基于人體工程學的拖拉機座椅安全舒適性的研究

余東

摘 要：拖拉機座椅的活動是依靠固設在座位底座的骨架固定板上成正六邊行緊密裝配連桿結構，當拖拉機在不平穩的路面上行駛時，產生的震動作用于座椅底座，減震彈簧會將很大一部分作用力減弱，本文基于人體工程學原理對拖拉機座椅在受到路面不平震動時對拖拉機座椅的結構設計、座椅材料選擇與座椅振動安全舒適性進行研究。

關鍵詞：座椅;人體工程學;安全舒適

1.前言

座椅設計的良好與否直接影響著駕乘者的健康。長時間坐在拖拉機座椅中，若是脊椎得不到應有的支持，則腰部就會因弓彎而造成椎骨、椎盤、肌腿的負荷，進而導致慢性肌肉疲勞并產生酸痛;再加上長時間維持相同坐姿，還會造成脊椎壓力過大而導致椎間盤突出，若是壓迫到神經，容易發生麻痹的想象。然而，在駕乘拖拉機的過程中，脊椎不一定保持停滯狀態，也會跟著路況的變化而改變，這些情況下，脊椎的變化也就更加復雜，導致坐姿不良的狀況，會引起腰酸背疼或慢性的肌肉發炎。由于拖拉機工作環境比較惡劣，對人體健康影響很大。

2.人體工程學在拖拉機座椅中的作用

拖拉機中的座椅是人與車接觸的界面，人們駕駛拖拉機的舒適性主要與座椅有關。隨著科學技術的發展和生產力的提高，人們對工作、生活、休息質量的要求不斷提高，以前的那種從產品到人的產品設計模式已不能滿足日益豐富的工業產品的生產以及廣大消費者對工業品的期望。這就要求產品設計者在設計產品的時候能充分將人體工程學中關于人的因素、產品使用的環境因素甚至整個社會的文明文化合理地、科學地運用其中。在設計中必須始終將人的因素貫穿在整個設計的得始終。技術的發展要圍繞人的需求來展開，產品和環境的設計要更好地適應和滿足人類的生理和心理的特點，這已逐漸在產品的設計生產者和消費者中形成共識。現代的工業設計師意識到：產品是否能夠被用戶接受及被接受的程度不但取決于產品的市場因素如技術特征、價格和服務，而且越來越多地取決于產品的外觀造型和人機工程學設計。

3.拖拉機座椅安全舒適性的設計方案

座椅尺寸設計主要參數包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角;靠背的高度、寬度和傾角。椅面高度在設計時主要考慮到兩點：椅面過高會使大腿肌肉受壓，椅面過低就會增加背部肌肉負荷，因此駕駛座椅的椅面高度應低些。但對于拖拉機駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢，椅面寬度通常設計應以滿足最寬人體需要為準。椅面深度指椅面前緣至靠背前面水平距離，其尺寸應滿足：腰部得到靠背的支承，椅面前緣與小腿之間留有適當距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。靠背高度靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關，對于拖拉機駕駛座椅靠背的高度應采取高靠背，最好加靠枕。椅面傾角的設計主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動而是椅面前緣向后傾，此角不易過大，否則會增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負荷，阻礙血液循環，引起身心疲勞。通過以上座椅尺寸參數的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導致腰酸背痛的現象的產生。研究表明[2]：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩定性，而且不易改變坐姿，容易產生疲勞。依據靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支承即就是人體背部和腰部的合理支承。拖拉機座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支承，第一支承部位位于人體上半部到胸椎之間的高度上，作為肩靠;第二支承設置在腰曲部位，作為腰靠，位于人體脊椎處。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢下的近似于正常的腰弧曲線。

3.座椅材料選擇

座椅材料的選擇主要考慮到以下兩個方面：振動舒適性以及座椅對人體熱環境的主要影響。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。座椅的底座采用45號鋼，使其比較較抗沖擊，而周圍材料采用柔性塑料。根據駕駛室的微氣候環境，調整座椅表面的溫濕度特性，可以適當調節人體代謝，達到減輕疲勞的目的。

4.座椅振動安全舒適性

座椅材料是座椅的主要減振元件，那么在座椅振動舒適性設計時，一是要考慮的就是從座椅材料（選擇柔性塑料）方面下功夫來保證座椅振動舒適性;二是要考慮由減震彈簧減少對駕駛員的沖擊力。

座椅的結構形狀也不同程度的影響其振動舒適性。由于椎間盤有較大的壓縮潛力和很好的彈性，所以脊柱具有忍受較強的縱向振動的能力。在橫向上，脊柱只有前縱韌帶分別附在腰間盤的前緣和后緣并起一定的作用。因此，人體脊柱忍受橫向力的能力很低。在設計座椅時必須使其具有抵抗橫向振動的能力。座椅靠背后傾斜使腰部背部得到依靠，加之靠背襯墊的適度柔軟性，致使摩擦力增大，可緩沖橫向振動對人體的沖擊，同時靠背兩側稍隆起、椅面的形狀兩邊向上隆起，也能減輕人體的橫向移動趨勢，使人感覺乘坐舒適。

5.結論

拖拉機座椅是駕乘員與駕駛室密不可分的部分，根據人體工程學原理及設計出結構尺寸和選擇好相應材料就能決定座椅的安全舒適性能。隨著國民對健康安全的重視程度加強，新結構、新工藝、新材料將更多的應用于拖拉機座椅研發制造中，拖拉機的座椅安全舒適性設計將會進一步進行優化升級，進而為駕乘人員提供一個更好的工作與乘坐環境。

參考文獻：

[1].于文衛.人體工程學與汽車座椅設計[J].濟南：現代制造技術與裝備，2014（6）

[2].孫凌玉，陳全世.人機工程學在轎車車身安全性設計中的應用[J].西安：中國公路學報，2001