鄧志銳 ,趙金元 ,劉 威

(1.中鋼集團(tuán)衡陽機(jī)械公司,湖南衡陽 421002;2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南長沙 410012)

0 前言

隨著地下礦山的開采,無軌設(shè)備使用越來越多,地下鏟運(yùn)機(jī)作為主要采礦設(shè)備,其作業(yè)環(huán)境十分惡劣、彎多、坡多、道路窄、路面條件差,而且在封閉的環(huán)境作業(yè),沒有自然光,燈光強(qiáng)度往往不足,猶如在黑暗中作業(yè)。再加上地下無軌釆礦車輛在礦井作業(yè),其外形尺寸受到巷道尺寸的限制,具有矮、長和窄的特點(diǎn),還有低矮型地下鏟運(yùn)機(jī)、超低矮型地下鏟運(yùn)機(jī)之分,致使司機(jī)座位極低,空間狹窄,司機(jī)室因空間限制設(shè)計多樣化[1-2],外形結(jié)構(gòu)有雙柱頂棚、四柱頂棚、全封閉式,如圖1 所示。司機(jī)室結(jié)構(gòu)安全、工作空間大小、操縱舒適性、視線能見度、控制元件位置合理設(shè)計,不僅影響生產(chǎn)效率,直接關(guān)系到司機(jī)的安全健康,如何正確設(shè)計合乎要求的司機(jī)室對司機(jī)的安全十分重要。

圖1 司機(jī)室外形結(jié)構(gòu)

1 司機(jī)室的設(shè)計

司機(jī)室的設(shè)計的內(nèi)容包括司機(jī)室的位置、座位、控制器、操縱桿、踏板、緊急停車、儀表盤、附件存儲、出入口的設(shè)計。

1.1 司機(jī)室的位置

司機(jī)室的位置,有的在前車架一側(cè);有的在后車架一側(cè)。司機(jī)室在前車架一側(cè),如圖2 所示。由于離工作機(jī)構(gòu)很近,司機(jī)容易受到鏟斗溢出的物料傷害。司機(jī)室在后車架一側(cè),司機(jī)的能見度較差,但安全性好。兩種方式各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),應(yīng)根據(jù)地下鏟運(yùn)機(jī)的具體情況選擇。司機(jī)室的內(nèi)部布置、內(nèi)部空間應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。司機(jī)室位置與結(jié)構(gòu)不應(yīng)干涉司機(jī)的視野,司機(jī)室內(nèi)工作區(qū)不能存在任何可能損傷操作者的銳角、利棱、凹凸不平的表面和凸出的部位。

圖2 司機(jī)室的位置

1.2 座位

座位設(shè)計一般包括座位底坐、靠背、頭靠、扶手和懸浮裝置設(shè)計。由于車輛司機(jī)室空間限制和方便司機(jī)入坐,一般座位不安裝扶手。對超低矮型地下鏟運(yùn)機(jī)來說,無法安裝懸浮裝置,只能安裝一定厚度的泡沫彈性坐墊,司機(jī)需躺著操作。對低矮型地下裝載機(jī)來說,根據(jù)機(jī)型的不同安裝座位,有的座位可以安裝懸浮,有的不可以安裝,司機(jī)可坐著或躺著操作。無論是坐著還是躺著操作,座位的設(shè)計應(yīng)滿足人機(jī)工程學(xué)原理:滿足第5 百分位數(shù)到第95 百分位數(shù)人群身體尺寸;能最大限度地吸收振動;能舒適地操作;能方便維修;能最大限度的保證司機(jī)的視覺;能安全的承受司機(jī)的大部分重量;坐墊、腰靠、扶手的覆蓋層應(yīng)柔軟、防滑、透氣、吸汗、無毒。

