通勤動車組項目司機臺的設計和分析

呂 晶，覃國良

(南車株洲電力機車有限公司技術中心，湖南株洲412001)

1 概述

通勤動車組項目司機臺的設計基于用戶對司機臺的要求及相關的國際標準展開，并且根據車體頭型及結構的變化加以細化和完善，司機臺上的主要設備集中在司機正前方。

2 結構設計

通勤動車組項目司機臺的結構特點主要是臺面板為雙層機構，前部儀表安裝結構與中心底座采用整體成型，整體座落于臺面板骨架上。上部臺面板為整體結構，采用螺釘連接在臺面板下部左、中、右柜骨架上，而司機控制器和備用制動器直接從上而下安裝在臺面板上，方便各設備的拆裝，保證臺面板夾層內線纜的鋪設和檢查檢修。

在設計過程中，整個司機臺的設備按照功能進行布置，將功能類似的部件布置在同一區域，以方便操作。司機在運行期間需要操縱的設備高度集成在以司機為中心的舒適操縱范圍內。既能保證司機有舒適的工作環境，又能清楚地瞭望信號和觀察儀表，并且能方便操作，不致使司機操作時感到疲勞。司機臺的結構及設備布置情況如圖1 所示。

圖1 司機臺結構和設備布置圖

3 司機座椅位置設計

司機座椅的位置直接影響到司機的便利性和舒適性，座椅的布置必須遵循人機工程學的要求。座椅的位置要考慮座椅垂直方向位置和座椅縱方向位置。

3.1 座椅垂直方向位置

為了使座椅滿足司機身高和操作舒適性，通常選用垂向高度可調節的座椅，因此，需要確定座椅安裝座的尺寸。(圖2)

圖2 座椅高度示意圖

圖中:a—司機操縱臺擱腳板高度;b—司機臺安裝座高度;C—司機座椅安裝座高度;g—司機小腿加足高(坐姿尺寸);H—座椅座墊(參考點SRP)高度。

故:Hmax-Hmin=gmax-gmin

Hmax-Hmin即為司機座椅上下調節最小高度差。因此，司機座椅選型應符合座椅座墊最低高度不大于Hmin，座椅調節最小高度差不小于(Hmax-Hmin)mm。

通過查閱UIC 651 標準可知:gmax=505 mm，gmin=425 mm。算出Hmax-Hmin=80 mm，即司機座椅上下調節最小高度差為80 mm。根據人體尺寸分析并簡單計算，最后選定的座椅參數見表1。

表1 座椅的基本參數

該項目選用的司機座椅垂直高度調節量為80 mm，滿足要求。

同時為了安裝方便，司機臺采用卡式螺母，固定在安裝座上，安裝座焊接在車體上。考慮司機臺安裝座的高度，可以確定司機座椅安裝座的高度:司機臺安裝座高度b =33 mm，司機臺擱腳板高度為 a = 90 mm，司機座椅的最小高度為 H =503 mm，通過公式(1)計算可以確定司機座椅安裝座的高度為:

C=g+a+b-H=420 +90 +33 -503 =40 mm

計算得出司機座椅安裝座高度C =40 mm，即可確定司機座椅垂直方向位置。

3.2 座椅縱向位置

在司機座椅垂向位置確定后，司機座椅縱向位置越靠前，司機視角越大。因此，司機座椅的縱向安裝位置直接影響到司機室視野。通常是先根據司機室大小、后端墻位置和后部電器柜大小，在確保座椅后部所需最小空間的情況下，初步確定司機座椅在縱向的安裝位置，然后根據UIC 651 中司機座椅與司機臺間距要求及人體工程學舒適度計算。

圖3 司機座椅位置圖

結合選定的座椅和司機臺布局進行座椅縱向位置設計。如圖3 所示，座椅的布置以SRP 點到司機臺邊緣距離不小于350 mm 進行設計，考慮到人體體型的因素和司機臺臺面骨架結構的因素，取470 mm。此時座椅SRP 點距離司機臺腳踏邊緣距離為430 mm，座椅中心線距后端墻距離為1 606 mm。此外，該項目所選用的座椅可以進行高度調節、前后調節、左右旋轉調節、體重調節、靠背角度調節，大大增加了座椅的活動范圍，提高了駕駛人員的舒適性。

4 人機工程學分析

司機操縱臺的人機工程學分析主要是指軌道信號的可見性分析和司機對操縱臺上設備的操作舒適性分析。

4.1 視野分析

前窗玻璃大小的計算是司機室視野分析最重要的一個環節。根據司機坐姿操縱最低高度、司機座椅縱向安裝位置及地面信號位置，可以計算出低信號可見時的俯視角。同樣，根據司機站立操縱最高高度、司機座椅縱向安裝位置和地面上方信號位置，可以計算出信號可見時的仰視角。根據司機坐姿(或站立)操縱、司機座椅安裝位置及地面信號位置，可以計算出信號可見時兩側視角［2］。通過上述視角，再根據司機室頭罩模型，運用幾何計算方法，可以算出符合司機視野要求的前窗玻璃大小并確定其具體位置，如圖4。

從圖4 中可以看出，當站立操作滿足高信號縱向可見時，坐姿操作必定滿足要求;當坐姿操作滿足低信號縱向可見時，站立操作必定滿足要求。所以對縱向視野分析，只需考慮司機高人站立操作的情況和司機矮人坐姿操作的情況。根據司機頭罩模型，通過幾何計算可知，前窗玻璃下邊界距離軌道平面最大距離為2 214 mm，前窗玻璃上邊界距離軌道平面最小距離為3 058 mm，此區域為視野要求的最小區域，通過此視野區域的要求可以確定前窗大小和形狀。

圖4 信號可見性分析

4.2 設備操作舒適性分析

司機臺作為駕駛人員的工作臺面，司機長期在司機臺處對列車進行操控，操作舒適度是影響司機操作的重要因素［3］。在UIC 651 標準中對列車司機最適宜的手可接近的半徑圖標進行了規定，通勤動車組項目司機臺的設備操作舒適性是根據這一參圖標準進行設計的，如圖5。

圖5 手最適宜接近半徑圖

5 結語

通勤動車組項目司機操縱臺結構、司機座椅位置、人機工程學都是按照UIC 651 進行設計分析，整體性能好，安全和舒適性高。該設計理念和設計方法可為其他動車組司機臺的設計提供參考。

［1］饒國華.深圳地鐵一號線續建工程車輛司機室視野分析［J］.電力機車與城軌車輛，2010，33(3)31 －33.

［2］陳立勝，嚴允，李曉春.O＇ZBEKISTON 型機車司機操縱臺設計［J］. 電力機車與城軌車輛，2006，29(2)16 －20.