Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Часть 1

июля 12, 2018

УДК 331.101.1:629.113/.115(075.8) ББК 30.17:30.18:39.33:39.34я73 0-753
Авторы:
И. С. Степанов, А. Н. Евграфов, А. Л. Карунин, В. В. Ломакин, В. М. Шарапов
Рецензенты:
профессор кафедры «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э.Баумана д-р техн. наук Г. И. Гладов; зав. кафедрой «Тягачи и амфибийные машины» МАДИ (ГТУ) профессор В. В. Кувшинов
Основы эргономики и дизайна автомобилей и тракто-0-753 рои: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / И. С. Степанов, А. Н. Евграфов, A.J1. Карунин и др.; Под общ. ред. В. М. Шарипова. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 256 с.
ISBN 5-7695-1896-0
Рассмотрены принципы антропометрии, основы компоновки рабочего места водителя и посадочных мест пассажиров. Изложены принципы построения рабочей среды водителя и внутреннего объема кузова или кабины с учетом требований активной и пассивной безопасности, приведены сведения об аэродинамике машин и основных закономерностях дизайнерских решений при разработке экстерьера и интерьера объектов проектирования.
Для студентов высших учебных заведений. Может быть полезен специалистам, занимающимся разработкой новых и модернизацией существующих моделей автомобилей и тракторов.
УДК 331.101.1:629.113/.115(075.8) ББК 30.17:30.18:39.33:39.34я73
Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя эат
ПЯТИГОРСКИЙ Г ОС УДА РОЛ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ISBN 5-7695-1896-0,
и ) А.Л.,
ПРЕДИСЛОВИЕ
Опыт подготовки специалистов в области автомобиле- и тракторостроения показал, что инженеры, успешно окончившие вуз по этой специальности, имеют достаточные знания, позволяющие им квалифицированно создавать агрегаты машин и разрабатывать общую компоновку их механической части (шасси). Однако эти специалисты испытывают определенные затруднения, когда приходится создавать машину в целом. Для этого им не хватает общего технического кругозора. Ранее в вузах преподавалась дисциплина «Основы художественного конструирования», которая не давала достаточных сведений для создания машины в целом. Ощущалась необходимость в создании учебной дисциплины, которая позволила бы научить будущего специалиста смотреть на разрабатываемый объект с точки зрения главного конструктора, отвечающего за общую компоновку машины, за удобство и безопасность работы людей с этой машиной. Так в новом Государственном образовательном стандарте для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» направления подготовки дипломированных специалистов «Транспортные машины и транспортно-технологиче-ские комплексы», появилась разработанная проф. И. С. Степановым дисциплина «Основы эргономики и дизайна автомобилей и тракторов», в которой автомобиль или трактор рассматриваются как часть человекомашинной системы. Дисциплина доказала свою полезность, накоплен определенный опыт в ее преподавании. Назрела необходимость создания единого учебника по данной дисциплине.
Настоящий учебник посвящен основам эргономики и дизайна автомобиля и трактора. Каждое из этих двух неразрывно связанных между собой направлений деятельности создателей техники, конечно, требует глубокого изучения. В книге рассмотрена общая идеология компоновки внутреннего пространства кузова и кабины с учетом антропометрических характеристик, удобного и безопасного взаимодействия человека и машины, минимизации воздействия отрицательных факторов, изложены основы аэродинамики автомобиля и трактора, общие принципы обеспечения конструктивной безопасности, методы разработки внешних форм кузовов и кабин и их интерьера, дано представление о системе «водитель—автомобиль—дорога—среда». Материал учебника изложен последовательно, с учетом содержания дисциплины, но любой раздел, в случае интереса к определенной теме, можно изучать независимо от других, заглядывая в другие разделы лишь в тех случаях, когда это вызвано необходимостью.
Учебник должен внести в преподавание дисциплины общее организующее, стандартизирующее начало, предоставить студентам необходимую информацию по каждому из разделов учебной программы и, что особенно важно, научить их системному подходу к созданию любых машин, механизмов, инструментов и иных объектов, с которыми человек соприкасается на производстве и в быту. Последнее представляется особенно значимым, потому что в современных условиях специалист должен быть готов к работе в любой области, которая, возможно, и не определяется специальностью, обозначенной в его дипломе о высшем техническом образовании. Таким образом, при написании учебника решалась более широкая задача — дать студенту кроме конкретных сведений, касающихся автомобилей и тракторов, более общую информацию по эргономике и дизайну, которую он сможет использовать в тех областях деятельности, в которых ему придется работать после окончания вуза.
Предисловие учебника написано В. М. Шариповым, введение, гл. 1, 2, 3, 6 и подразд. 4.2 — И. С. Степановым, гл. 5 и подразд. 4.1 —
A.    И. Евграфовым, гл. 7 — И. С. Степановым и А.Л.Каруниным, гл. 8 и подразд. 9.1, 9.2 и 9.4 — В. В.Ломакиным, подразд. 9.3 —
B.    В. Ломакиным и В. М. Шариповым.
Авторы с благодарностью примут все критические замечания и пожелания читателей.
ВВЕДЕНИЕ
Автомобили и тракторы создаются для людей. Эта простая фраза по существу определяет задачи эргономики и дизайна применительно к этим машинам.
Эргономика (от греч. ergon — работа, nomos — закон) — наука о приспособлении орудий и условий труда к человеку. Она изучает особенности человека и его функциональные возможности в процессе труда с целью создания оптимальных условий для высокой производительности и надежности.
Continue reading »

Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Часть 2

июля 12, 2018

Двумя руками
Пр имечания: 1. При перемещении рычага чаще двух раз в минуту прикладываемое к рукоятке усилие не должно преЕ1Ышать 50 % от указанного в таблице.
2. В скобках указано значение усилия при движении вправо-влево и вверх-вниз.
В стандартах, определяющих требования к органам управления конкретных видов машин и механизмов, в частности автомобилей и тракторов, приводятся иные данные, обоснованные именно для этих объектов. На них и следует ориентироваться при реальном конструировании. Эти данные изучаются в дисциплинах «Конструирование и расчет автомобиля» и «Конструирование и расчет трактора».
1.2. Посадочные манекены
Сидящий на сиденье человек-оператор может принимать различные позы. Возникает проблема выбора условной точки начала координат, относительно которой можно было бы определять размеры, характеризующие положение человека на сиденье. Надо, чтобы эта точка незначительно изменяла свое положение при изменениях рабочей позы оператора, связанных с управлением автомобилем или трактором, и была достаточно характерной для тела человека. Относительно такой точки можно было бы определять и положение сидящих пассажиров.
В некоторых случаях за начало координат на виде сбоку принимается точка пересечения габаритных очертаний подушки сиденья и спинки, обращенных к телу сидящего человека. Это может быть справедливым, если сиденье жесткое. При мягких сиденье и спинке эта точка существенно смещается, что затрудняет проведение измерений и снижает их достоверность.
Действующими стандартами установлено, что за исходную точку, относительно которой производятся измерения, определяющие положение тела человека на сиденье и в кабине, принимается точка пересечения геометрической оси, соединяющей центры правого и левого тазобедренных суставов, с продольной вертикальной плоскостью симметрии тела. Она обозначается латинской буквой Н (при проектных работах эта точка обозначается латинской буквой R).
Установлено, что положение точки Я мало изменяется не только при обычных рабочих движениях оператора, но и в тех случаях, когда на сиденье оказываются люди разного роста и комплекции, хотя размеры их тела существенно различаются.
Несложно найти человека, рост которого точно отвечает, например, 95-му перцентилю, но размеры отдельных частей его тела, т. е. остальные антропометрические характеристики, скорее всего будут отличаться от размеров при этом перцентиле.
Разработаны и стандартизованы манекены (ГОСТ 20304—90), антропометрические характеристики которых соответствуют определенным перцентилям. Эти манекены получили название посадочных, потому что с их помощью определяются рабочие позы и другие параметры, характеризующие положение человека-опе-ратора на сиденье. Существуют трехмерные и двухмерные посадочные манекены.
Трехмерный посадочный манекен применяется для определения параметров, обусловливающих положение человека в реальном автомобиле или тракторе. С его помощью определяется также фактическое положение точки Я посадочного места. Трехмерный Посадочный манекен представляет собой довольно сложное устройство, выполненное с высокой точностью (рис. 1.13).