1.3 控制器

控制器包括操縱桿、腳踏板、緊急制動、儀表盤、礦工帽和礦燈蓄電池、附件等。

1.4 操縱桿

各操縱桿必須布置在司機(jī)的操縱舒適區(qū)及可及范圍;操縱力、操作方向、操作速度、操作行程都應(yīng)與人的施力和運(yùn)動輸出特性相適應(yīng)。操作桿、按鈕與相鄰零件之間必須保持一定的間隙,操縱桿的操作運(yùn)動與顯示器或被控對象,應(yīng)有正確的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系,此種關(guān)系應(yīng)與自然的人為傾向一致。

1.5 踏板

腳踏板一般有油門踏板與制動踏板兩種。油門踏板由于經(jīng)常操作,一般放在座椅前右側(cè),制動踏板一般不經(jīng)常操作,放在座椅前左側(cè)。油門踏板和制動踏板必須要在司機(jī)的操作舒適區(qū)和可及范圍。腳踏力應(yīng)小于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,踏板之間、腳踏板與相鄰零件之間的間隙都必須保持一定的距離。腳踏板與座位必須保持適宜的位置關(guān)系,有利于人向踏板施力。

1.6 緊急制動

若設(shè)計手啟動或按鈕啟動,考慮到用右手很快而且很容易從司機(jī)室內(nèi)或室外(貼著駕駛室)啟動,應(yīng)將緊急制動布置在司機(jī)的右側(cè)。另一個緊急制動應(yīng)放在機(jī)器另一側(cè)的后面,通過兩個緊急制動,我們可以從機(jī)器兩側(cè)使用緊急制動來確保車輛、司機(jī)與周圍人員的安全。

1.7 儀表盤

儀表盤應(yīng)布置在可視區(qū)內(nèi)。當(dāng)儀表盤的儀表數(shù)量較多時,對它們的排列可根據(jù)它們的功能分區(qū)排列,區(qū)與區(qū)之間應(yīng)有明顯區(qū)別。最常用、最主要的儀表應(yīng)盡可能安排在視野中心3 度的范圍內(nèi),一般性儀表可安排在20～40 度視野范圍內(nèi),次要儀表應(yīng)安排在40～60 度的范圍內(nèi)。

1.8 附件存儲

司機(jī)有時要脫掉他們的礦燈帽和電池包,因此必須設(shè)置此物存儲的地方,該地方應(yīng)方便司機(jī)取下。

1.9 出入口

為方便司機(jī)安全順利的進(jìn)出司機(jī)室,司機(jī)上、下司機(jī)室能同時使用一只腳和兩只手,或一只手和兩只腳三點(diǎn)著力的裝置。為從地面進(jìn)入到司機(jī)室和坐著位置的司機(jī)提供抓手。抓手的表面不應(yīng)粗糙,不能有傷手的尖角或延出物。

2 攝像機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計

攝像機(jī)系統(tǒng)是為了幫助低矮型LHD 司機(jī)在坑道內(nèi)駕駛時能看到前面、后面和右側(cè)面,從而提高司機(jī)駕駛時的能見度,增加司機(jī)與車輛安全。為了有最大的視野,攝像機(jī)的鏡頭應(yīng)布置在地下裝載機(jī)的右前方和后左側(cè)。監(jiān)視器應(yīng)布置在司機(jī)室的中央和司機(jī)頭部正前方視野最大、障礙最少的地方。

攝像系統(tǒng)是由彩色(或是黑色和白色)監(jiān)視器、視頻開關(guān)、前后攝像機(jī)、24 V 直流電源和組成,其原理如圖3 所示。

圖3 攝像系統(tǒng)原理圖

監(jiān)視器外殼裝在車輛儀表板上,它由彩色監(jiān)視器,“前進(jìn)”和“后退”手動操作按鈕和視頻開關(guān)繼電器組成。繼電器是由車輛變速箱“前進(jìn)”和“后退”信號控制。

