Spe cia l Topics漫谈装载机驾驶室的设计开展方向刘南才，孙 平，朱 华，陈华春，张斐朗广西柳工机械股份摘 要｜对装载机驾驶室技术特点进行分析，指出装载机驾驶室的外观将会逐渐由方正线条、单一轮廓向多线条、曲面造型方向开展具体表现在：伴随着造型的改变，汽车钣金类部件将会被大规模应用；模具成形异型管在驾驶室上的应用普及，使得驾 驶室骨架与多曲面外观融合为一体；驾驶室内部布置不断提升，驾驶室玻璃、锁具、内饰及方向杆〔盘〕等的设计普遍应用人机 工程学等方面关键词：驾驶室；钣金；玻璃；异型管；人机工程装载机在我国经历了数十年的开展，近年产量已经接近年产 30 万台，众多品牌装载机产品的外观各有千 秋，呈群雄并起之势装载机驾驶室的造型设计对整机外 观具有决定性的影响类似于汽车行业，在专业的装载机 设计单位，装载机驾驶室设计已经成为一个重要的技术 研究分支纵观装载机行业，驾驶室的设计已经摆脱了 20 年前 的方正线条、单一轮廓的外观模式，正逐步向着多线条、 曲面造型的方向开展我国早期的装载机驾驶室根本照 搬国外早期产品有棱有角的模式，大量部件均采用钢板 折弯后拼焊或装配成型，这除了有工艺简单，制造方便， 本钱低的原因，还有一个原因就是在那个时代，用户的关 注点还仅是侧重于机器工作的可靠性及性能优劣等。
随 着时代的开展，业内竞争加剧，用户要求提升，更重要的是快速成型、非金属材料等系列新技术开始出现并在装载机领域得到成熟应用，装载机的驾驶室外观开始向汽 车行业靠拢，一些以前只能在汽车展会上看到的曲线 〔面〕造型驾驶室开始在装载机上出现1装载机驾驶室的设计开展趋势笔者屡次参加国内外工程机械展会，发现以卡特彼勒为代表的一些欧美装载机品牌，一直以来均注重突出平安、简洁的特色，内装饰尽可能少，表现出机器的“刚〞 性，而日韩系列的某些装载机品牌那么秉承了汽车的风格， 制造复杂，全模具化，以曲线和内装饰为主，表现出机器 的“柔〞性预计未来的装载机驾驶室将从复杂向简洁，从全内饰向局部内饰，从个性化向通用和继承，从全模具向少模具方向开展除了上述总体风格的开展趋势外，装载作者简介：刘南才〔1974—〕，男，广西柳州人，工程师，学士，研究方向：工程机械驾驶室、覆盖件及人机工程362 0 1 4 ·1 0第 45 卷第10 期总第 4 9 2期机驾驶室还将有如下技术开展趋势：1 .1 现代钣金冲压化开展 采用内外钣金结构，点焊为主制造的装载机驾驶室，外观外表质量好，连接强度好笔者曾有幸见到我国 20世纪 60 年代生产的一台 Z435 型装载机，并参加了这台 老式装载机外观覆盖件的修复工作。
以 Z435 型装载机为 代表，早期装载机驾驶室的钣金件大多采用 2 mm 厚的钢 板制造〔某些内部简单骨架筋板采用 3~5 mm 厚的钢板〕；早期的钣金模具压形少，尽管在外形上局部有一些大圆弧，但总体上还是简单轮廓；钣金接缝大，焊接痕迹明显； 门上钢板的 U 形折弯没有用内饰包裹掩盖，而是直接呈 现在操作者面前；驾驶室顶盖板上也有一些过渡圆弧，但 对接焊缝没有打磨并修饰掩盖，显得粗糙当前，国内尚 有许多小企业采用这类简单拼接成形的方法来做驾驶 室，所用原材料几乎全部是钢板，甚至某些骨架类的槽钢 也用钢板折弯而成；局部偶然出现的钢板大圆弧部位能 够看到一条条的折弯线；通过折弯板的对接构成一些中 空的型腔，这些型腔一般用来走线、安装门铰链等；外部钢板的对接一般采用普通对接焊和法，局部容易过烧变形，需要矫正，外侧焊缝需要打磨，并刮腻子修饰工艺研 究发现，这样的刮腻子修饰，容易受到施工环境的影响， 而且如果在阴雨天进行刮腻子作业，不仅腻子枯燥困难， 出厂后也容易脱落经验说明，腻子厚度在 2 mm 以下为 宜也有一些钢板对接采用了将一侧钢板压出一个板厚 的下沉台阶的工艺方法，这样焊接后不容易变形，但同样 需要用腻子来修饰外侧面，而现代钣金接缝已经使用了 一些新型的填缝剂，根本能够杜绝事后脱落的问题。
