通勤動(dòng)車組項(xiàng)目司機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)和分析

呂 晶，覃國(guó)良

(南車株洲電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心，湖南株洲412001)

1 概述

通勤動(dòng)車組項(xiàng)目司機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)基于用戶對(duì)司機(jī)臺(tái)的要求及相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)，并且根據(jù)車體頭型及結(jié)構(gòu)的變化加以細(xì)化和完善，司機(jī)臺(tái)上的主要設(shè)備集中在司機(jī)正前方。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通勤動(dòng)車組項(xiàng)目司機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是臺(tái)面板為雙層機(jī)構(gòu)，前部?jī)x表安裝結(jié)構(gòu)與中心底座采用整體成型，整體座落于臺(tái)面板骨架上。上部臺(tái)面板為整體結(jié)構(gòu)，采用螺釘連接在臺(tái)面板下部左、中、右柜骨架上，而司機(jī)控制器和備用制動(dòng)器直接從上而下安裝在臺(tái)面板上，方便各設(shè)備的拆裝，保證臺(tái)面板夾層內(nèi)線纜的鋪設(shè)和檢查檢修。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，整個(gè)司機(jī)臺(tái)的設(shè)備按照功能進(jìn)行布置，將功能類似的部件布置在同一區(qū)域，以方便操作。司機(jī)在運(yùn)行期間需要操縱的設(shè)備高度集成在以司機(jī)為中心的舒適操縱范圍內(nèi)。既能保證司機(jī)有舒適的工作環(huán)境，又能清楚地瞭望信號(hào)和觀察儀表，并且能方便操作，不致使司機(jī)操作時(shí)感到疲勞。司機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及設(shè)備布置情況如圖1 所示。

圖1 司機(jī)臺(tái)結(jié)構(gòu)和設(shè)備布置圖

3 司機(jī)座椅位置設(shè)計(jì)

司機(jī)座椅的位置直接影響到司機(jī)的便利性和舒適性，座椅的布置必須遵循人機(jī)工程學(xué)的要求。座椅的位置要考慮座椅垂直方向位置和座椅縱方向位置。

3.1 座椅垂直方向位置

為了使座椅滿足司機(jī)身高和操作舒適性，通常選用垂向高度可調(diào)節(jié)的座椅，因此，需要確定座椅安裝座的尺寸。(圖2)

圖2 座椅高度示意圖

圖中:a—司機(jī)操縱臺(tái)擱腳板高度;b—司機(jī)臺(tái)安裝座高度;C—司機(jī)座椅安裝座高度;g—司機(jī)小腿加足高(坐姿尺寸);H—座椅座墊(參考點(diǎn)SRP)高度。

故:Hmax-Hmin=gmax-gmin

Hmax-Hmin即為司機(jī)座椅上下調(diào)節(jié)最小高度差。因此，司機(jī)座椅選型應(yīng)符合座椅座墊最低高度不大于Hmin，座椅調(diào)節(jié)最小高度差不小于(Hmax-Hmin)mm。

通過(guò)查閱UIC 651 標(biāo)準(zhǔn)可知:gmax=505 mm，gmin=425 mm。算出Hmax-Hmin=80 mm，即司機(jī)座椅上下調(diào)節(jié)最小高度差為80 mm。根據(jù)人體尺寸分析并簡(jiǎn)單計(jì)算，最后選定的座椅參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 座椅的基本參數(shù)

該項(xiàng)目選用的司機(jī)座椅垂直高度調(diào)節(jié)量為80 mm，滿足要求。

同時(shí)為了安裝方便，司機(jī)臺(tái)采用卡式螺母，固定在安裝座上，安裝座焊接在車體上?？紤]司機(jī)臺(tái)安裝座的高度，可以確定司機(jī)座椅安裝座的高度:司機(jī)臺(tái)安裝座高度b =33 mm，司機(jī)臺(tái)擱腳板高度為 a = 90 mm，司機(jī)座椅的最小高度為 H =503 mm，通過(guò)公式(1)計(jì)算可以確定司機(jī)座椅安裝座的高度為:

C=g+a+b-H=420 +90 +33 -503 =40 mm

計(jì)算得出司機(jī)座椅安裝座高度C =40 mm，即可確定司機(jī)座椅垂直方向位置。

3.2 座椅縱向位置

在司機(jī)座椅垂向位置確定后，司機(jī)座椅縱向位置越靠前，司機(jī)視角越大。因此，司機(jī)座椅的縱向安裝位置直接影響到司機(jī)室視野。通常是先根據(jù)司機(jī)室大小、后端墻位置和后部電器柜大小，在確保座椅后部所需最小空間的情況下，初步確定司機(jī)座椅在縱向的安裝位置，然后根據(jù)UIC 651 中司機(jī)座椅與司機(jī)臺(tái)間距要求及人體工程學(xué)舒適度計(jì)算。

