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基于人體工程學的叉車座椅設計

發布時間:2020-08-27 18:29:06

人體工程學研究與測試實驗室

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前言

近年來叉車在我國工廠、港口碼頭、鐵路車站和倉庫貨場等場所已得到廣泛的應用。叉車的工作形式多是反復循環作業,工作時,駕駛員要頻繁使用液壓閥操縱手柄來控制門架貨叉的升降和擺動,頻繁使用加速踏板、變速手柄、方向盤以及制動器等來控制叉車的行駛速度和停車,同時還要避讓路上的障礙物,駕駛員極易產生疲勞。座椅對駕駛舒適程度有很大的影響,因此座椅設計越來越受到人們的重視。


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座椅的人體工程學要求

人體工程學是一門多學科的交叉學科,研究的核心問題是不同的作業中人、機器及環境三者間的協調。研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫學、人體測量學、美學和工程技術的多個領域,研究的目的則是通過各學科知識的應用,來指導工作器具、工作方式和工作環境的設計和改造,使得作業在效率、安全、健康、舒適等幾個方面的特性得以提高。

從人體工程學理論出發,一個性能優良的座椅應當符合的基本要求如下:

(1)為駕駛員提供一個舒適而穩定的坐姿,符合人體舒適坐姿的生理特性;

(2)減輕傳給駕駛員身體的機械振動和沖擊負荷,滿足振動舒適性評價標準的要求;

(3)將駕駛員置于良好視野的位置,保證他能安全而有效地完成各項操縱作業;

(4)為駕駛員提供一個相對于各種操縱機構的合適位置,使他能方便地進行操作。 


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叉車座椅的人體工程學分析

一、人體坐姿生理特性分析


 (1)坐姿時脊柱的形態。在坐姿狀態下,支持人體主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。脊柱位于人體背部中線處,是構成人體的中軸。處于不同的坐姿時,脊柱形態不同,只有座椅的結構和尺寸設計使駕駛員的脊柱形態接近于正常自然狀態,才會減少腰椎的負荷以及腰背部肌肉的負荷.防止駕駛疲勞發生。


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 (2)坐姿體壓分布。人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布。它是影響坐姿舒適性的重要因素。人處于坐姿時,身體重量的大部分(約75%)經過臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓于座椅上,而臀部其他部分受到體重壓力不大。 座椅各部分的受力分布如圖1。 


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二、振動

振動是車輛行駛中因道路的凹凸不平而引起的隨機振動和車輛本身的機械振動。人體是一個復雜的彈性系統,有它自己的同有頻率。有關研究表明,人體最敏感的頻率范圍為4~ 8Hz。當外界振動接近器官的共振頻率時,即產生共振,振幅迅速增大,此時引起器官的生理反應最大。

振動對駕駛員操作的影響主要表現為視覺作業效率的下降和操作動作準確性變差。當達到一定限度時,皮質細胞的下作強度將減弱,人就會感到疲勞,工作效率明顯下降。座椅傳遞的振動對舒適性的影響度為80%,由此可見對舒適性的影響是很大的。


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三、溫濕度

研究表明,駕駛員在駕駛狀態下的舒適溫度為18- 23攝氏度,舒適濕度為40%~60%,高于或低于這個范圍都會增加駕駛員的疲勞程度。駕駛座椅對駕駛員人體熱環境的主要影響因素有:座椅表面的溫度和濕度。座椅表而的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能,當其溫濕度特性與人體生理機能不適應時將引起人體局部不適感,從而加速人體疲勞的形成。


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叉車座椅的人體工程學設計

一、座椅靜態舒適性設計

(1)座椅設計的一般原則

座椅的設計須考慮的因素很多,可以概括為以下一些基本原則: ①座椅的尺寸應與使用者的人體尺寸相適應,把人體尺寸測量數據作為確定座椅設計參數的重要依據;②座椅設計 應符合人體生物力學原理;③座椅的位置要與其作業空間相協調,便于人員作業。


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(2)座椅尺寸設計

座椅尺寸設計主要參數包括:座高、座寬、座深、椅面傾角; 靠背的高度、寬度和傾角。 座高:指地面至座面上坐骨支撐處的高度。在設計時應該注意到:椅面過高會使大腿肌肉受壓,椅面過低就會增加背部肌肉負荷。駕駛座椅的座高常以下面的計算式為基礎進行設 水:

