一種鉆機(jī)新型可拆卸座椅設(shè)計(jì)

高 鑫

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

履帶式全液壓坑道鉆機(jī)是目前煤礦井下最重要的鉆探設(shè)備之一，盡管座椅組件看似是個(gè)鉆機(jī)配件的存在，但是其又是不可或缺的重要組成部件。坐姿是人體較自然的姿勢，它有很多優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)站立時(shí)，人體的足踝、膝部、臀部和脊椎等關(guān)節(jié)部位受到靜肌力作用，以維持直立狀態(tài)；而坐著時(shí)，這些肌力便能得到放松，減少人體能耗，消除疲勞[1]。日常打鉆作業(yè)中主要工作姿勢就采取坐姿模式，座椅組件提供鉆機(jī)操作人員在操作時(shí)的身體支撐，減輕工作人員的疲勞程度，有利于人體血液循環(huán)，保持身體的穩(wěn)定，提高打鉆工作效率[2]。鉆機(jī)在煤礦井下運(yùn)輸過程中較易發(fā)生設(shè)備部件等的刮碰現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)合理緊湊，可拆卸易組裝就顯得尤為重要，所以筆者此研究項(xiàng)目中，在鉆機(jī)座椅組件設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)原理，保證滿足了日常使用性結(jié)構(gòu)合理的特點(diǎn)。

1 座椅組件的參數(shù)設(shè)計(jì)

座椅要有適當(dāng)?shù)某叽?，其位置可以調(diào)節(jié)到適合不同的人使用，按照我國成人的人體尺寸測量數(shù)據(jù)，座位深度35～40 cm為宜[3]。座椅組件配置有滑軌組件，前后可調(diào)行程最大為70 mm，滿足一般操縱使用的工作需求。

適當(dāng)?shù)淖邞?yīng)使大腿保持水平，小腿垂直，雙腳平放于地面。座面不能過高，否則小腿懸空時(shí)，大腿受椅面前緣壓迫，使操作人員感到不適，長時(shí)間這樣坐著血液循環(huán)受阻，小腿麻木。因此，坐高一般按低身材人群設(shè)計(jì)，座面前緣應(yīng)比人體膝窩高度低3～5 cm；座面也不能太低，否則腿長的人骨盆后傾，正常的腰椎曲線被拉直，致使腰酸不適[4]。

座椅組件的外形參數(shù)如圖1所示。

圖1 座椅組件外形參數(shù)

背靠結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的彈性和足夠的剛性，腰靠傾角不得超過115°[5]，而本座椅組件彎曲度選擇100°，如圖2所示，符合人體功能力學(xué)，滿足工作人員日常操作所需角度支撐，減少大腿對椅面的壓力。

同時(shí)，椅面及背靠均設(shè)置有細(xì)孔，在保證剛度的前提下又具有一定的透氣性。

2 座椅組件的組成

工作座椅必須具有的主要構(gòu)件包含有：座面、背靠、支架。而本文所介紹鉆機(jī)座椅組件主要包括了兩大部分，分別為焊接底座組件、面板組件，如圖3所示，零部件明細(xì)見表1。

圖2 座椅組件背靠結(jié)構(gòu)角度展示 圖3 座椅組件

表1 座椅組件零部件明細(xì)

焊接底座組件為座椅組件的主要連接部件，在鉆機(jī)打鉆運(yùn)行中可與面板組件進(jìn)行組合成為座椅組件，與拖板裝置進(jìn)行連接，焊接底座組件結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要零部件明細(xì)見表2。

表2 焊接底座組件零部件明細(xì)

圖4 焊接底座組件 圖5 面板組件1.焊接底座 2.內(nèi)六角螺釘 M20×40 1.支撐板組件 2.滑軌組件 3.標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 20 3.焊接座椅

面板組件為座椅組件的承重部件，穩(wěn)定牢固，沒有妨礙作業(yè)的尖角、毛刺、銳邊、凸起等，在鉆機(jī)打鉆作業(yè)運(yùn)行中可與焊接底座組件進(jìn)行組合成為座椅組件，面板組件結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要零部件明細(xì)見表3。

表3 面板組件零部件明細(xì)

