煤礦井下坑道鉆機(jī)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用分析

曹靜

【摘 要】煤礦井下坑道鉆機(jī)施工環(huán)境惡劣，將人機(jī)工程學(xué)理論應(yīng)用于坑道鉆機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，有助于提高工作效率，使鉆機(jī)更安全可靠。本文主要分析了坑道鉆機(jī)產(chǎn)品運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的必要性，并從噪聲控制、人體測(cè)量數(shù)據(jù)、維修性設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)四個(gè)方面分析了人機(jī)工程學(xué)在坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，力求設(shè)計(jì)出高效、安全、可靠的坑道鉆機(jī)，更好的為煤礦開采和煤礦安全服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】坑道鉆機(jī)；人機(jī)工程學(xué)；應(yīng)用

0 引言

煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中一直都占有非常大的比重，因此煤礦安全生產(chǎn)問(wèn)題就變得尤為重要。煤礦井下坑道鉆機(jī)作為瓦斯抽采鉆孔施工的重要設(shè)備，在瓦斯抽采、降低瓦斯事故方面起到非常重要的作用。人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，通過(guò)分析人的身體和心理特征，研究人、機(jī)、環(huán)境三者之間的相互作用關(guān)系，使機(jī)械和環(huán)境適應(yīng)于人，使人、機(jī)、環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。目前坑道鉆機(jī)已由20世紀(jì)90年代的分體式鉆機(jī)慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳暗穆膸姐@機(jī)，隨著履帶式鉆機(jī)用量的增多，產(chǎn)品的人性化要求也逐漸提高，使用的便捷性與舒適性日益受到用戶關(guān)注。因此，研究人機(jī)工程學(xué)在煤礦井下坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)使用中的應(yīng)用十分有意義。

1 坑道鉆機(jī)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的必要性

坑道鉆機(jī)產(chǎn)品使用的環(huán)境特殊，主要用于煤礦井下鉆孔施工，工作環(huán)境非常惡劣。坑道鉆機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間在噪音、粉塵、油污、振動(dòng)、腐蝕等不利因素的作用下作業(yè)，操作人員容易產(chǎn)生松懈和疲勞，因此要保證施工的正確性和高效率，并不是一件容易的事情。以往坑道鉆機(jī)在大家印象中一直都是笨、重、臟的形象，還存在著外觀粗糙、操作不夠人性化等問(wèn)題。因此只有通過(guò)加強(qiáng)人機(jī)工程學(xué)在坑道鉆機(jī)產(chǎn)品中的應(yīng)用，盡量解決坑道鉆機(jī)在使用過(guò)程中受到的人和環(huán)境的影響因素，使坑道鉆機(jī)更好的適應(yīng)煤礦井下的作業(yè)環(huán)境，適應(yīng)操作人員的生理和心里特征，為操作人員提供安全、高效、舒適的作業(yè)條件，使人、機(jī)、環(huán)境達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能提高作業(yè)效率，使坑道鉆機(jī)發(fā)揮出更大的性能。

2 人機(jī)工程學(xué)在坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 坑道鉆機(jī)噪聲控制

坑道鉆機(jī)在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生明顯的噪聲，包括電機(jī)、泵、馬達(dá)、齒輪等運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生噪聲。噪聲會(huì)導(dǎo)致人的注意力下降，容易使人產(chǎn)生煩躁的情緒，并且會(huì)影響人的正常交談，這些都會(huì)影響工作效率，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)因?yàn)楣ぷ魇д`導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。鉆機(jī)發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的不正常聲響也可能因?yàn)楸辉肼曆谏w而不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。長(zhǎng)時(shí)間在高噪聲的環(huán)境中工作，可能會(huì)造成聽力受損，甚至損壞人的身體健康。因此在坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到噪聲控制問(wèn)題。

坑道鉆機(jī)的噪聲可以從噪聲源和噪聲的傳播兩方面進(jìn)行控制。噪聲源方面，泵、馬達(dá)、電機(jī)可以通過(guò)合適的選型以及減振處理減少噪聲。齒輪可以從設(shè)計(jì)、加工等方面進(jìn)行噪聲控制，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及技術(shù)要求保證齒輪參數(shù)的正確；加工時(shí)保證尺寸公差、表面粗糙度等滿足設(shè)計(jì)要求。噪聲的轉(zhuǎn)播方面，可以選用吸音材料設(shè)計(jì)專用的隔音罩，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b消聲器，減少噪聲向外傳播。

2.2 人體測(cè)量數(shù)據(jù)在坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸的測(cè)量數(shù)據(jù)[2]。坑道鉆機(jī)在設(shè)計(jì)初期時(shí)就應(yīng)參考人的構(gòu)造尺寸和功能尺寸，保證操作者在使用鉆機(jī)時(shí)具備舒適性和安全性。

（1）操作臺(tái)及座椅的位置和高度設(shè)計(jì)

