人机工程学在薄煤层液压支架搬运车中的应用_郭爱军.pdf
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1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050620引言煤炭属于不可再生能源,随着我国煤炭资源的日益减少,中厚煤层煤炭储量大幅降低甚至枯竭。因此,国内各矿井开始对薄煤层煤炭资源进行开采。在薄煤层工作面进行搬家作业的过程中,支架搬运车驾驶员的视野极差,且掺杂着粉尘、噪声等恶劣环境因素,若没有较舒适的驾驶环境,难免因紧张、疲惫而形成操作失误,导致井下事故的发生。随着我国煤矿机械的不断发展,在设计过程中加强对人机工程学的运用,仿真模拟驾驶员的操作姿态,提高产品的舒适度和人性化设计水
2、平具有重要意义。1薄煤层支架搬运车简介薄煤层综采工作面的巷道空间小、通风能力有限,柴油机支架搬运车在工作面作业时的尾气排放不易扩散,限制了其使用数量,必然会影响矿井辅运效率,增加工作接续时间。而蓄电池式支架搬运车因其低噪声、零排放的特点,开始受到用户的青睐。现有的蓄电池式薄煤层支架搬运车主要有2种类型:框架式支架搬运车和铲板式支架搬运车。框架式支架搬运车适用于支架的长距离运输,其主体结构如图1所示。整车最大高度小于1.6 m,长度约10 m。在低矮驾驶室范围完成座椅、操作机构的布置,保证驾驶员的良好视野及驾驶舒适性是本文研究的重点。图1框架式支架搬运车结构示意图1.前机架2.中机架3.液压支架
3、2人体模型的建立由于井下作业设备操纵人员以男性居多,根据GB 10000-1988中国成年人人体尺寸,选用第95*中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重点项目(2020-2-TD-ZD004;2021-TD-ZD2008)人机工程学在薄煤层液压支架搬运车中的应用*郭爱军1,薛喆2,3,王丽威2,3(1国能神东煤炭集团有限责任公司,陕西 榆林719315;2中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司,太原030006;3.煤矿采掘机械装备国家工程实验室,太原030006)摘要:为提高某薄煤层支架搬运车驾驶舒适性和安全性,构建了95百分位的中国人体模型。计算了座椅、操纵机构、脚踏板、仪表盘等关键
4、件尺寸,完成了薄煤层支架搬运车驾驶室的整体排布。通过人机工程学模型,分别对驾驶员的操作舒适性、视野舒适性和坐姿舒适性进行了人机工程学仿真,结果表明:在长时间的正常驾驶模式下,驾驶员的整体姿态处在较高的舒适度范围,对提高辅助运输装备的驾驶舒适性和安全性具有较高的参考价值。关键词:煤矿辅助运输;液压支架搬运车;人机工程;虚拟仿真中图分类号:TD525文献标志码:B文章编号:1003 0794(2023)05 0202 04Application of Ergonomics on Hydraulic Support Carrier in Thin CoalSeamGuo Aijun1,Xue Zhe
5、2,3,Wang Liwei2,3(1.CHN Energy Shendong Coal Group Co.,Ltd.,Yulin 719315,China;2.CCTEG Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China;3.National Engineering Laboratory for Coal Mining Machinery,Taiyuan 030006,China)Abstract:In order to improve the driving comfort and safety of a hydraulic
6、support carrier,a Chinesehuman body model was constructed based on the 95th percentile.The dimensions of key componentssuch as the seat,operating mechanism,pedals and instrument panel were calculated,and the overalllayout of the cab of the thin coal seam support carrier was completed.Through ergonom
7、ics module,carried out ergonomic simulations on the driver operating comfort,visual field comfort and sittingcomfort.The results show that the driver posture is maintained in a high comfort range in long-termnormal driving mode,which has a high reference value for improving the driving comfort and s
8、afety ofthin coal seam auxiliary transportation equipment.Key words:coal mine auxiliary transportation;hydraulic support carrier;ergonomics;virtual simulation123202百分位中国人体尺寸作为设计参照;身高1 794.3 mm,坐 高958.4 mm,坐 姿 眼 高841.6 mm,坐 姿 膝 高532.5 mm,坐姿肘高298 mm。在三维建模软件中构建人体模型,对上述尺寸进行设定,如图2所示。图2人体模型3基于人机工程学的驾驶室设计(
9、1)最优H点计算H点是人体躯干和大腿的联接点,是与坐姿舒适性和操纵方便性密切相关的车内装置尺寸基准点。H点的确定通常以点(AHP)为基准,可根据下肢关节角度确定H点坐标(HX、HZ),有HXL10cos(180-a1-a)+L4cos(180-a1-a3)+L3cos a2HZL10sin(180-a1-a)+L4sin(180-a1-a3)+L3sin a2式中a固定值;a1脚掌与地面的夹角;a3膝关节夹角;a2大腿与座椅间夹角,为减轻座椅表面对驾驶员大腿的压力,令a25;L10踝关节点至AHP点距离;L4膝关节至踝关节长度;L3膝关节至H点距离。根据文献选取95百分位中国男性的约束条件,如
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