關(guān)鍵詞：聯(lián)合收獲機(jī)；駕駛室；舒適性；密封性；無框玻璃門

0 引言

目前，在聯(lián)合收獲機(jī)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)上已有大量的研究。吳俊等[1]對(duì)具有典型骨架結(jié)構(gòu)的聯(lián)合收獲機(jī)駕駛室骨架構(gòu)成、桿件截面選擇及板殼零件的造型進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，在Pro/E的鈑金件模塊中構(gòu)造駕駛室的板殼模型，利用ANSYS分析駕駛室在制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎兩種典型工況下的靜強(qiáng)度，在樣車制造前對(duì)駕駛室進(jìn)行有限元分析，以此評(píng)價(jià)駕駛室結(jié)構(gòu)的合理性。楊銳等[2]以谷物聯(lián)合收獲機(jī)方向盤總成為研究對(duì)象，基于Pro/E軟件建立其幾何模型，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)方向盤組合體模型進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果調(diào)整組合體模型的固有頻率以避開人手的敏感頻率范圍，在將方向盤骨架材料更換為45#鋼的基礎(chǔ)上，通過增大轉(zhuǎn)向柱和傳動(dòng)軸的直徑對(duì)組合體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以避免共振現(xiàn)象發(fā)生。任重義等[3]采用統(tǒng)計(jì)能量分析法SEA原理對(duì)農(nóng)用收獲機(jī)的駕駛室進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)分析，并對(duì)SEA的建模有效性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，研究結(jié)果表明，在低頻域駕駛室背板的振動(dòng)是引起駕駛室噪聲的主要因素，而在高頻段駕駛室噪聲水平則主要取決于外部噪聲。王金武等[4]針對(duì)國產(chǎn)聯(lián)合收獲機(jī)某代表機(jī)型的駕駛室進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立駕駛室顯示裝置面板與控制裝置面板和駕駛員標(biāo)準(zhǔn)坐姿模型，通過對(duì)駕駛員坐姿仿真、控制面板的可達(dá)性分析和駕駛員視野模擬，應(yīng)用CATIA軟件分析和評(píng)價(jià)聯(lián)合收獲機(jī)駕駛室的駕駛舒適性，為駕駛室設(shè)計(jì)提供重要因素。郭佳麗等[5]針對(duì)駕駛室淋雨密封性的改進(jìn)，主要從裝配過程工藝可靠性、原材料是否合格、影響密封性的零部件結(jié)構(gòu)是否合理進(jìn)行論證，識(shí)別主要問題點(diǎn)，分別制定快贏及永久性措施，為提高收獲機(jī)淋雨密封性提供參考。YUKSLE等[6]通過使用有限元?邊界元方法建立了商用車的振動(dòng)聲學(xué)模型，利用該模型預(yù)測(cè)了發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)下客艙內(nèi)的聲壓級(jí)，并確定了各輻射板對(duì)艙內(nèi)噪聲水平的貢獻(xiàn)。LANGFELDTF等[7]研究一種由雙層壁和集成的薄膜型聲學(xué)超材料組成噪聲屏蔽組合，提出并驗(yàn)證了噪聲屏蔽設(shè)計(jì)理念。CASEYSM等[8]對(duì)農(nóng)用拖拉機(jī)人因因素位置及駕駛員的主觀評(píng)分進(jìn)行研究，提出了拖拉機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)方案。MEHTACR等[9]研究發(fā)現(xiàn)，高密度聚氨酯基緩沖材料有利于抑制拖拉機(jī)在動(dòng)態(tài)條件下傳遞的振動(dòng)。

受自然環(huán)境條件與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制，我國聯(lián)合收獲機(jī)的研發(fā)工作起步較晚。近年來，雖然我國聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，水稻、小麥和油菜收獲機(jī)總量快速增長，但與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國水稻、小麥和油菜收獲機(jī)發(fā)展水平還比較低，科研開發(fā)能力和制造工藝水平相對(duì)滯后。目前我國聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)品的短板是可靠性不高，拖拉機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）平均水平不到國際先進(jìn)企業(yè)同類產(chǎn)品的2/3，駕駛室密封性與舒適性的問題尤為突出，難以滿足廣大農(nóng)戶的使用需求[10-12]。本研究為提高收獲機(jī)駕駛室的舒適性及密封性，設(shè)計(jì)了一款中高端駕駛室。對(duì)于改善聯(lián)合收獲機(jī)駕駛員的作業(yè)環(huán)境、提升聯(lián)合收獲機(jī)市場競爭能力、增加農(nóng)村地區(qū)對(duì)人才的吸引力、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等具有重要的意義。

1 駕駛室骨架設(shè)計(jì)

