SDA2型內燃機車司機室人機工程學分析

許棟 張歷

摘 要： 根據RDS7533.1和UIC651標準設定司機室人機校核基本參數，對SDA2型內燃機車的司機室布局和操縱臺布置進行二維和三維人機校核，理論和試驗結果均表明SDA2型機車司機室的人機工程學是滿足要求的。

關鍵詞： SDA2型；司機室人機工程學； RDS7533.1；UIC651

人機工程學在當前鐵路機車車輛的設計中已經越來越重要。機車司機室是機車乘務員的工作場所，應用人機工程學對機車駕駛室進行設計，其目的是使所設計的司機室不僅能滿足機車乘務員的工作要求，而且能使機車乘務員操作方便、舒適、安全，減少身體疲勞和精神負擔[1]。

SDA2型內燃機車是中車戚墅堰機車有限公司為澳大利亞Pacific National公司研制的一款交流傳動干線貨運內燃機車。根據合同技術規(guī)范及機車上線許可的強制規(guī)定，需對SDA2型機車的司機室人機工程學進行分析，包括瞭望視野、乘坐舒適性等。

本文從司機室布局（包括司機室布置及尺寸校核、通道及出口校核、視野校核、座椅校核）和操縱臺布置（包括司機可操作區(qū)域的校核、顯示器件、控制器的布置）兩大方面對司機室進行人機工程學評估。

1 司機室人機校核基本參數

（1）人體尺寸數據：RDS7533.1《鐵路車輛-駕駛室-第一部分：機車車輛》標準規(guī)定，司機室的設計應滿足著裝成年人群中最小人體尺寸的第五百分位的女性（P5）至第九十五百分位的男性（P95）的范圍[2]。由于該標準沒有關于人體尺寸著裝數據修正的具體內容，本文根據UIC651《機車、動車、動車組和駕駛拖車的司機室設計》中的數據進行了修正[3]。人體尺寸數據主要來源于英國Open Ergonomics公司PeopleSize 2008系統(tǒng)。

（2）座椅參考點：由于RDS7533標準中沒有給出關于坐姿狀態(tài)和站姿狀態(tài)下司機眼點的確定方法，因此參考UIC651進行確定。以踵點（HP點）為人體布置基準，分別將第5和95百分位的人體擺放在司機室內上，使人體的軀干和上下肢處于最佳的活動范圍和角度關系。依據布置好的人體位置和人體尺寸，確定出第5和95百分位人所在位置的座椅參考點。

（3）視野校核準則：RDS7533規(guī)定司機應能看到在直向軌道中心線兩側3米的，距離車鉤中心前方5米的高4米的高柱信號燈；從坐姿和站姿駕駛位置向前的視野應能看見軌道上機車前方5米處站立的第五百分位的完全著裝成年男子的頭部。

2 司機室人機校核

2.1 司機室布置和尺寸校核

司機室布置和尺寸校核主要是保證司機工作時有足夠的作業(yè)空間，使其能安全方便有效地完成各種駕駛任務。其布置和尺寸設計不能妨礙司機操作范圍內的活動，不能使司機產生過度疲勞。尤其是影響到視點的儀表盤的傾角，更應在充分研究的基礎上確定。儀表盤內部必要的指示燈和重要的儀器、按鈕等應集中配置在視野以內。另外為便于維護保養(yǎng)作業(yè)，還有必要充分考慮設備的安裝方法和結構。設備安裝方式上，除了司機直接必要的部分以外，應將其他設備鑲嵌在操縱臺面板內。

在操縱臺外沿垂直面內，從地板面至天花板高度為1992.1mm，滿足RDS7533規(guī)定的：當司機被要求進行站姿作業(yè)時，從駕駛位置算，室內凈高應有至少2000mm（優(yōu)先），并不小于1850mm（最小值）。以第95百分位的人眼高為基準，其視線平面內深度為1830.4mm，滿足UIC 651規(guī)定的：沿司機就座時視線平面縱向測量，前窗內表面與處于司機座椅后面的最近物體（墻、門、櫥等）之間，司機室必須有1500mm的最小深度。

第5和95百分位的司機眼睛到司機座椅前部前窗的距離為835.7mm、945.2mm，滿足RDS7533規(guī)定的：操縱器的位置應使得司機的眼點與擋風玻璃距離不小于400mm。

2.2 通道及出口校核

司機室通道出口必須不僅對司機來講易于到達，相應地，座椅不得成為妨礙工作人員到達出口的主要障礙。工作人員必須能安全、毫不困難地撤出司機室。

司機室后端門尺寸為1796*576.5mm，滿足UIC651規(guī)定的：工作人員必須能安全、毫不困難地撤出司機室，并且至少撤出2m的距離。出口高至少1800mm，寬至少500mm。門的凈空至少為1700*430mm。