圖3 司機(jī)座椅位置圖

結(jié)合選定的座椅和司機(jī)臺(tái)布局進(jìn)行座椅縱向位置設(shè)計(jì)。如圖3 所示，座椅的布置以SRP 點(diǎn)到司機(jī)臺(tái)邊緣距離不小于350 mm 進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到人體體型的因素和司機(jī)臺(tái)臺(tái)面骨架結(jié)構(gòu)的因素，取470 mm。此時(shí)座椅SRP 點(diǎn)距離司機(jī)臺(tái)腳踏邊緣距離為430 mm，座椅中心線距后端墻距離為1 606 mm。此外，該項(xiàng)目所選用的座椅可以進(jìn)行高度調(diào)節(jié)、前后調(diào)節(jié)、左右旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、體重調(diào)節(jié)、靠背角度調(diào)節(jié)，大大增加了座椅的活動(dòng)范圍，提高了駕駛?cè)藛T的舒適性。

4 人機(jī)工程學(xué)分析

司機(jī)操縱臺(tái)的人機(jī)工程學(xué)分析主要是指軌道信號(hào)的可見(jiàn)性分析和司機(jī)對(duì)操縱臺(tái)上設(shè)備的操作舒適性分析。

4.1 視野分析

前窗玻璃大小的計(jì)算是司機(jī)室視野分析最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)司機(jī)坐姿操縱最低高度、司機(jī)座椅縱向安裝位置及地面信號(hào)位置，可以計(jì)算出低信號(hào)可見(jiàn)時(shí)的俯視角。同樣，根據(jù)司機(jī)站立操縱最高高度、司機(jī)座椅縱向安裝位置和地面上方信號(hào)位置，可以計(jì)算出信號(hào)可見(jiàn)時(shí)的仰視角。根據(jù)司機(jī)坐姿(或站立)操縱、司機(jī)座椅安裝位置及地面信號(hào)位置，可以計(jì)算出信號(hào)可見(jiàn)時(shí)兩側(cè)視角［2］。通過(guò)上述視角，再根據(jù)司機(jī)室頭罩模型，運(yùn)用幾何計(jì)算方法，可以算出符合司機(jī)視野要求的前窗玻璃大小并確定其具體位置，如圖4。

從圖4 中可以看出，當(dāng)站立操作滿足高信號(hào)縱向可見(jiàn)時(shí)，坐姿操作必定滿足要求;當(dāng)坐姿操作滿足低信號(hào)縱向可見(jiàn)時(shí)，站立操作必定滿足要求。所以對(duì)縱向視野分析，只需考慮司機(jī)高人站立操作的情況和司機(jī)矮人坐姿操作的情況。根據(jù)司機(jī)頭罩模型，通過(guò)幾何計(jì)算可知，前窗玻璃下邊界距離軌道平面最大距離為2 214 mm，前窗玻璃上邊界距離軌道平面最小距離為3 058 mm，此區(qū)域?yàn)橐曇耙蟮淖钚^(qū)域，通過(guò)此視野區(qū)域的要求可以確定前窗大小和形狀。

圖4 信號(hào)可見(jiàn)性分析

4.2 設(shè)備操作舒適性分析

司機(jī)臺(tái)作為駕駛?cè)藛T的工作臺(tái)面，司機(jī)長(zhǎng)期在司機(jī)臺(tái)處對(duì)列車進(jìn)行操控，操作舒適度是影響司機(jī)操作的重要因素［3］。在UIC 651 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)列車司機(jī)最適宜的手可接近的半徑圖標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，通勤動(dòng)車組項(xiàng)目司機(jī)臺(tái)的設(shè)備操作舒適性是根據(jù)這一參圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，如圖5。

圖5 手最適宜接近半徑圖

5 結(jié)語(yǔ)

通勤動(dòng)車組項(xiàng)目司機(jī)操縱臺(tái)結(jié)構(gòu)、司機(jī)座椅位置、人機(jī)工程學(xué)都是按照UIC 651 進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，整體性能好，安全和舒適性高。該設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法可為其他動(dòng)車組司機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］饒國(guó)華.深圳地鐵一號(hào)線續(xù)建工程車輛司機(jī)室視野分析［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2010，33(3)31 －33.

［2］陳立勝，嚴(yán)允，李曉春.O＇ZBEKISTON 型機(jī)車司機(jī)操縱臺(tái)設(shè)計(jì)［J］. 電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29(2)16 －20.