SDA2型内燃机车司机室人机工程学分析

许栋 张历

摘 要： 根据RDS7533.1和UIC651标准设定司机室人机校核基本参数，对SDA2型内燃机车的司机室布局和操纵台布置进行二维和三维人机校核，理论和试验结果均表明SDA2型机车司机室的人机工程学是满足要求的。

关键词： SDA2型；司机室人机工程学； RDS7533.1；UIC651

人机工程学在当前铁路机车车辆的设计中已经越来越重要。机车司机室是机车乘务员的工作场所，应用人机工程学对机车驾驶室进行设计，其目的是使所设计的司机室不仅能满足机车乘务员的工作要求，而且能使机车乘务员操作方便、舒适、安全，减少身体疲劳和精神负担[1]。

SDA2型内燃机车是中车戚墅堰机车有限公司为澳大利亚Pacific National公司研制的一款交流传动干线货运内燃机车。根据合同技术规范及机车上线许可的强制规定，需对SDA2型机车的司机室人机工程学进行分析，包括瞭望视野、乘坐舒适性等。

本文从司机室布局（包括司机室布置及尺寸校核、通道及出口校核、视野校核、座椅校核）和操纵台布置（包括司机可操作区域的校核、显示器件、控制器的布置）两大方面对司机室进行人机工程学评估。

1 司机室人机校核基本参数

（1）人体尺寸数据：RDS7533.1《铁路车辆-驾驶室-第一部分：机车车辆》标准规定，司机室的设计应满足着装成年人群中最小人体尺寸的第五百分位的女性（P5）至第九十五百分位的男性（P95）的范围[2]。由于该标准没有关于人体尺寸着装数据修正的具体内容，本文根据UIC651《机车、动车、动车组和驾驶拖车的司机室设计》中的数据进行了修正[3]。人体尺寸数据主要来源于英国Open Ergonomics公司PeopleSize 2008系统。

（2）座椅参考点：由于RDS7533标准中没有给出关于坐姿状态和站姿状态下司机眼点的确定方法，因此参考UIC651进行确定。以踵点（HP点）为人体布置基准，分别将第5和95百分位的人体摆放在司机室内上，使人体的躯干和上下肢处于最佳的活动范围和角度关系。依据布置好的人体位置和人体尺寸，确定出第5和95百分位人所在位置的座椅参考点。

（3）视野校核准则：RDS7533规定司机应能看到在直向轨道中心线两侧3米的，距离车钩中心前方5米的高4米的高柱信号灯；从坐姿和站姿驾驶位置向前的视野应能看见轨道上机车前方5米处站立的第五百分位的完全着装成年男子的头部。

2 司机室人机校核

2.1 司机室布置和尺寸校核

司机室布置和尺寸校核主要是保证司机工作时有足够的作业空间，使其能安全方便有效地完成各种驾驶任务。其布置和尺寸设计不能妨碍司机操作范围内的活动，不能使司机产生过度疲劳。尤其是影响到视点的仪表盘的倾角，更应在充分研究的基础上确定。仪表盘内部必要的指示灯和重要的仪器、按钮等应集中配置在视野以内。另外为便于维护保养作业，还有必要充分考虑设备的安装方法和结构。设备安装方式上，除了司机直接必要的部分以外，应将其他设备镶嵌在操纵台面板内。

在操纵台外沿垂直面内，从地板面至天花板高度为1992.1mm，满足RDS7533规定的：当司机被要求进行站姿作业时，从驾驶位置算，室内净高应有至少2000mm（优先），并不小于1850mm（最小值）。以第95百分位的人眼高为基准，其视线平面内深度为1830.4mm，满足UIC 651规定的：沿司机就座时视线平面纵向测量，前窗内表面与处于司机座椅后面的最近物体（墙、门、橱等）之间，司机室必须有1500mm的最小深度。

第5和95百分位的司机眼睛到司机座椅前部前窗的距离为835.7mm、945.2mm，满足RDS7533规定的：操纵器的位置应使得司机的眼点与挡风玻璃距离不小于400mm。

2.2 通道及出口校核

司机室通道出口必须不仅对司机来讲易于到达，相应地，座椅不得成为妨碍工作人员到达出口的主要障碍。工作人員必须能安全、毫不困难地撤出司机室。

司机室后端门尺寸为1796*576.5mm，满足UIC651规定的：工作人员必须能安全、毫不困难地撤出司机室，并且至少撤出2m的距离。出口高至少1800mm，宽至少500mm。门的净空至少为1700*430mm。