Манекен помещается на сиденье пластмассовой седалищной Панелью, а спинная панель — также пластмассовая — опирается о спинку сиденья. Форма этих панелей оговорена стандартом. Ос-
I
Рис. 1.13. Конструктивная схема трехмерного посадочного манекена:
1 — голеностопный шарнир; 2 — кронштейн голенного груза; 3 — коленный Шарнир; 4 — бедренный груз; 5 — тазобедренный груз; 6 — сектор; 7 — кронштейн продольного уровня; 8 — регулировочный винт; 9 — спинной груз; 10 — поворотный шток; 11 — наконечник поворотного штока; 12 — кронштейн спинной панели; 13 — остов торса; 14 — кронштейн спинных грузов; 15 — спинная Панель; 16 — седалищная панель; 17 — съемная пробка; 18 — ось тазобедренного шарнира; 19 — кронштейн коленных шарниров; 20 — остов тазобедренной части; 21 — продольный уровень; 22 — поперечный уровень; 23 — голень; 24 — голенный груз; 25 — стопа; А, В, D, Е, F, К, М — линейные и угловые шкалы
тальные детали манекена выполнены из стали. Спинная панель может поворачиваться относительно седалищной вокруг оси тазобедренного шарнира.
От оси тазобедренного шарнира вперед направлен остов тазобедренной части, который выполнен телескопическим. При этом можно изменять его длину при настройке размеров манекена на определенный уровень репрезентативности. На переднем конце остова тазобедренной части размещена поперечная ось, имитирующая коленный сустав, на нее справа и слева установлены элементы, имитирующие голень. Эти части манекена также выполнены телескопическими. На частях манекена размещаются грузы, позволяющие довести массу этих частей до значений, соответствующих массам частей тела человека. Общая масса манекена составляет 75,6 кг.
Вверх от оси тазобедренного шарнира направлен поворотный шток с наконечником. Относительно этого штока, когда он установлен строго вертикально, измеряется угол наклона спинки сиденья.
Для измерения угла наклона седалищной панели относительно горизонтали на этой панели установлены уровни. Элементы посадочного манекена снабжены линейными и угловыми шкалами (А, В, D, Е, F, К, М), с помощью которых устанавливаются их размеры и относительное расположение.
Трехмерный посадочный манекен в собранном виде показан на рис. 1.14. После размещения манекена на сиденье в первую оче
редь производится проверка совпадения координат точки Н с координатами точки R, которые отражены в конструкторской документации. Затем по угловой шкале поворотного штока, который устанавливается вертикально, определяется фактический угол наклона спинки сиденья.

Угловые шкалы, имеющиеся в «суставах» манекена, позволяют определить углы между этими элементами.
Рис. 1.14. Трехмерный посадочный манекен:
А — голень; В — бедро (численные значения см. в табл. 1.8)
Таблица 1.8
Continue reading »

Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Часть 3

июля 12, 2018

У/Л^///.


СТ

v/Л.у//,
365 min

Рис. 2.19. Внутренние размеры одноместной кабины сельскохозяйственного и лесохозяйственного трактора

