解析工程机械驾驶室的几种发展方向

刘南才　孙平　朱华

摘 要：文章通过对驾驶室设计中遇到几个技术部件的构思分析，提出了几条设计发展方向的观点，供业内交流。

关键词：工程机械；驾驶室；钣金；玻璃；异型管；人机工程；内饰；锁具

中图分类号：TH248 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）11-0007-02

有别于汽车驾驶室，本文涵盖的工程机械驾驶室主要狭义的包括装载机、平地机、挖掘机、矿用卡车等各类带驾驶室的土石方施工机械。由于工况的特殊，工程机械驾驶室的发展总体外观上不同于汽车驾驶室。随着我国基础建设的稳步发展，推动了国内的工程机械企业的大规模发展。这些机械的外观风格在众多大小品牌间呈各有千秋，群雄并起之势。其中驾驶室的造型设计对外观展示起到了决定性的作用。类似于汽车行业，在专业的设计单位，驾驶室设计已经成为各主机厂一个重要的技术研究分支。近年作者多次参加工程机械展会，对比国外工程机械驾驶室发展，我国工程机械驾驶室有如下几个技术特点。

1 现代钣金冲压化发展

我国早期的工程机械驾驶室都照搬了国外早期产品有棱有角的模样。大量的部件均采用平面板折弯，拼焊或装配成型。随着模具制造的快速发展，工程机械的驾驶室外观开始向汽车钣金那样采用新式内外钣金结构， 点焊为主，外观表面质量好，连接强度好。表现在：

①钢板厚度的下降，常用外板普遍降到1.2 mm，某些内板甚至只有0.6 mm。

②接缝的减少，由于大型模具的运用，使得大片的钣金得以一次模压成形，作者曾参观某专业驾驶室厂家拼焊车间，发现其驾驶室主要外板仅数4片在拼搭工装上一次对接成功，效率大增。

③焊接工艺的改进：手工焊条方式在减少，代之以大量的机械手自动焊接，压力对接电阻焊，电流调整得当，几乎看不到焊缝，外侧板上也看不到高温烧熔痕迹。大量节约了打磨、刮腻子等后续修补工作。

④外侧A面钢板普遍采用了汽车行业的电泳漆，涂装效率高、质量可靠。

⑤近年某些制造企业还开发独创了一些更新颖的工艺技术。如内部喷涂一些粘接填充料，相应可以更多地减少焊缝的长度，并促进减少震动噪音。

2 异型管材的广泛使用

这类管材主要用于驾驶室的骨架成形。驾驶室的主要骨架经历了三个发展阶段。第一阶段：如上文所述我国早期工程机械驾驶室，外侧A面钣金全部为单层板，部分内侧板通过折弯后与外侧板焊缝接合形成一些管状型腔，支撑起整个驾驶室。这类驾驶室也可以说是没有骨架，普遍重量轻，价格便宜。至今在国内仍有大量生产。第二阶段： 国际上由于土方机械翻车保护结构技术标准的强制实施，要求驾驶室必须按照技术标准能够承受计算要求的横向、纵向、垂直载荷。仅用前述无骨架的驾驶室满足不了这个要求。设计上引入了一些矩形钢管，这些钢管的厚度普遍在4～12 mm，用这些钢管对接形成一个2～6个立柱的坚实骨架，铺上地板组件，外侧再用钣金蒙皮包围对接形成驾驶室。这类驾驶室能够按照上述标准通过载荷试验，符合国际安全法规要求。但重量增加许多，有的甚至超过1 000 kg，造价自然不低。由于厚度大，这类钢管一般呈直线状，无法折弯。对于一些新型美观的驾驶室，这类钢管只能作为内部骨架支撑，无法与外侧钣金的曲面造型相贴合。目前国内多数出口装载机、平地机驾驶室都采用这类风格设计。第三阶段：由于管材制造技术的提升，由圆管到方管，再到异型管的制造模式的成熟。这类异型管壁厚普遍在2～6 mm，故可以通过加工弯曲成型，还具有良好的表面质量。设计可以考虑使用这类钢管直接去形成驾驶室的外形轮廓。有了它，钣金压形可以大大简化。在上述第二阶段使用的一些门框钢板压形、玻璃装配面压形都得以简化，因为异型管上的突出轮廓已经承担了这个作用。这类管材当前在国内挖掘机驾驶室上大量使用、几乎一统行业天下。

3 驾驶室玻璃的安装

关于驾驶室玻璃的安装方式，一直也是设计业内有趣的话题。一般有两种方式，胶条安装式和玻璃粘接式，两者各有优劣。

①胶条玻璃安装方式：类似早期汽车玻璃的固定，这类结构一般是在板上开出一个空洞，安装玻璃的外形轮廓与此空洞轮廓呈平行偏移装。特制成型的胶条一般由三个U形口，一个口夹住玻璃，一个口夹住钣金，第三个口为调整涨紧口。胶条安装玻璃方式的优点：装配工艺简单，不需要太多工具，对环境要求不高。在野外工地，一个熟练的工人在数分钟内就能完成玻璃装配。缺点：对玻璃、钣金孔制造尺寸配合精度要求高，制造尺寸偏差后易导致装配困难或者安装不牢固、漏水，由于胶条的固有特性，其外观不如粘接玻璃的形式轮廓平齐。