3 座椅組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)應(yīng)服務(wù)于構(gòu)件間的協(xié)調(diào)，以保證各個(gè)構(gòu)件的獨(dú)立與完整性。

此結(jié)構(gòu)所介紹的座椅組件采用兩體式結(jié)構(gòu)，連接采用旋轉(zhuǎn)插接式固定結(jié)構(gòu)。將焊接底座組件插入面板組件中再旋轉(zhuǎn)90°，使焊接底座上的三角焊筋的邊嵌入面板組件底面的水平凹槽內(nèi)，即完成座椅組件的裝配安裝。對稱嵌入凹槽內(nèi)的三角筋板增大了兩部件間接觸面積，不僅使強(qiáng)度得到了保證，更使座椅在整個(gè)穩(wěn)定性上得到了強(qiáng)化，結(jié)構(gòu)實(shí)物如圖6所示。

4 座椅組件的安裝布局

(1) 正常作業(yè)時(shí)

座椅組件安裝于履帶車體的尾端，拖板裝置上，面對操縱臺，高度適中，視野開闊，操作順手，安裝結(jié)構(gòu)布局如圖7所示。

圖6 座椅組件安裝結(jié)構(gòu)實(shí)物圖 圖7 正常作業(yè)下座椅組件的安裝結(jié)構(gòu)布局

(2) 鉆機(jī)運(yùn)輸時(shí)

座椅組件在鉆機(jī)運(yùn)輸過程中將拆分為兩體式結(jié)構(gòu)，焊接底座組件與面板組件均通過各自的焊接掛鉤懸吊于鉆機(jī)尾部的拖板裝置上，便于運(yùn)輸，如圖8所示。

圖8 鉆機(jī)運(yùn)輸過程座椅組件的安裝結(jié)構(gòu)布局

5 設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果

該座椅組件設(shè)計(jì)效果良好，與之前放置于鉆機(jī)尾部托板上的一體式座椅相比，在鉆機(jī)整個(gè)的長度尺寸上有了一個(gè)明顯的減小，使達(dá)到縮減鉆機(jī)運(yùn)輸長度尺寸的目的，便于鉆機(jī)下罐籠等在井下的運(yùn)輸。

圖9 鉆機(jī)運(yùn)輸過程座椅組件實(shí)物圖

該座椅組件在鉆機(jī)平時(shí)正常運(yùn)輸過程中具有易拆卸、好組裝的特點(diǎn)，隨鉆機(jī)進(jìn)行托運(yùn)，拆卸后的兩部件均掛于鉆機(jī)尾部折疊的托板上，鉆機(jī)運(yùn)輸?shù)轿贿M(jìn)行打鉆作業(yè)時(shí)又可方便進(jìn)行兩體組裝，且焊接底座組件與面板組件之間接觸面積適中，在保證輕量化需求目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過一定的承壓計(jì)算，確定最小接觸面積與接觸結(jié)構(gòu)，使得座椅穩(wěn)定性佳，實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)目的，美觀實(shí)用，輕便簡潔。

在各主流鉆機(jī)機(jī)型中均可有此座椅配置，通用性強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)配置，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大，礦方客戶反饋良好，取得一致好評，該座椅組件為目前主流鉆機(jī)的出廠標(biāo)配，圖9所示為座椅組件在鉆機(jī)出廠過程中實(shí)物展示。

6 結(jié) 語

根據(jù)履帶式全液壓坑道鉆機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)合理緊湊這一特點(diǎn)，利用人機(jī)工程學(xué)原理、輕量化原理有針對性的對座椅組件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)出了可拆卸兩體式鉆機(jī)座椅組件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)緊湊，易組裝、運(yùn)輸，空間利用率高，通過煤礦現(xiàn)場樣機(jī)等的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)論證了該座椅組件的特點(diǎn)，可以有效便捷地進(jìn)行拆裝，便于日常的運(yùn)輸及使用，進(jìn)一步為煤礦井下全液壓坑道鉆機(jī)整機(jī)的模塊化提供一定的思路，進(jìn)而達(dá)到整機(jī)優(yōu)化的目的，使最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)真正成為“人性化”的設(shè)計(jì)。