椅面高度=(人體尺寸“小腿加足高”+穿鞋修正量)*siny 

式中通常以男性小腿加足高尺寸的第95百分位數值進行設計;

 y一駕駛員踩踏油門、剎車板時小腿與地平線間的夾角。按我國人體尺寸,椅面高度可取為380mm一450mm,座椅設計成可調結構,以適應不同身材的駕駛員的需要,椅面高度 的調節范圍為240mm一300mm。


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二、座寬

座寬:參考尺寸是臀寬。以女性群體尺寸上限為設計依據,為使駕駛員能調整坐姿,座寬取適當大于臀寬。座寬也不能太大,否則肘部必須向兩側伸展以尋取支承,這樣會引起肩部疲勞。通常以臀寬尺寸的第95百分位數值進行設計。以滿足最寬人體的需要。一般可取360mm一500mm之間。 

三、座深

指椅面前后的水平距離。其尺寸應滿足:腰部得到靠背的支承,椅面前緣與小腿之間留有適當距離,以保證大腿肌肉不受擠壓,腿彎部分不受阻礙。通常以男性座深的第90百分位數值作為參考進行設計。座深通??扇?50mm~400mm。 座面要平滑平整,前緣不應有棱角,最好有與臀部形態相適應 的凹槽,而且一般都要加彈性墊座。

四、靠背高度及寬度

靠背的作用是保持脊柱處于自然形態的輕松姿勢。設計靠背重點在腰部,即距座面230mm~ 260mm。這樣既能適當的支持腰部,又能使腰部自由轉動。腰靠寬度一般取值300—400mm。 

五、座深

指椅面前后的水平距離。其尺寸應滿足:腰部得到靠背的支承,椅面前緣與小腿之間留有適當距離,以保證大腿肌肉不受擠壓,腿彎部分不受阻礙。通常以男性座深的第90百分位數值作為參考進行設計。座深通??扇?50mm~400mm。 座面要平滑平整,前緣不應有棱角,最好有與臀部形態相適應 的凹槽,而且一般都要加彈性墊座。

六、靠背高度及寬度

靠背的作用是保持脊柱處于自然形態的輕松姿勢。設計靠背重點在腰部,即距座面230mm~ 260mm。這樣既能適當的支持腰部,又能使腰部自由轉動。腰靠寬度一般取值300—400mm。 

七、椅面傾角

指椅面與水平間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動而使椅面前緣向后傾。此角不易過大,否則會增加大腿下平面與座摯前緣的壓力,從而減少雙腳著地的負荷,阻礙血液循環。引起身心疲勞。一般設計成3一4度。

八、靠背傾角

是指靠背與椅面水平方向的夾角。從保持脊柱的正常自然形態和增加舒適感考慮,該角為110度較為合適。

通過以上座椅尺寸參數的確定,以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。圖2為駕駛員最舒適的駕駛姿勢。


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座椅結構設計


依據靠背上體壓分布不均勻原則,在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支承也就是人體背部和腰部的合理支承。叉車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支承,第一支承部位位于人體第5~6胸椎之間的高度上,作為肩靠;第二支承設置在腰曲部位,作為腰靠,以保持正常的腰曲弧形和保護腰椎不受損傷。

 

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 座椅空間位置設計


座椅空間位置設計是為了達到操作舒適性的目的,通過對座椅空間位置的設計以確保駕駛員有良好的視野,同時對叉車轉向盤、腳踏板、操作桿、指示儀表等部件做適當的距離 要求,以便更好地達到操作舒適性。

座椅振動舒適性設計


振動主要是通過座椅傳遞到人體的臀部、后背部而引起的全身性振動。因此,在設計叉車座椅時應盡量避免人體敏感的振動。在座椅設計中可以采取以下措施:減少座椅的共振頻率,以降低對人體最有影響的高頻區;降低振動時的振動傳遞率;降低10Hz附近的振動傳遞率,以減輕彈簧以下的共振的影響和減少來自座椅靠背的高頻振動;降低襤車振動。


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座椅的結構形狀也不同程度地影響其振動舒適性。在設計座椅時使座椅靠背向后傾斜從而使腰部背部得到依靠,加上靠背襯墊的適度柔軟性,致使摩擦力增大,可緩沖振動對人體的沖擊。同時椅面的形狀兩邊向上隆起,也能減輕人體的橫向移動趨勢,使人感覺乘坐舒適。

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結論


綜上所述,人體工程學應用于叉車座椅設計。能使座椅滿足人體的需要,保證駕駛的舒適性和安傘性,減少疲勞程度。 隨著數字化設計的不斷發展,人體工程學在設計方面的應用也會越來越廣泛。



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