隨著用戶追求的舒適性、功能性需要，駕駛室設(shè)計(jì)需滿足外觀時(shí)尚、內(nèi)部空間寬敞、舒適、操控方便等多方面需求。目前國內(nèi)大型收獲機(jī)駕駛室流行采用異型管制造立柱，同時(shí)采用整體滾塑頂蓋[13-16]。存在異型管的折彎角小、加工難度大、精度低及成型特別困難等問題，特別是在較小折彎角處容易產(chǎn)生變形及裂紋等缺陷，從而影響整個(gè)駕駛室的強(qiáng)度。為了加工制作合格的異型管，折彎角必須增大，導(dǎo)致異型管的橫截面輪廓增大，這雖然有利于提高支撐強(qiáng)度，但也帶來了不利因素，主要包括5個(gè)方面。①異型管成型困難導(dǎo)致制造成本提高，異型管在加工工程中，因應(yīng)力釋放、管材變形等原因造成異型管模具調(diào)試成本增加及零件合格率低。②異型管的尺寸一致性較差，加工難度大造成了產(chǎn)品的一致性也較差，并且由于管件強(qiáng)度大難以在駕駛室骨架后續(xù)加工過程中進(jìn)行校正。③采用異型管的收獲機(jī)駕駛室前立柱，其較大的橫截面輪廓阻擋了駕駛員的視線，影響了視野范圍。④當(dāng)收獲機(jī)駕駛室采用整體滾塑頂蓋時(shí)，其頂部的負(fù)載降低，本身不需要太大的支撐力，而異型管前立柱卻由于制造因素不得不采用粗大的輪廓形狀，結(jié)構(gòu)上屬于強(qiáng)度功能浪費(fèi)。⑤安全性差，異型管的前立柱自身強(qiáng)度過高，降低了沖擊能量吸收能力；尤其是采用滾塑頂蓋時(shí)，頂蓋的強(qiáng)度低，前立柱的強(qiáng)度高，在車輛翻覆等極端條件下，由于前立柱缺乏緩沖能力，外部沖擊力會(huì)迫使頂蓋塌陷，破壞駕駛室的整體性，威脅駕駛員的人身安全[17]。

本研究提出了一種無異型管、玻璃門無框架的駕駛室，設(shè)計(jì)方案如圖1所示。后立柱、右前立柱、左前立柱、底板和后側(cè)壁等組成為駕駛室框架主體，后立柱采用普通矩形，右前立柱和左前立柱采用兩塊折彎鋼板及附件拼焊而成。左側(cè)門密封平面由后封板、角板、下封板、上封板和左前立柱的扣板等組成，連接板之間采用搭接的方式焊接，并采用硅酮膠密封。此設(shè)計(jì)方案避免了使用異型管的立柱，在保證駕駛室滿足強(qiáng)度剛度要求、側(cè)門密封面平面度的同時(shí)，立柱骨架達(dá)到能夠吸收沖擊能量效果，以使得立柱骨架與滾塑頂蓋的強(qiáng)度匹配，提高駕駛室的安全性，在此基礎(chǔ)上，完成了一種便于制作、成本低的收獲機(jī)駕駛室骨架設(shè)計(jì)。收獲機(jī)駕駛室總裝外形如圖2所示。

2 駕駛室密封性設(shè)計(jì)

聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)環(huán)境較差，如中原地區(qū)“三夏”作業(yè)季氣候炎熱、東北地區(qū)秋收作業(yè)時(shí)又面臨嚴(yán)寒的侵襲、作業(yè)時(shí)揚(yáng)塵大等，駕駛室具有良好的密封性不僅可以保證駕駛室不受外部環(huán)境中的灰塵影響，而且還可以減少噪聲的傳播，保證駕駛室內(nèi)部環(huán)境的清潔，給駕乘人員提供一個(gè)安全、舒適、清潔的駕駛室環(huán)境。

2.1 駕駛室總體密封

駕駛室整體設(shè)計(jì)過程中，為減少內(nèi)部空間與外部連接的通道，僅保留了制動(dòng)踏板和主線束接插件安裝等的連接通道，并采取了密封措施。制動(dòng)踏板密封設(shè)計(jì)如圖3和圖4所示，下面的橡膠墊粘在制動(dòng)踏板焊合上面，平時(shí)制動(dòng)踏板不工作時(shí)，橡膠墊嵌入到制動(dòng)踏板底板內(nèi)；上面采用駕駛室地墊覆蓋的方式，進(jìn)一步保證制動(dòng)踏板的密封。過線孔周邊用膠圈密封，上面由內(nèi)飾件遮蓋，減少過線孔對(duì)密封環(huán)境的影響。

2.2 駕駛室玻璃門密封

駕駛室有供人員進(jìn)出玻璃門，玻璃門與駕駛室的主框架鉸接，關(guān)閉門體可將駕駛室密封[18-19]。現(xiàn)有的玻璃門大多采用整塊玻璃，通常玻璃的周邊固連框架，鉸鏈連接在框架上，框架內(nèi)側(cè)固連密封膠條，存在以下3方面問題。一是帶有框架的玻璃門質(zhì)量增加，不利于整車輕量化。二是玻璃門鉸鏈的負(fù)載增大，鉸鏈結(jié)構(gòu)也必須加大，導(dǎo)致整個(gè)門體的質(zhì)量增大，開關(guān)操作費(fèi)力，還需要配備氣彈簧等機(jī)構(gòu)作為輔助，框架和氣彈簧等機(jī)構(gòu)增加了成本。三是密封膠條在鉸鏈處必須開設(shè)豁口，以避免干涉，但這樣會(huì)導(dǎo)致密封條不完整，影響密封效果，收獲機(jī)作業(yè)時(shí)的粉塵大，帶有粉塵的空氣容易從豁口處進(jìn)入駕駛室，污染室內(nèi)環(huán)境[20]。