随着模具制造技术的快速开展，新型装载机驾驶室 外观变得更加美观表现在：〔1〕钢板厚度下降，常用外板厚度普遍降到 1.2 mm，某些内板甚至只有 0.6 mm〔2〕接 缝减少，由于大型模具的应用，使得大型钣金件得以一次 模压成形作者曾参观过某专业驾驶室厂家的拼焊车间， 发现其驾驶室主要外板仅 5 片，且在拼搭工装上一次对 接成功，效率大增〔3〕焊接工艺得到改良：手工焊条方式 的焊接方法几乎杜绝，代之以大量的机械手自动焊接，采 用压力对接电阻焊焊接方式，由于电流调整得当，几乎看 不到焊缝，外侧板上也看不到高温烧熔痕迹，大量简化了 打磨、刮腻子等后续修补工作〔4〕外侧面钢板普遍采用 汽车行业采用的电泳漆，涂装效率高，质量可靠〔5〕近年来，某些制造企业还开发出了一些更新颖的工艺技术，如内部喷涂一些黏接填充料，相应可以更多地减小焊缝的长度，并利于减少振动噪声1 .2 异型管材广泛使用 异型管材主要用于驾驶室的骨架驾驶室的主要骨架经历了 3 个开展阶段第 1 阶段：如上文所述我国早期装载机驾驶室，外侧 面钣金全部为单层板，局部内侧板通过折弯后与外侧板 焊接形成型腔，支撑起整个驾驶室这类驾驶室也可以 说是没有骨架，质量轻，价格廉价，至今在国内仍有大量 生产。
第 2 阶段：由于国际上局部地区对于 ISO 3471?土方机械 翻车保护结构 实验室试验和性能要求? 及 ISO3449 ?土方机械 落物保护结构 实验室试验和性能要 求?两个技术标准实行强制实施，装载机驾驶室必须满足 相关技术标准的要求，能够承受横向、纵向及垂直载荷 仅用前述无骨架的驾驶室满足不了这个要求，故在设计 时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具有 2~6 个立柱的坚实骨 架，下面铺上地板组件，外侧再用钣金蒙皮包围对接，从而形成驾驶室这类驾驶室能够通过上述标准规定的载荷试验，符合国际平安法规要求，但质量增加许多，有的 甚至超过 1 000 kg，造价自然不低由于厚度大，这类驾驶 室所采用的钢管一般呈直线状，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第 3 阶段：随着管材制造技术的提升，采用圆管到方 管，再到异型管的驾驶室制造模式不断成熟异型管壁厚 普遍在 2~6 mm，故可弯曲成形，并具有良好的外表质量 设计上开始考虑使用这类异型钢管直接形成驾驶室的外 形轮廓，从而使钣金压形大大简化。
如在第 2 阶段使用的 一些门框钢板压形、玻璃装配面压形都可以简化，因为异型管上的突出轮廓已经具有了上述作用异型钢管有时用无缝管，有时也用有缝管，可将对接焊缝巧妙地布置在 不容易直接看到的区域图 1 所示为异型钢管代替常规 方管的例子1 .3 外观玻璃的布置设计及安装方式装载机驾驶室外观玻璃的布置设计及安装方式，涉 及到驾驶室的外观及司机操作的视野范围，不同外观之 后表达的是不同制造企业工艺能力的比拼如图 2〔a〕所 示驾驶室使用正前侧一片式大曲面圆弧玻璃，能给用户372 0 1 4 ·1 0专题综述Spe cia l Topics弧面单片玻璃配合装配的大弧面钣金件的制造工艺复 杂，所以更多的装载机品牌在设计时选用了多片平板玻 璃对接的方式〔见图 2〔b〕〕这种方式在外观风格上与装 载机前侧工作装置的棱角对应，且工艺上简单了许多，配 件造价也相应降低业内观察发现，但凡能成功采用正前 侧单片式大圆弧玻璃的品牌，都经过了长期的工艺稳定 磨合基于此分析，设计驾驶室前侧玻璃结构时，设计人员一般都会倾向于三片平板玻璃对接的方式关于驾驶室玻璃的安装方式，一直也是装载机设计 人员反复争论的话题一般有两种方式，即：胶条安装式 和玻璃黏接式，两者各有优劣。
