基于人体工程学的拖拉机座椅安全舒适性的研究

余东

摘 要：拖拉机座椅的活动是依靠固设在座位底座的骨架固定板上成正六边行紧密装配连杆结构，当拖拉机在不平稳的路面上行驶时，产生的震动作用于座椅底座，减震弹簧会将很大一部分作用力减弱，本文基于人体工程学原理对拖拉机座椅在受到路面不平震动时对拖拉机座椅的结构设计、座椅材料选择与座椅振动安全舒适性进行研究。

关键词：座椅;人体工程学;安全舒适

1.前言

座椅设计的良好与否直接影响着驾乘者的健康。长时间坐在拖拉机座椅中，若是脊椎得不到应有的支持，则腰部就会因弓弯而造成椎骨、椎盘、肌腿的负荷，进而导致慢性肌肉疲劳并产生酸痛;再加上长时间维持相同坐姿，还会造成脊椎压力过大而导致椎间盘突出，若是压迫到神经，容易发生麻痹的想象。然而，在驾乘拖拉机的过程中，脊椎不一定保持停滯状态，也会跟着路况的变化而改变，这些情况下，脊椎的变化也就更加复杂，导致坐姿不良的状况，会引起腰酸背疼或慢性的肌肉发炎。由于拖拉机工作环境比较恶劣，对人体健康影响很大。

2.人体工程学在拖拉机座椅中的作用

拖拉机中的座椅是人与车接触的界面，人们驾驶拖拉机的舒适性主要与座椅有关。随着科学技术的发展和生产力的提高，人们对工作、生活、休息质量的要求不断提高，以前的那种从产品到人的产品设计模式已不能满足日益丰富的工业产品的生产以及广大消费者对工业品的期望。这就要求产品设计者在设计产品的时候能充分将人体工程学中关于人的因素、产品使用的环境因素甚至整个社会的文明文化合理地、科学地运用其中。在设计中必须始终将人的因素贯穿在整个设计的得始终。技术的发展要围绕人的需求来展开，产品和环境的设计要更好地适应和满足人类的生理和心理的特点，这已逐渐在产品的设计生产者和消费者中形成共识。现代的工业设计师意识到：产品是否能够被用户接受及被接受的程度不但取决于产品的市场因素如技术特征、价格和服务，而且越来越多地取决于产品的外观造型和人机工程学设计。

3.拖拉机座椅安全舒适性的设计方案

座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角;靠背的高度、宽度和倾角。椅面高度在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷，因此驾驶座椅的椅面高度应低些。但对于拖拉机驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，椅面宽度通常设计应以满足最宽人体需要为准。椅面深度指椅面前缘至靠背前面水平距离，其尺寸应满足：腰部得到靠背的支承，椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。靠背高度靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于拖拉机驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。椅面倾角的设计主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾，此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。

为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明[2]：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支承即就是人体背部和腰部的合理支承。拖拉机座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承部位位于人体上半部到胸椎之间的高度上，作为肩靠;第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠，位于人体脊椎处。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证乘坐姿势下的近似于正常的腰弧曲线。

3.座椅材料选择

座椅材料的选择主要考虑到以下两个方面：振动舒适性以及座椅对人体热环境的主要影响。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。座椅的底座采用45号钢，使其比较较抗冲击，而周围材料采用柔性塑料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的温湿度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。

4.座椅振动安全舒适性

座椅材料是座椅的主要减振元件，那么在座椅振动舒适性设计时，一是要考虑的就是从座椅材料（选择柔性塑料）方面下功夫来保证座椅振动舒适性;二是要考虑由减震弹簧减少对驾驶员的冲击力。

座椅的结构形状也不同程度的影响其振动舒适性。由于椎间盘有较大的压缩潜力和很好的弹性，所以脊柱具有忍受较强的纵向振动的能力。在横向上，脊柱只有前纵韧带分别附在腰间盘的前缘和后缘并起一定的作用。因此，人体脊柱忍受横向力的能力很低。在设计座椅时必须使其具有抵抗横向振动的能力。座椅靠背后倾斜使腰部背部得到依靠，加之靠背衬垫的适度柔软性，致使摩擦力增大，可缓冲横向振动对人体的冲击，同时靠背两侧稍隆起、椅面的形状两边向上隆起，也能减轻人体的横向移动趋势，使人感觉乘坐舒适。

5.结论

拖拉机座椅是驾乘员与驾驶室密不可分的部分，根据人体工程学原理及设计出结构尺寸和选择好相应材料就能决定座椅的安全舒适性能。随着国民对健康安全的重视程度加强，新结构、新工艺、新材料将更多的应用于拖拉机座椅研发制造中，拖拉机的座椅安全舒适性设计将会进一步进行优化升级，进而为驾乘人员提供一个更好的工作与乘坐环境。

参考文献：

[1].于文卫.人体工程学与汽车座椅设计[J].济南：现代制造技术与装备，2014（6）

[2].孙凌玉，陈全世.人机工程学在轿车车身安全性设计中的应用[J].西安：中国公路学报，2001