座椅下方设置移动轨道，向后调节最大范围即312.4mm时，座椅与操纵台之间的距离大于第95百分位的人大腿厚加上着装修正值208mm，司机进出未与任何部件干涉，满足UIC651规定的：司机室内工作人员的行动自由不得受突出物妨碍和RDS7533规定的：座椅的放置应该容许第95百分位着装成年男性容易出入。

2.3 视野校核

经过校核计算，第5百分位的女性可以瞭望到左右侧高柱信号，第95百分位的男性瞭望高柱信号不受遮挡，第5百分位女性与第95百分位男性均可看到机车前方5米的成年男子，满足RDS7533标准的要求。

2.4 座椅校核

SDA2型机车装用座椅的静态尺寸为椅高可调范围：480±130mm、椅宽：480±10mm、背靠高：620mm和腰靠倾角：80°～135°、肘靠距离：620±10mm分别满足RDS7533和UIC651要求。

由第5百分位司机和第95百分位司机确定的座椅参考点上下调节范围为113mm，而座椅上下调节范围为130mm；前后调节范围为150mm，而座椅前后可调节范围为240mm，满足RDS7533和UIC651要求的：座椅应该是可调节的，满足第5百分位的女性到第95百分位的男性驾驶员的视野要求，而且能让他们在驾驶位置接触到所有必需的控制器；从生理学观点来讲，座椅必须能让司机保持正确的姿势，并且座椅易于调节，以适用于不同高度的工作人员。

2.5 操纵台容膝空间的校核

操纵台的形状和尺寸必须允许司机易于接近其座椅，并且腿和膝盖活动起来有足够的自由度。司機坐姿驾驶作业时，需将脚搁置在脚踏板上。此时操纵台下方应该有足够的空间容纳司机的腿部。UIC651中规定了操纵台的容膝空间，必须有高度最小为650mm的凹进处供工作人员放脚和腿。当使用旋转座椅时，凹进处的宽度必须足以让工作人员移动腿，而膝盖不受任何阻碍。根据二维图纸测量，操纵台容膝高度为642.9mm～663mm，满足司机容膝需求。

2.6 司机可操作区域的校核

司机在机车驾驶过程中，在坐姿状态下，手要对操纵台上的司控器、按钮、按键、转换开关、扳键开关等器件进行操作。在长时间的运行过程中，如何在安全驾驶条件下有效减少乘务员上肢的工作负荷、提高作业效率是在设计机车操纵界面时必须考虑的问题。本文采用JACK软件，对第5百分位司机和第95百分位司机的最佳作业域、正常作业域和最大作业域进行三维校核。由于校核工况较多，受限于空间本文仅展示第5百分位司机的舒适作业域的三维校核示意图。

通过校核，速度及制动手柄等重要器件位于第95百分位人的最佳操作域内，均位于第5百分位和第95百分位人的正常操作区域内。显示面板上的操作器件均在第5和95百分位人的可及区域内。对讲机在第5和95百分位人的正常操作域内。

3 结论

根据上述理论分析，司机室布置及尺寸、通道及出口、视野、座椅、司机可操作区域的校核均满足RDS 7533和UIC 651的相关要求值。操纵台包括显示器件、控制器等主要部件的布置，也均在司机可接受的作业范围内。所以SDA2型内燃机车司机室的人机工程学是符合要求的。

SDA2型机车在到达澳大利亚运用现场后，用户特意挑选了合适的司机进行了实际测验，结果表明司机室人机工程参数达到相关要求，司机室的操作舒适性得到对方的肯定，从而基本验证了SDA2型机车司机室人机工程学理论分析的正确性。

参考文献

[1] 刘青，刘攀，吕应明. 人机工程学在机车驾驶室设计中的应用研究[J]. 机械研究与应用，2006.4：28-29+52.

[2] RDS 7533.1. 铁路车辆-驾驶室-第一部分：机车车辆[S]. 澳大利亚铁路安全标准委员会，2011.

[3] UIC 651 OR. 机车、动车、多机牵引列车和有驾驶台拖车的司机室布置[S]. 铁道部标准计量研究所，1998.