农机装备舒适性评价与工效学设计方法

本书为2014年国家自然科学基金项目《农机装备人-机-路面耦合系统动力学模型与舒适性多维评价机制的研究》（项目编号：51405178）的结项书稿，该项目历时3年研究，目前已结题。 本书不仅对舒适性的概念与分类进行了补充完善与重新界定，而且对农机装备舒适性的评价指标与影响因素进行了全面梳理与深入剖析，构建了农机装备舒适性多维评价指标体系与定量综合评价模型，提出一种基于舒适性评价的农机装备驾驶室工效学动态设计方法与流程，这是农机装备舒适性评价方法研究的重要突破，也是农机装备人机工效学设计理论与方法的补充与完善。

徐红梅，女，副教授，硕导，工学博士，华中农业大学副教授，材料科学与工程学科博士后，美国辛辛那提大学访问学者；国家自然科学基金通讯评审专家，荆门市科技副总，湖北省主要农作物机械化生产专家组成员。主要研究方向为农机装备舒适性设计与工效学设计，近年来主要以轮式拖拉机与谷物联合收获机两种重要农机装备为研究对象，综合运用机械振动理论、多体系统动力学理论、动作元分析法、虚拟样机动态仿真以及生物力学建模技术，对农机装备的振动与操纵舒适性问题、作业人员手臂振动传递问题、驾驶员生物力学负载等关键科学问题进行了深入研究，并在农机装备人-机-环境系统高效建模及农机装备操纵舒适性定量分析与综合评价方面取得重要进展。近年来，申请获批国家自然科学基金面上项目3项，教育部高等学校博士学科点专项科研基金1项，以第一作者或通讯作者发表高水平学术论文30余篇，申请获批国家发明专利2项，实用新型专利8项，软件著作权3项，参与起草行业标准1项。

第1章 绪论
1.1 研究背景及意义1
1.2 国内外研究现状及发展动态分析2
一、农机装备舒适性分析与评价2
二、农机装备驾驶室工效学设计4
1.3 研究目标及主要研究内容6
一、研究目标6
二、主要研究内容6
1.4 研究思路与研究方法7
一、研究思路7
二、研究方法8

第2章 农机装备振动舒适性评价与关键部件优化14
2.1 引言14
2.2 稻麦油联合收获机结构特点及振动激励分析15
一、联合收获机结构分析及其工作原理15
二、收获机振动激励分析15
2.3 稻麦油联合收获机刚柔耦合虚拟样机模型的创建17
一、收获机刚体模型的创建18
二、收获机刚柔耦合虚拟样机模型的创建22
2.4 人-机-路面耦合多体动力学模型的创建及试验验证28
一、随机路面激励模型的创建28
二、人体三维几何模型的创建31
三、人-机-路面耦合多体动力学模型的创建34
四、收获机虚拟样机的试验验证34
2.5 收获机振动舒适性仿真分析与试验研究40
一、稻麦油联合收获机振动舒适性的评价方法40
二、稻麦油联合收获机振动舒适性仿真分析43
三、仿真结果分析与讨论49
四、收获机田间行驶作业时振动测试及舒适性分析50
2.6 稻麦油联合收获机车身的模态分析及结构优化55
一、HyperWorks软件简介55
二、收获机车身模态分析57
三、收获机车身尺寸优化59
四、收获机车身拓扑优化62
2.7 本章小结64

第3章 农机装备操纵过程数字化描述与舒适性评价66
3.1 引言66
3.2 换挡操纵舒适性影响因素分析及评价指标体系的构建68
一、离合器踏板操纵舒适性影响因素分析68
二、操纵舒适性评价指标体系的构建70
三、离合器踏板力、行程数据采集72
3.3 基于离差优选化的换挡操纵舒适性组合评价模型的构建74
一、构建拖拉机换挡操纵舒适性组合评价模型74
二、几种典型评价方法77
三、基于典型评价方法的拖拉机换挡操纵舒适性评价81
四、基于离差优选化的换挡操纵舒适性组合评价84
五、操纵舒适性评分值与评价指标的回归分析85
六、操纵舒适性组合评价与主观评价结论对比85
3.4 基于聚类分析的舒适性区间划分86
一、基于模糊C-均值聚类算法的样本分类87
二、舒适性评分值的判别分析92
三、舒适性评分值区间划分92
3.5 基于操纵过程动作元分析的操纵舒适性物元分析模型的构建94
一、操纵过程的数字化描述95
二、操纵过程的动作单元划分95
三、单元指标组合权重的确定96
四、操纵过程多动作单元耦合98
五、负面因素定位模型100
六、基于物元分析模型的评价结论101
七、基于MATLAB的图形界面评价程序103
3.6 本章小结105

第4章 农机装备操纵舒适性影响机制及关键参数优化107
4.1 引言107
4.2 驾驶室操纵舒适性试验平台的设计107
一、驾驶室操纵舒适性试验平台的空间布局设计108
二、驾驶室试验平台主要装置的人机工程设计122
4.3 农机装备操纵舒适性影响机制及关键参数优化134
一、本节主要研究工作135
二、农机装备座椅的舒适性评价及位置参数优化137
三、方向盘的舒适性评价及位置参数优化153
四、脚踏板的舒适性评价及位置参数优化165
五、操纵杆的舒适性评价及位置参数优化175
六、基于CATIA的舒适性仿真分析与评价188
七、基于主客观对比实验的舒适性分析与评价194
4.4 本章小结206

第5章 农机装备工效学设计与静态舒适性评价208
5.1 引言208
5.2 农机装备驾驶室人机工效学与安全性设计210
一、拖拉机驾驶室设计的流程210
二、拖拉机驾驶员人体尺寸的修正210
三、拖拉机驾驶室人机工效学布置工具212
四、驾驶室内部布局设计213
……