②类似现代小汽车构造，用特制的胶水将玻璃粘接在驾驶室钣金上。国内工程机械驾驶室正在越来越多地采用玻璃粘接技术，重点用于国际出口机型。玻璃粘接技术的优点：基本可以解决上述胶条固定玻璃的缺点，对整车驾驶室的美观、隔音、密封、防水、防尘起到重要的促进作用。在某些批量生产线上甚至能够有着比胶条装配更高的制造效率。缺点：装配环境要求高，粘接胶水一般为聚氨酯成分，靠吸收空气中的水分逐渐固化，对环境要求高。粘接面清洁度要求高，工艺复杂，需要上清洁剂、底涂剂。粘接完成后固化时间长，通常在10小时内无法让机械进行工作。上述处理不当，均会发生玻璃脱落现象。在维修市场，这种问题尤其明显，玻璃破损件的拆除不容易，需要专门工具对钣金上残留的胶水进行打磨去除。在尘土大的工地环境基本无法进行这类粘接玻璃的维修。总的说，两种设计结构需要针对不同的客户群体分别对待，这两种方案都将长期并存。

4 人机工程学的成功运用

操纵舒适度显著提升，归功于人机工程学的成功运用：人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的边缘学科，用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适合位置。全球各类人种的身高、手脚长度千差万别，如何设计一种绝大多数司机都能舒适操纵的工作环境，是设计者追求的最高目标之一。我国目前还在有效沿用的《GB 10000-88中国成年人人体尺寸》为近30年前的中国人口测量数据，已经跟不上时代的需求。当前在国内的设计师大量参照引用的还有国外流行的一些人体尺寸标准及三维数据库，如：Manikin。依靠模拟人体提供的尺寸参考及相关标准，我们在设计时可以基本确定定踏板、座椅、操纵杆、仪表台的准确位置，以满足绝大多数司机的舒适操纵要求。在三维技术已经非常普及运用的今天，我们通常设计的步骤如下：①首先确定三个基准人体尺寸：最小人体尺寸（5%）、中位人体尺寸（50%）、最大人体尺寸（95%）。②根据《GB/T 8591-2000 土方机械司机座椅标定点》，可以确定司机座椅的SIP点，这个在设计时将与模拟人的SIP点重合装配。需要强调的一点是，通常使用的座椅在高度、前后（甚至左右、坐面角度）都是可调的，与不同位人体对接匹配的应该是座椅处于上述尺寸中间位置的状态。三组模拟人体的匹配关系见表1：endprint

③设计的三维放样必须对这三种状况进行检查，确保其中的操作者的手、脚、视野均处于舒适操作范围内。技术标准参考：GB/T 8420-2000土方机械司机的身材尺寸与司机的最小活动空间、GBT 21935-2008土方机械操纵的舒适区域与可及范围。各操纵元件可以通过机构装置进行位置调整，但仍然会处于标准中规定的舒适区域包络曲面中。有业内消息称，我国正在开展新一轮人体尺寸测量项目。未来两年，我们有望看到新的中国人体尺寸数据库（标准）出台。工程机械驾驶室人机工程学设计将更加普遍运用。

5 关于工程机械驾驶室锁具

目前主要执行的是《GB 15086-2006汽车门锁及门铰链的性能要求和实验方法》及行业标准：《JB/T 5934-1991工程机械门锁技术条件》、《JB/T 7147-1193工程机械门锁型式和基本参数》。工程机械与汽车工况不同，灰尘大、泥水飞溅多、振动剧烈，容易损坏，可靠性要求高。业内通常要求锁具能够在实验台上进行开关碰撞试验，确保整个门锁部件往复开关30 000次以上无失效。除非特殊统一钥匙要求，门锁钥匙不同牙花数每组应不少于200种。当前的现状是：有别于汽车行业，许多工程机械驾驶室门上钥匙与驾驶室内电启动钥匙不同，有的甚至还不同于发动机罩门上的钥匙。只有极少数几家制造企业能够实现类似汽车那样与电启动开关、发动机罩一致的驾驶室钥匙，而且不同整车还有不同钥匙牙花。除了可靠性、美观、防尘性，这种锁具钥匙的一致性也将是未来工程机械行业内共同发展的趋势。

6 工程机械驾驶室内饰布置的发展趋势

长期以来，工程机械驾驶室内装饰也经历了简陋内饰到豪华内饰，最后又变成简化内饰的趋势。早期的工程机械驾驶室内饰都比较简陋，仅在一些主要部位包裹一些带PVC表皮的打孔海绵。随着时代发展，驾驶室内增加了许多塑料制品装饰，例如：包裹立柱的吸塑件，顶部的麻毡压形件、装饰操纵控制杆的滚塑箱罩，类似汽车内部，塑料板覆盖了几乎所有可能外露的钣金接缝，显得很美观。由于工程机械驾驶室的产量远不及汽车的产量，钣金的对接尺寸也不如汽车车身精准，这类全内饰覆盖的模式主要出现在相对批量大的工程机械驾驶室中。在焊接工艺、钣金及型钢表面质量大幅提升后，国际上某些品牌工程机械驾驶室内取消了立柱内饰，并将规整粗壮的焊缝大胆地直接暴露在操作者面前，这反倒增加了用户对产品强悍有力的认可。未来的发展也将会出现上述两种风格长期并存的现象。

7 结 语

工程机械驾驶室设计涉及的技术分支非常广泛，相对应的重点部件也很多，由于篇幅有限，本文仅对其中几个分支部件设计的技术发展及未来趋势进行了分析。在当今国内工程机械蓬勃发展，行竞争加剧的今天，工程机械驾驶室设计必将出现更多成功的亮点。

参考文献：

[1] GB/T 8591-2000，土方机械司机座椅标定点[S].

[2] GB 10000-88，中国成年人人体尺寸[S].

[3] GB 15086-2006，汽车门锁及门铰链的性能要求和实验方法[S].endprint