致的駕駛室鑰匙，而且不同整車還有不同鑰匙牙花。除了可靠性、美觀、防塵性，這種鎖具鑰匙的一致性也將是未來工程機(jī)械行業(yè)內(nèi)共同發(fā)展的趨勢(shì)。

6 工程機(jī)械駕駛室內(nèi)飾布置的發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)期以來，工程機(jī)械駕駛室內(nèi)裝飾也經(jīng)歷了簡(jiǎn)陋內(nèi)飾到豪華內(nèi)飾，最后又變成簡(jiǎn)化內(nèi)飾的趨勢(shì)。早期的工程機(jī)械駕駛室內(nèi)飾都比較簡(jiǎn)陋，僅在一些主要部位包裹一些帶PVC表皮的打孔海綿。隨著時(shí)代發(fā)展，駕駛室內(nèi)增加了許多塑料制品裝飾，例如：包裹立柱的吸塑件，頂部的麻氈壓形件、裝飾操縱控制桿的滾塑箱罩，類似汽車內(nèi)部，塑料板覆蓋了幾乎所有可能外露的鈑金接縫，顯得很美觀。由于工程機(jī)械駕駛室的產(chǎn)量遠(yuǎn)不及汽車的產(chǎn)量，鈑金的對(duì)接尺寸也不如汽車車身精準(zhǔn)，這類全內(nèi)飾覆蓋的模式主要出現(xiàn)在相對(duì)批量大的工程機(jī)械駕駛室中。在焊接工藝、鈑金及型鋼表面質(zhì)量大幅提升后，國(guó)際上某些品牌工程機(jī)械駕駛室內(nèi)取消了立柱內(nèi)飾，并將規(guī)整粗壯的焊縫大膽地直接暴露在操作者面前，這反倒增加了用戶對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)悍有力的認(rèn)可。未來的發(fā)展也將會(huì)出現(xiàn)上述兩種風(fēng)格長(zhǎng)期并存的現(xiàn)象。

7 結(jié) 語

工程機(jī)械駕駛室設(shè)計(jì)涉及的技術(shù)分支非常廣泛，相對(duì)應(yīng)的重點(diǎn)部件也很多，由于篇幅有限，本文僅對(duì)其中幾個(gè)分支部件設(shè)計(jì)的技術(shù)發(fā)展及未來趨勢(shì)進(jìn)行了分析。在當(dāng)今國(guó)內(nèi)工程機(jī)械蓬勃發(fā)展，行競(jìng)爭(zhēng)加劇的今天，工程機(jī)械駕駛室設(shè)計(jì)必將出現(xiàn)更多成功的亮點(diǎn)。

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