но быть не менее 365 мм. На рис. 2.19 показано также минимальное расстояние от рулевого колеса до любых конструктивных элементов кабины.
Минимальные размеры одноместной кабины и кабины с дополнительным сиденьем, рассчитанные на работу сидя, для промышленных тракторов регламентируются ГОСТ 12.2.121 — 88 (рис. 2.20).
К конструктивным элементам, обеспечивающим безопасный вход и выход из кабины трактора, относятся следующие: дверной проем и двери кабины, ступеньки, поручни, аварийный люк. Полностью удовлетворяет требованиям безопасности по входу и выходу кабина со следующими параметрами:
высота пола кабины от опорной поверхности 1008 мм; высота дверного проема 1600 мм; ширина дверного проема 400 мм;
ширина, глубина и высота ступеньки над уровнем опорной поверхности соответственно 300, 100 и 520 мм;
расстояние между поверхностью пола и уровнем последней ступеньки 316 мм;
угол выноса ступеньки наружу 55 …65°.
В соответствии с требованиями международных (ИСО) и отечественных стандартов тракторы должны быть оборудованы подножками и (или) лестницами при обязательном наличии поручней и (или) перил. Расположение, размеры, требования к материалам этих элементов оговорены в стандарте. В качестве промежуточных подножек могут быть использованы конструктивные элементы иного назначения.
‘/////////////,
^ t<=> i i ^
Рис. 2.21. Минимальные значения параметров доступа к рабочему месту тракториста
Рис. 2.22. Размеры дверного проема

На рис. 2.21 указаны значения параметров, регламентирующих требования доступа водителя к рабочему месту. Расстояние между кромкой проема двери и подушкой сиденья должно быть не менее 300 мм при среднем по регулировкам положении сиденья.
Размеры дверного проема при максимально возможном открытии двери установлены ГОСТ 12.2.120—88 (рис. 2.22). Если оператор работает сидя, то высота дверного проема должна быть не менее 1300 мм, а если в положении стоя — 1800 мм. Заштрихованная зона на рис. 2.22 относится к кабине, где оператор работает сидя. Если двери открываются менее чем на 90°, размеры дверного проема должны быть увеличены настолько, чтобы размер в свету соответствовал указанным на рис. 2.22.
Кабина трактора должна иметь не менее трех аварийных выходов, которыми могут быть двери, окна, люки, причем каждый выход следует размещать на противоположных сторонах (на стенках, в крыше) кабины. Это требование важно соблюдать для повышения безопасности при опрокидывании трактора и заклинивании дверей. Размеры аварийных выходов должны соответствовать размерам дверного проема или быть следующими: для квадратного сечения не менее 600×600 мм; для прямоугольного — 470 х 650 мм; для круглого — 700 мм в диаметре; для овального — главные оси эллипса не менее 640 и 440 мм. Аварийные выходы должны открываться без применения инструмента. Окна кабины, если они предназначены для аварийного выхода, должны быть оснащены средствами для разбивания или оперативного демонтажа стекол.
На рис. 2.19 и 2.20 отсутствуют данные о продольных размерах кабины на уровне пола. Это объясняется следующими обстоятель-
Рис. 2.23. Расположение основных органов управления трактором:
1 — педаль подачи топлива; 2 — педали тормозов; 3 — рулевое колесо; 4 —
педаль сцепления
ствами. Во-первых, при различной высоте сиденья для удобной рабочей позы оператора требуется разное расстояние до педалей: при низком сиденье оно увеличивается, при высоком — уменьшается. Во-вторых, операторы имеют разные антропометрические характеристики, и для удобства их работы сиденье должно регулироваться в продольном направлении на ±75 мм, по вертикали на ±40 мм относительно среднего положения, что также не позволяет жестко задать продольные размеры.
Continue reading »

Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Часть 4

июля 12, 2018

ЗИЛ-4331 (тентовый)
«УРАЛ-375» (бортовой)
КамАЭ-5320 (бортовой)
КамАЭ-5320 (с прицепом)
КамАЭ-5320 (тентовый)
МАЗ-500 (бортовой)
МАЗ-500А (тентовый)
МАЗ-516 (тентовый)
MA3-5336 (тентовый)
Магистральные автопоезда
ЗИЛ-4331+8328
КамАЭ-5320+8350
МАЗ-504В+5205
MA3-5432+9397
MA3-6422+9398
МАЗ-544020+9758
MA3-5336+8887
Для обеспечения минимального значения сопротивления трения необходимо, чтобы касательные напряжения были малы, тогда пограничный слой сохранит свою ламинарность. В противном случае — при больших касательных напряжениях — он переходит в турбулентное состояние, что сопровождается отрывом потока и возникновением вихрей.
Сопротивление внутренних потоков Ркв возникает из-за торможения и потери энергии встречного воздуха, забираемого в системы охлаждения двигателя и вентиляции кабины и кузова, и зависит от их конструктивного исполнения и расхода воздуха.
Индуктивное сопротивление Р„к обусловлено возникновением действующей на машину подъемной силы и перетеканием с вих-реобразованиями воздушных потоков из подднищевой зоны вверх по боковым-стенкам кабины и кузова (ввиду разности давлений на днище машины и ее крыше) и зависит от ее конструктивного исполнения, структуры и объема перемещающегося под ней воздушного потока.
Дополнительное сопротивление PWD связано с наличием на поверхностях кабины и кузова мелких, выступающих за их габариты, конструктивных элементов (дверных ручек, наружных зеркал, антенн, габаритных фонарей и т.д.). Оно определяется как числом этих элементов, так и уровнем их обтекаемости.
Удельный вес составляющих аэродинамического сопротивления зависит от типа машины.
В среднем принято:
для пассажирских автомобилей: сопротивление формы Ркф — 65 %, сопротивление трения Рт — 5 96, сопротивление внутренних потоков PWB — 7 %, индуктивное сопротивление PWH — 12 %, дополнительное сопротивление Р„д —11%;
для грузовиков и магистральных автопоездов: сопротивление формы Ркф — 70 %, сопротивление трения Рт — 7 %, сопротивление внутренних потоков PWB — 8%, индуктивное сопротивление Рки — 7 %, дополнительное сопротивление РКД — 8 96.
В табл. 5.1 приведены значения коэффициента аэродинамического сопротивления С„ площади миделевого сечения Fa фактора обтекаемости KFдля ряда легковых и грузовых автомобилей, автобусов и магистральных автопоездов.
Continue reading »

Основы экономики и дизайна автомобилей и тракторов. Часть 5

июля 13, 2018

Таблица 7.4
Основные параметры сиденья оператора трактора
Параметры (обозначения см. на рис. 7.10)
Значения
Ширина подушки сиденья В, не менее, мм
Глубина сиденья А, мм
Высота опорной поверхности спинки Н, мм
Высота установки подлокотника относительно
подушки сиденья Я,, мм
Ширина спинки Bv мм
Длина подлокотника В2, не менее, мм
Расстояние между подлокотниками Въ, не менее, мм
Ширина подлокотника В4, мм
Угол наклона подушки сиденья а, °
Угол между подушками сиденья и спинки р, °
350…400 200
350…    400 200 500
50…    100 5
95…    100
рук необходима иная опора. Поэтому тракторные сиденья снабжаются подлокотниками.
Основные параметры сиденья оператора трактора приведены на рис. 7.11 ив табл. 7.4.
Для обивки тракторных сидений обычно применяются синтетические материалы, чаще всего темных цветов.
7.3. Отделка интерьера
Хорошая отделка интерьера транспортной машины вызывает у водителя и пассажиров чувство защищенности, комфорта и уюта, что способствует повышению активной безопасности. С точки зрения пассивной безопасности, к деталям интерьера предъявляются определенные требования, направленные на уменьшение травматизма при дорожно-транспортных происшествиях, эти требования оговорены ГОСТ Р 41.21 — 99 (Правило ЕЭК ООН № 21). В нормативах указываются зоны возможного удара и требования к этим зонам по рассеиванию энергии удара. Для выступающих деталей интерьера оговариваются минимальные габаритные размеры и радиусы закругления кромок.
В этом подразделе мы не будем рассматривать конструктивное исполнение отдельных частей интерьера, остановимся лишь на некоторых общих моментах.
Для отделки интерьера чаще всего применяются синтетические материалы, прежде всего различные мягкие и жесткие пленки. В дорогих автомобилях используется натуральная кожа, ценные породы дерева, ткани из натуральных или комбинированных волокон.
Continue reading »

Хостинг

VPS - Хостинг

аренда сервера

Dedicated server

Регистрация доменов

Русские темы для WordPress. Бесплатные шаблоны для блогов WordPress на любой вкус

Сентябрь 2019
M T W T F S S
« Aug    
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30