按鈕亮,說明攝像機(jī)在工作,該指示燈由車輛變速箱或手動操作按鈕控制。

在監(jiān)視器內(nèi),調(diào)節(jié)電位計可用來調(diào)節(jié)LCD 監(jiān)視器、顏色、亮度和對比度。

可采用兩種攝像系統(tǒng),攝像機(jī)器在十分牢固的特別設(shè)計的殼體內(nèi),保護(hù)攝像機(jī)及鏡頭以防止碎石和灰塵的破壞。

攝像機(jī)電纜繩包括DC 電纜和同軸電纜。PMA柔性管保護(hù)DC 電纜和同軸電纜。兩端聯(lián)接的安全由重型圓形連接器保護(hù)。攝像機(jī)配置了廣角鏡頭,以擴(kuò)大司機(jī)的視野。電纜有各種長度,以備任何LHD 的需要。

3 地下鏟運(yùn)機(jī)能見度設(shè)計要求

為了使接近車輛的礦工危險性最小,個子低的司機(jī)必須能看到主要區(qū)1 m 高以上、次要區(qū)1.3 m以上目標(biāo)。該區(qū)取自車輛外圍0.5 m 的距離范圍,如圖4 所示。

圖4 人機(jī)工程學(xué)項目

在考慮了這些觀察目標(biāo)時,視線限制是由于采用了低座椅和為了方便司機(jī)向前、向后駕駛,司機(jī)室定位在車輛中部而產(chǎn)生的。對前主要區(qū)的觀察應(yīng)考慮裝滿物料的鏟斗和平臺上大的裝載物。

為了滿足司機(jī)能觀察這些目標(biāo),還要考慮:在設(shè)計駕駛棚支承、大燈、儀表盤和蓋板時,要避免妨礙司機(jī)對車輛周圍臨界區(qū)的觀察[3]。

4 落物保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗與翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗

落物保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗(FOPS)即司機(jī)室頂部設(shè)置加強(qiáng)防護(hù)頂板,防止被具有一定能量落物擊穿或過量變形。翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗(ROPS)即車輛發(fā)生傾翻時,避免或減少司機(jī)傷亡的保護(hù)裝置。這兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗包括:試驗設(shè)備、試驗條件、試驗方法或試驗程序、試驗結(jié)果分析與評估及試驗實(shí)例等幾項內(nèi)容[4]。

落物保護(hù)結(jié)構(gòu)試驗設(shè)備:試驗用落錘是兩端直徑不同的標(biāo)準(zhǔn)鋼制圓柱體,柱體形狀及參考尺寸如圖5 所示。試驗控制的參數(shù)是重錘自由落下碰撞到試件時,產(chǎn)生的能量為11 600 J。落錘的質(zhì)量及尺寸隨墜落高度的不同而有所改變?nèi)鐖D6 所示。當(dāng)落錘提升到需要的高度釋放時,不能受任何妨礙。注:若落錘質(zhì)量為227 kg,d=255～260 mm,l=583～585 mm。其墜落高度可由圖6 查得。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)落錘

圖6 產(chǎn)生11 600 J 能量矽形的落錘高度和質(zhì)量關(guān)系曲線

對翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗時,在水平面內(nèi)沿側(cè)向、縱向和垂直方向(如圖7、8、9 所示)由油缸加載,油缸的推力和行程應(yīng)滿足試驗要求。試驗過程中應(yīng)隨時測量施加給翻車保護(hù)結(jié)構(gòu)的力和施加給框架的力以及框架的變形。力的測量可用力傳感器或加載油缸上壓力傳感器;位移測量可采用位移傳感器。力與變形的測量精度應(yīng)為測量最大值的±5%。

圖7 油缸橫向加載

圖8 油缸縱向(沿車輛縱向)加載

圖9 油缸垂直加載

5 結(jié)束語

地下裝載機(jī)司機(jī)室的設(shè)計受到巷道尺寸的限制,司機(jī)室空間設(shè)計有一定難度,結(jié)構(gòu)緊湊,但必須保證方便司機(jī)出入,安全性要滿足FOPS/ROPS 試驗要求,要設(shè)計出一個全新型的駕駛室要遵循上述原則和要求,外觀造型盡量設(shè)計美觀[5]。