坑道鉆機(jī)的操作者基本上都是男性，所以應(yīng)收集男性的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)參考。操作裝置的位置應(yīng)在人的雙臂可及的范圍之內(nèi)，且應(yīng)滿足人在操作時(shí)的視線能觀察到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。由于鉆孔施工過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生瓦斯、煤粉或水的涌出，因此操作臺(tái)位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離鉆孔的位置，保證作業(yè)的安全。操作臺(tái)操作部件的高度應(yīng)盡量與人的雙臂舒適操作的高度相符合，使人減少疲勞感，提高工作效率。在滿足條件的情況下，應(yīng)盡量為操作人員設(shè)計(jì)座椅，座椅的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)人體下肢、背部的尺寸相符，使人在坐下后產(chǎn)生舒適感。

（2）各操作手柄設(shè)計(jì)

操作手柄的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)符合執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向，比如手柄前推時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)也應(yīng)向前運(yùn)動(dòng)；操作手柄的推拉力應(yīng)設(shè)計(jì)在合適的范圍內(nèi)，避免增加操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；操作手柄的大小應(yīng)適應(yīng)人手尺寸，使操作人員在操作時(shí)獲得舒適的握持感受。

2.3 坑道鉆機(jī)中維修性人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

維修性設(shè)計(jì)的目的是設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修人員可以快速的發(fā)現(xiàn)故障原因，并安全、經(jīng)濟(jì)、高效的將設(shè)備修理好[3]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累，目前坑道鉆機(jī)主要維修方面包括結(jié)構(gòu)件和密封件兩大部分，結(jié)構(gòu)件上，主要有箱體軸承、平移導(dǎo)軌及襯板、銷軸等；密封件上，主要有膠管、接頭、骨架油封、油缸密封等。對(duì)上述兩方面的維修性人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在：

（1）方便維修人員維修

首先，坑道鉆機(jī)的設(shè)計(jì)需要具備可達(dá)性。可達(dá)性是指產(chǎn)品發(fā)生故障后，維修人員可以方便的觀察并接近到故障位置，且維修時(shí)具有足夠的操作空間。比如在鉆機(jī)適當(dāng)?shù)牟课话惭b觀察窗、預(yù)留裝配維修空間是實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)產(chǎn)品可達(dá)性的重要途徑。其次，應(yīng)保證零部件拆裝方便。比如在滿足性能的要求下盡量選擇易拆裝定位的連接形式，易損件采用快速拆裝結(jié)構(gòu)，需拆卸部件盡量設(shè)計(jì)成可使用通用工具拆卸等。

（2）維修的安全性

維修的安全性是指在維修人員維修時(shí)不會(huì)受到機(jī)械損傷、電擊或其他傷害。坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，維修人員維修過(guò)程中身體容易接觸的部件應(yīng)消除棱角和銳邊，避免受傷。

2.4 坑道鉆機(jī)外觀設(shè)計(jì)

研究表明來(lái)自外界的信息有80～90%是通過(guò)人的眼睛獲得的。為了使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能更好的吸引人，外觀設(shè)計(jì)在滿足性能要求的同時(shí)，還要考慮美觀性。煤礦井下是黑色的，長(zhǎng)時(shí)間呆在井下工作會(huì)讓人產(chǎn)生壓抑感，影響操作者的工作效率和操作安全。好的產(chǎn)品外觀可以使人心情愉悅，有利于提高工作效率，減少安全事故的發(fā)生，因此坑道鉆機(jī)產(chǎn)品外觀的美觀性非常重要。坑道鉆機(jī)的美觀性設(shè)計(jì)可以從外形結(jié)構(gòu)和顏色兩方面入手。外形結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)將液壓膠管整理分類，使用護(hù)罩保護(hù)部分部件，應(yīng)盡量采用圓角和曲面的設(shè)計(jì)，增加視覺(jué)的美觀感和作業(yè)的安全性。顏色方面，由于煤礦井下比較昏暗，因此應(yīng)當(dāng)盡量選用紅、白、黃等鮮艷、明亮的顏色，使操作者容易分辨，有利于緩解操作者的視覺(jué)疲勞。

3 結(jié)語(yǔ)

人機(jī)工程學(xué)理論目前已廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，煤礦井下坑道鉆機(jī)產(chǎn)品對(duì)人性化設(shè)計(jì)的需求越來(lái)越多，將人機(jī)工程學(xué)理論更多的應(yīng)用于坑道鉆機(jī)產(chǎn)品中，設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)單、高效率、高性能、舒適、安全、可靠的坑道鉆機(jī)對(duì)煤礦開采技術(shù)進(jìn)步、減少煤礦安全生產(chǎn)事故具有重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李建中，任衛(wèi)紅，何定東.人機(jī)工程學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[2]李洪剛.人機(jī)工程學(xué)在煤礦機(jī)械產(chǎn)品中的應(yīng)用研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013，26（4）：60-61，69.

[3]張旭晨，高世杰，李敏.機(jī)械的維修性人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2007（24）：21.