基于CATIA自走式喷药机驾驶操作的人机工程研究

发布时间：2020-06-19 13:05

【摘要】：经过调研发现,市场上的自走式喷药机驾驶室内部,在人机设计上都或多或少的存在着问题,具体表现在驾驶室内驾驶座椅的尺寸、倾斜角度及方向盘尺寸角度、脚踏板尺寸角度等各部件及其之间的位置关系,没有明确的数据设计标准,导致操作驾驶舒适性不佳,操作不畅。相关人机工程学在驾驶室内部设计的应用研究也很少,为了解决这些问题,本文所研究的具体内容如下:(1)对中国人体尺寸进行修正,搭建人体模型。为使设计产品贴近实际应用的人体尺寸,研究得到人体尺寸增长率,对现有的我国1988年的人体尺寸进行更新并建立了人体模型。(2)优化了自走式喷药机驾驶室各部件布置数据。结合自走式喷药机实际操作要求,提出了驾驶室内部布置的设计方法。针对SAE推荐的胯点位置线不完全适用于中国人体尺寸特征的问题,以驾驶姿势舒适关节角度和中国人体尺寸特征为基础进行胯点位置线优化,并利用MATLAB进行编程计算,拟合得到优化后的舒适胯点位置线公式。根据自走式喷药机的使用特点和设计经验,选定胯点高度,利用优化公式得到不同百分位驾驶员胯点的空间位置。在胯点优化的基础上,确定了满足驾驶员舒适性操作的眼椭圆、头廓包络曲线、膝部包络曲线、胃部包络线、手伸及界面的数据,为后续研究提供理论及数据方面的支持。(3)对静态驾驶座椅进行仿真并进行舒适性验证。利用CATIA V5软件对国产自走式喷药机的驾驶座椅进行建模。利用Hypermesh、Opti Struct软件对靠背、座垫的模型进行仿真,分析其受力变形。与实际的舒适座椅受力点进行比较验证,可知座椅模型满足静态驾驶的舒适度要求,能够缓解因长时间驾驶带来的疲劳感。(4)对动态驾驶操作各部件进行仿真及人机验证。应用数据对驾驶室内部各部件进行三维建模,并利用CATIA V5软件集成的人机工程学分析模块和创建的中国人人体模型对驾驶员操作驾驶空间的舒适度、视觉空间范围进行人机验证。结果表明驾驶室内部各部件满足动态驾驶的舒适性要求,能够减少因驾驶操作带来的疲劳感,杜绝误操作带来的安全隐患。利用模糊数学综合评判法建立了自走式喷药机驾驶室舒适性的评价体系。结合自走式喷药机使用的实际情况建立评价指标和权重,通过运算对自走式喷药机驾驶室的舒适性进行了综合评判。评判结果与CATIA V5软件的舒适性评价结果基本一致,说明优化后各部件符合人机工程学标准和自走式喷药机驾驶员作业的实际要求。获得的自走式喷药机驾驶室内部各部件的相关参数,可为国产自走式喷药机的研究和设计提供一定的参考依据。
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S49
【图文】：

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绪论1 绪论1.1 研究背景黑龙江垦区由于土地资源丰富，十分适合大型机械化生产作业，是我国现代农业先进生产力的代表。为保障黑龙江垦区的农产品高产，自走式喷药机作为重要植保机械对于保证粮食的高质量、高产量占有十分重要的地位。垦区调研发现，现有在用的自走式喷药机大约在二百台左右，其中国产自走式喷药机在 30 台左右，由此数据可以看出，我国的自走式喷药机械，在经历了近几年国外农机制造公司抢占中国市场使中国市场日趋国际化，逐渐形成了从无到有的一段快速发展的过程越来越多的民营企业开始自主研发自走式喷药机，并逐渐壮大,如图 1-1 所示。从人机工程学设计的角度观察，国产自走式喷药机驾驶室与国外进口的自走式喷药机驾驶室相比，仍然有很大的差距。

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(d) (e) (f) (g)图 1-2 国外某品牌自走式喷药机驾驶室内部Fig.1-2 Cab Interior of a foreign brand self-propelled sprayer国内自走式喷药机的驾驶室设计研究方面要晚得多，机械制造水平不高，众多国做的设计，多是照搬外国的产品进行设计的，由于被设计人群的差异性和国内尺寸数据的滞后性，所以使驾驶舒适性不高，而且驾驶室操作系统简陋单调，加廉，使产品的竞争力不高。如图 1-3 所示。(a) (b) (c)

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