〔1〕胶条安装式：业内采用的胶条截面种类很多，这 里仅以某简易型胶条为例，其截面如图 3 所示此类特制 成型的胶条一般具有 3 个 U 形口，1 个口夹住玻璃〔玻璃 卡槽〕，1 个口夹住钣金〔钣金卡槽〕，第 3 个口为调整张 紧口，其间经常用一个胶芯塞入填充，以确保玻璃与钣金均夹紧胶条安装方式的优点：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安装缺点：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，其外观不如黏 接式轮廓平齐图 1 异型钢管代替方管〔a〕采用正前侧单片式大圆弧玻璃的驾驶室图 3 某型号胶条截面〔2〕玻璃黏接式：某机型驾驶室玻璃黏接截面如图 4所示该结构类似汽车玻璃，采用特制的胶水将玻璃黏接 在驾驶室钣金上国内装载机正在越来越多地采用玻璃 黏接技术，重点用于国际出口机型玻璃黏接方式的优 点：根本可以解决胶条固定方式存在的缺点，能够对驾驶 室的美观、隔声、密封、防水及防尘起到重要的促进作用，〔b〕采用正前侧三片平板玻璃对接的驾驶室图 2 驾驶室玻璃的布置设计带来良好的前侧工作视野，但是这片玻璃的造价明显偏高，维修换件本钱高，且制造、装配工艺复杂。
此外，与大382 0 1 4 ·1 0第 45 卷第10 期总第 4 9 2期jack，Sammie，Safework，R amsis 及 Manikin 等依靠模拟人体提供的尺寸参考及相关标准，可以在设计时根本确定 踏板、座椅、操纵杆及仪表台的位置，以满足绝大多数司 机的舒适操纵要求在三维技术已经普及应用的今天，通 常的设计步骤如下：〔1〕首 先 确 定 3 个基准人体尺寸 ： 最小人体尺寸 〔5%〕、中位人体尺寸〔50%〕及最大人体尺寸〔95%〕如前 所述，我国目前采用的 GB 10000—88 标准已经相对落 后，根据一些最新国家统计数据，中国人的平均身高比 30 年前增加了 30 mm所以在实际设计时，除了参考中国成 年男子的身材尺寸最新统计数据外，还应通过三维数据 库调用产品目标市场，如欧美、日韩等地的人体三维模型 尺寸进行比拟，以满足国际市场需求〔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〔座椅标定点〕，该点在设 计时将与模拟人的 SIP 点重合装配，如图 5 所示图 4 某机型驾驶室玻璃黏接截面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，黏接胶水一般为聚氨酯 成分，靠吸收空气中的水分逐渐固化；黏接面清洁度要求 高，工艺复杂，需要上清洁剂、底涂剂；黏接完成后固化时 间长，通常在 10 h 内机械无法进行工作上述工艺过程处 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；玻璃破损件的撤除不易，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根本 无法进行黏接式玻璃的维修总的来说，驾驶室玻璃的两 种安装方式针对不同的客户群体，这两种方案都将在未 来的装载机驾驶室中得以运用1 .4 操纵舒适度显著提升 人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科，用以设计出能够使操作者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 合位置人机系统设计所产生的效益主要表现在：作业效 能改善，培训费用降低，人力资源利用率改善，事故和人 为错误减少，生产效率、用户满意度提高正所谓以人为本，一切人机工程的设计都是从人的尺寸定位开始的。