座椅下方設置移動軌道，向后調節(jié)最大范圍即312.4mm時，座椅與操縱臺之間的距離大于第95百分位的人大腿厚加上著裝修正值208mm，司機進出未與任何部件干涉，滿足UIC651規(guī)定的：司機室內工作人員的行動自由不得受突出物妨礙和RDS7533規(guī)定的：座椅的放置應該容許第95百分位著裝成年男性容易出入。

2.3 視野校核

經過校核計算，第5百分位的女性可以瞭望到左右側高柱信號，第95百分位的男性瞭望高柱信號不受遮擋，第5百分位女性與第95百分位男性均可看到機車前方5米的成年男子，滿足RDS7533標準的要求。

2.4 座椅校核

SDA2型機車裝用座椅的靜態(tài)尺寸為椅高可調范圍：480±130mm、椅寬：480±10mm、背靠高：620mm和腰靠傾角：80°～135°、肘靠距離：620±10mm分別滿足RDS7533和UIC651要求。

由第5百分位司機和第95百分位司機確定的座椅參考點上下調節(jié)范圍為113mm，而座椅上下調節(jié)范圍為130mm；前后調節(jié)范圍為150mm，而座椅前后可調節(jié)范圍為240mm，滿足RDS7533和UIC651要求的：座椅應該是可調節(jié)的，滿足第5百分位的女性到第95百分位的男性駕駛員的視野要求，而且能讓他們在駕駛位置接觸到所有必需的控制器；從生理學觀點來講，座椅必須能讓司機保持正確的姿勢，并且座椅易于調節(jié)，以適用于不同高度的工作人員。

2.5 操縱臺容膝空間的校核

操縱臺的形狀和尺寸必須允許司機易于接近其座椅，并且腿和膝蓋活動起來有足夠的自由度。司機坐姿駕駛作業(yè)時，需將腳擱置在腳踏板上。此時操縱臺下方應該有足夠的空間容納司機的腿部。UIC651中規(guī)定了操縱臺的容膝空間，必須有高度最小為650mm的凹進處供工作人員放腳和腿。當使用旋轉座椅時，凹進處的寬度必須足以讓工作人員移動腿，而膝蓋不受任何阻礙。根據二維圖紙測量，操縱臺容膝高度為642.9mm～663mm，滿足司機容膝需求。

2.6 司機可操作區(qū)域的校核

司機在機車駕駛過程中，在坐姿狀態(tài)下，手要對操縱臺上的司控器、按鈕、按鍵、轉換開關、扳鍵開關等器件進行操作。在長時間的運行過程中，如何在安全駕駛條件下有效減少乘務員上肢的工作負荷、提高作業(yè)效率是在設計機車操縱界面時必須考慮的問題。本文采用JACK軟件，對第5百分位司機和第95百分位司機的最佳作業(yè)域、正常作業(yè)域和最大作業(yè)域進行三維校核。由于校核工況較多，受限于空間本文僅展示第5百分位司機的舒適作業(yè)域的三維校核示意圖。

通過校核，速度及制動手柄等重要器件位于第95百分位人的最佳操作域內，均位于第5百分位和第95百分位人的正常操作區(qū)域內。顯示面板上的操作器件均在第5和95百分位人的可及區(qū)域內。對講機在第5和95百分位人的正常操作域內。

3 結論

根據上述理論分析，司機室布置及尺寸、通道及出口、視野、座椅、司機可操作區(qū)域的校核均滿足RDS 7533和UIC 651的相關要求值。操縱臺包括顯示器件、控制器等主要部件的布置，也均在司機可接受的作業(yè)范圍內。所以SDA2型內燃機車司機室的人機工程學是符合要求的。

SDA2型機車在到達澳大利亞運用現場后，用戶特意挑選了合適的司機進行了實際測驗，結果表明司機室人機工程參數達到相關要求，司機室的操作舒適性得到對方的肯定，從而基本驗證了SDA2型機車司機室人機工程學理論分析的正確性。

參考文獻

[1] 劉青，劉攀，呂應明. 人機工程學在機車駕駛室設計中的應用研究[J]. 機械研究與應用，2006.4：28-29+52.

[2] RDS 7533.1. 鐵路車輛-駕駛室-第一部分：機車車輛[S]. 澳大利亞鐵路安全標準委員會，2011.

[3] UIC 651 OR. 機車、動車、多機牽引列車和有駕駛臺拖車的司機室布置[S]. 鐵道部標準計量研究所，1998.