机场消防车驾驶室移动式操纵装置及踏板的设计

葛智聪

摘 要：消防车驾驶室在作业和行驶过程中占有重要的地位。如果驾驶室设计不合理，驾驶员在驾驶车辆的过程当中容易产生疲劳，交通事故发生的频率也就随之增多。消防车驾驶室的布置主要是对方向盘、驾驶员座椅、踏板、变速杆等部件进行人性化布置，使驾驶员能够简单、方便、舒适、安全地操作。本文主要对移动式操纵杆及脚踏进行设计分析。

关键词：机场消防车；驾驶室；操纵杆；脚踏

中图分类号： U46 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-196-2

1 移动式操纵装置设计

操纵杆是消防车上经常使用的移动式操纵装置，手柄或者是把手通常布置在杆的自由端，机器的受控部件则与杆的另一端连接。具有较大的杠杆比是操纵杆的主要特征，因为它常常用在阻力比较大的操纵上。在一个或者是几个平面内运动是操纵杆的主要工作模式。由于受行程和扳动角度的限制，操纵杆不适宜作大幅度的连续控制，也不适宜作精细调节。

1.1 操纵杆的设计

①操纵杆的尺寸。操作频率是影响操纵杆选择的主要因素，研究发现当操纵频率较低时，应选择长度较大的操纵杆。当操纵杆的长度为35、45、65、100、130、230和580mm时，相对应的最高操纵频率一般为25、26、26.5、24.5、22.5、17.5和15次/min。②操纵杆的操纵力。对于车辆来说，30N一般是最小的操纵力，大约130N是最大的操纵力，对于那些经常使用的操纵杆，60N是允许操纵力的极限值。通常情况下，30～50N是常用的变速杆操纵力大小。

1.2 移动式操纵装置的工作行程和操纵力

操纵手柄离地面的高度、操作时使用左手还是右手和操纵方向等这些因素与手柄的适宜用力有很大的关系，见表1。

1.3 手柄的形状和尺寸设计

操作手柄时要保证驾驶员施力方便，手握舒适，动作可控制，不打滑等性能要求。所以说要研究手的生理特征和结构特点，据此来设计手柄的形状和尺寸。手部肌肉结构如图1所示。

通过对手的研究发现，手掌心的肌肉比较少，肌肉丰厚的地方分布在大、小鱼际肌处，神经末梢则布置在手指和指骨间肌处。因此，在设计手柄时，为了减轻指骨间肌和掌心的受力，必须考虑在手柄被握住的地方与指骨间肌和掌心之间留适当的距离，这样能确保手掌的血液循环良好，不至于使神经受到大的压迫。若在驾驶过程当中，掌心经常被迫受压和受振，会使手痉挛，轻的话会导致在操作时定位不准确。常用的手柄形式如图2。

图2中，I、II、III三种形式的手柄符合上述要求，操纵效果较好；IV、V、VI三种形式的手柄，执握时掌心与手柄贴合面太大，操纵效果不是太好，适合作为瞬间和受力不大的操纵手柄。

2 踏板模型的建立

2.1 脚控操纵装置的型式和操纵特点

脚控操纵装置有两种不同的类型，其一为脚踏板，其二为脚踏钮。回转式、摆动式和直动式是脚踏板的主要模式。直动式模型中，车辆的加速踏板是以脚跟为支点，但车辆的离合器和制动器踏板是脚悬空的脚踏板。

坐姿操作是脚控操纵装置常采用的操作方式，只有在特殊情况下才会选用立姿操作，比如操纵力小于50N时，立姿操作过程中体重压于一侧的下肢，很容易导致疲劳，因此这时一般不用脚控类元件。如果非得用立姿脚控操纵时，15mm以内是脚踏板离地的适宜距离。右脚一般操作准确性高、操纵力大和速度快的动作；两腿交替进行操作一般是一些容易导致疲劳，不是很重要的操作。

2.2 踏板的蹬力分析

驾驶员在驾驶车辆时要容易发力，尽量减少脚部和腿部的疲劳是消防车辆踏板位置布置时考虑的主要因素。在正常的坐姿状态下，脚的蹬力规律如图3所示，其中各个方向的蹬力由外围曲线表示，经分析可知，大约70度时蹬力比较合适，所需要的蹬力是踏板位置布置时应考虑的关键因素。当需要很大蹬力时，踏板在人体的中心线左右两侧各15度范围内变化。通常右脚的蹬力一般比左脚大，研究发现坐姿时右脚蹬力可以达到2500N，左脚则是2300N。

2.3 脚控操纵装置的适宜用力

当腿的屈折角大约为107度时，此时脚蹬力要小于227N才能使腿感到舒适；当腿的屈折角为130度时，脚蹬力应大于227N才能够得到比较满意的结果。60N是用脚的前端操纵时，脚踏板所承受的极限力；当用腿和脚联合进行作业时，此时脚踏板上的力可以达到1200N；但是当作用于脚踏板上的力减少到20N左右时，这时应采取快速的操纵动作。

在消防车驾驶员操纵车辆的过程中，驾驶员往往会把脚放在脚踏板之上，设计者为了防止脚踏板被无意碰触而发生不当的操作，脚踏板应有一定的起始阻力，且该起始阻力至少应该超过当脚歇息时脚踏板的承受力。

2.4 脚踏板的操纵方式及设计

脚踏板的操纵方式的选择要遵循操纵力、可控性的一般规律。踏板的形式按操纵方式分为全脚踏板、脚掌踏板和脚跟踏板等三种形式。当采取整个脚踏板时，操纵力一般大于50N，操作效率低，较适用于紧急制动器的脚踏板；当采用脚掌踏时，操纵力一般在50N左右，操作效率较高，适用于启动、机床制动的脚踏板；当采用脚掌或脚跟踏的形式时，此时的操纵力一般小于50N，操作迅速，课连续操纵，适用于动作频繁的脚踏板。

设计脚控操纵装置时，通常应以脚的使用部位、使用条件和用力大小为依据，踏板的大小参考人体脚尺寸设计，尺寸大小如表2。

在设计脚控操纵装置时，它的空间位置会直接影响脚的施力和操纵的效率。对于那些蹬力要求较大的脚控操纵装置，它的前后位置应当设计在脚所能及的距离范围之内，且左右位置的设计应当在人体中线两侧各10°～50°范围内，这时候的脚和腿在操作时能行成一个施力单元。因此，大、小腿间的夹角一般选在105°～135°的范围内，其中以120°为最优。在这种姿势下，驾驶员进行操作时，脚的蹬力可以达到2250N。对于一些蹬力要求不是太大的脚控操纵装置，为了能使在坐姿操纵时脚的施力更为方便，此时的大、小腿的夹角一般选105°～110°。脚控操作装置的空间布置如图4所示。

综合以上分析，设计出的脚踏板的模型如图5所示。