本研究設(shè)計(jì)的收獲機(jī)駕駛室無框密封裝置具體方案如圖5和圖6所示，駕駛室上的主框架，通過鉸鏈連接的左右玻璃門，鉸鏈通過螺釘固定在主框架上。螺釘分別穿過鉸鏈、襯墊、膠墊、玻璃門、膠墊和襯套，蓋封在襯套上，并用螺母固定。襯套與膠墊之間錯(cuò)位配合。密封條固定在玻璃四周。當(dāng)左右玻璃門關(guān)閉時(shí)，主框架、左右玻璃門及擋板將密封條圍攏并擠壓，將主框架和左右玻璃門之間密封。玻璃門采用平面玻璃、密封條采用雙泡密封條與駕駛室側(cè)門密封面貼合。玻璃門四周不連接框架，鉸鏈直接連接在玻璃板本體上，整根環(huán)形的密封膠條卡裝在玻璃板邊沿，但鉸鏈本體不與密封膠條干涉，避免在密封膠條上開設(shè)豁口，確保密封膠條的完整，以保證鉸鏈處的密封性，同時(shí)降低了門體質(zhì)量，節(jié)約了成本，還增加了視野和美觀度。

2.3 駕駛室骨架焊合密封

為保證駕駛室骨架焊合及其連接部件的密封性，駕駛室骨架焊合首先電泳底漆，然后焊縫處涂抹焊縫密封膠，最后噴涂面漆的操作，保證駕駛室骨架焊合自身的密封性。

3 駕駛室密封性及舒適性驗(yàn)證

3.1 密封性驗(yàn)證

依據(jù)QC/T476—2007《客車防水密封性限值及試驗(yàn)方法》，駕駛室密封性采用淋雨試驗(yàn)的方式，駕駛室淋雨試驗(yàn)間如圖7所示。選擇ETN00055-TY型駕駛室，試驗(yàn)日期為2024年5月12日，將系統(tǒng)壓力設(shè)定0.15MPa、流量設(shè)定3.2L/min，放置到淋雨試驗(yàn)間淋雨10min。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：采用扣分法，初始分值為100分，每出現(xiàn)一處漏點(diǎn)則對(duì)應(yīng)表格扣除相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，初始分值減去總扣分等于得分，結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)表明，收獲機(jī)駕駛室淋雨試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)中漏水現(xiàn)象主要有3種。①滲水。水從縫隙中緩慢出現(xiàn)，并附在駕駛室內(nèi)表面上蔓延開來的現(xiàn)象。②滴水。水從縫隙中成滴出現(xiàn)，在駕駛室內(nèi)表面斷續(xù)滴下的現(xiàn)象。③流水。水從縫隙中出現(xiàn)，并沿著或離開駕駛室內(nèi)表面連續(xù)不斷的向周圍流淌現(xiàn)象；禁止出現(xiàn)流水現(xiàn)象。

3.2 舒適性驗(yàn)證

經(jīng)計(jì)算，本設(shè)計(jì)的聯(lián)合收獲機(jī)駕駛室玻璃覆蓋的區(qū)域視野可及率90%以上。依據(jù)GB19997—2005《谷物聯(lián)合收獲機(jī)噪聲限值》和JB/T6268—2015《自走式收獲機(jī)械噪聲測(cè)定方法》，儀器采用小野測(cè)器株式會(huì)社的LA-1441A噪聲儀，對(duì)駕駛室耳位噪聲進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)樣機(jī)是洛陽智能農(nóng)業(yè)裝備研究院有限公司生產(chǎn)的4LZ-13型自走式谷物聯(lián)合收獲機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率176kW，試驗(yàn)日期為2024年6月1日，試驗(yàn)地點(diǎn)在河南省偃師區(qū)高龍鎮(zhèn)郜寨村，環(huán)境風(fēng)速1.6～2.2m/s、氣溫30.1～32.0°C、環(huán)境背景噪聲54.9dB（A）。試驗(yàn)表明，收獲機(jī)駕駛室噪聲測(cè)定值86.5dB，滿足普通駕駛室噪聲標(biāo)準(zhǔn)要求的95dB的噪聲限值要求。

4 結(jié)束語

收獲機(jī)駕駛室骨架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用通用板材和管材，常規(guī)的加工方式，成本低、精度高，避免了使用異型管的立柱，質(zhì)量輕、視野好、安全性高，在此基礎(chǔ)上，獲得一種便于制作、成本低廉的收獲機(jī)駕駛室骨架。

收獲機(jī)駕駛室的無框玻璃門裝置，確保密封膠條的完整，以保證鉸鏈處的密封性，同時(shí)降低了門體質(zhì)量，節(jié)約了成本，還增加了視野和美觀度。