人機工程的煤礦機械設(shè)計應用
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摘要：結(jié)合礦山作業(yè)的實際工作環(huán)境，分析了人機工程的原理以及對煤礦生產(chǎn)的重要性，探討了人機工程在煤礦機械設(shè)計中的應用，希望用人機工程的方法實現(xiàn)煤礦機械的人機一體化，使得設(shè)備操作更加便捷，有助于提高煤礦機械的工作效率和生產(chǎn)的安全性。
關(guān)鍵詞：煤礦機械;人機工程;生產(chǎn)安全
引言
煤炭行業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的支撐行業(yè)，對于煤礦開采與生產(chǎn)來說，現(xiàn)階段我國已經(jīng)形成初步的機械化操作模式，煤礦機械種類繁多，操作模式眾多，而煤礦機械設(shè)備一般操作原理與操作過程較為復雜，加之井下環(huán)境惡劣，噪音、震動、油污、粉塵等不僅干擾井下操作人員而且對煤礦機械也有著一定的影響，特別是對操作人員來說，長期處于這種嘈雜、惡劣的工作環(huán)境，難免因緊張、疲憊而形成操作失誤，而產(chǎn)生機械故障的現(xiàn)象。而隨著我國機械工業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦機械設(shè)計對人機工程的要求增加，使煤礦機械設(shè)計過程中加強對人機工程學的運用，從而提高人員操作效率，減少因人員操作而造成的機械故障現(xiàn)象。
1人機工程的原理
人機工程，即按照以人為本的原則對機械設(shè)備進行設(shè)計和制造，從而方便操作人員的操作。人是人機工程中最為重要的參照部分，通過以人為本的思路構(gòu)造和設(shè)計機械設(shè)備，統(tǒng)籌各個環(huán)節(jié)的工程活動，對于煤礦機械設(shè)計來說，人機工程融合了環(huán)境學、人機界面互動、工程技術(shù)學以及機械造型美學等學科，在機械設(shè)備設(shè)計中，考慮操作人員與機械設(shè)備的適應性，同時也考慮到人與機械設(shè)備完美匹配的技術(shù)化處理等等。煤礦機械操作中的人機界面可以看出，煤礦機械設(shè)計過程十分復雜，包含了不同環(huán)節(jié)的各類操作流程，在機械設(shè)備設(shè)計初期，需要按照機械設(shè)備的用途以及需要完成的作業(yè)流程為主，而在人機工程設(shè)計的過程中，需要兼顧人員你操作的便捷性、科學性與精準性，優(yōu)化人員操作方式來提高機械設(shè)備的運行效率，同時還需要避免設(shè)計漏洞和缺陷，因此可以說，煤礦機械設(shè)備中人機工程的應用是在符合機械設(shè)備生產(chǎn)需求的同時，對人員操作安全性和穩(wěn)定性的一種兼顧[1]。
2人機工程對煤礦生產(chǎn)的重要性
煤礦生產(chǎn)的系統(tǒng)和生產(chǎn)方式極為復雜，隨著我國煤炭行業(yè)機械化、自動化趨勢的不斷推進以來，煤礦機械的使用率普遍提高，而伴隨著煤礦機械的普及，機械事故的發(fā)生也層出不窮，井下人和設(shè)備由于工作環(huán)境復雜，噪音、粉塵、潮濕、有害氣體等方面不斷侵蝕和威脅著井下人員和設(shè)備，使井下人員精神狀態(tài)不佳，進而引起操作故障導致機械事故的發(fā)生，嚴重威脅著井下作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。隨著近年來煤礦開采難度的不斷增加，煤礦采掘機械化程度也不斷提高，煤礦機械設(shè)備的質(zhì)量、體積以及功率等方面也不斷加大，造型、結(jié)構(gòu)、操控也更加復雜化，對操作人員的技術(shù)能力要求也不斷提高，因此為了保障煤礦安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，需要從機械設(shè)備的設(shè)計角度出發(fā)，提高煤礦機械設(shè)備的人機工程應用率，使大型的機械設(shè)備能夠以宜人化的特點降低人員操作難度，從而降低機械設(shè)備故障的發(fā)生頻率，提高煤礦井下生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。因此，煤礦機械設(shè)備中對人機工程的應用，一方面可以在機械設(shè)備的設(shè)計方面遵循以人為本的原則，使機械操作過程更負荷人員操作習慣和生理特征，另一方面，在煤礦機械設(shè)備中運用人機工程，一定程度上可以降低操作故障的發(fā)生率，提高煤礦安全生產(chǎn)效益。
3人機工程在煤礦機械設(shè)計中的應用
隨著我國煤炭產(chǎn)業(yè)開采難度的不斷增加，煤礦機械設(shè)備和煤礦操作人員的人機系統(tǒng)也越來越復雜，隨著煤礦機械化的發(fā)展，煤礦生產(chǎn)對人機工程的要求也越來越高，而提高人機工程在煤礦機械設(shè)計中的應用就需要從以下幾個方面進行：
3.1優(yōu)化人機互動界面
人機界面是煤礦機械設(shè)備在井下運行過程中操作人員對設(shè)備的控制與人際交流平臺，操作人員可以通過人機界面掌握設(shè)備的運行狀況和下一步的操作計劃等等，通常情況下，操作人員需要通過人機界面來操控機械設(shè)備，因此，優(yōu)化人機互動界面可以提高操作人員的操作感受，實現(xiàn)對機械設(shè)備的有效操作[2]。例如，在優(yōu)化人機互動界面的設(shè)計中，針對操作人員面對復雜的機械化和流程化的數(shù)據(jù)時，難免產(chǎn)生疲勞等精神狀態(tài)，因此在人機互動界面的設(shè)計中，可以通過色彩的調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)字體的搭配等方法，提高操作人員的精神狀態(tài)，從而提高機械設(shè)備的操作效率，避免機械故障的發(fā)生。
3.2控制井下生產(chǎn)噪音
煤礦產(chǎn)業(yè)是一個機械化程度較高、機械設(shè)備相對密集的產(chǎn)業(yè)，而且由于煤礦生產(chǎn)一般是井下操作為主，因此相對于其他行業(yè)來說，煤礦開采和生產(chǎn)過程中的噪音對生產(chǎn)活動的影響較大。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在煤礦井下作業(yè)的同時，采煤機和掘進機通常的噪音為90dB左右，而錨桿機甚至超過100dB，這種形式的噪音已經(jīng)對井下操作人員產(chǎn)生了一定影響，對井下機械操作人員也形成一定的影響，不僅危害人體健康，而且嚴重影響了操作人員對機械設(shè)備的操控能力。因此在運用人機工程對井下噪音進行控制時，需要對煤礦機械設(shè)備采用以空氣動力學、聲學等多種學科知識，降低設(shè)備運行時的噪音，或者將高噪音、高震動的機械設(shè)備進行升級和改造，以降低井下的噪音，從而提高井下設(shè)備操作的安全性和穩(wěn)定性，降低機械設(shè)備操作故障。
3.3實時采集人機數(shù)據(jù)
煤礦機械設(shè)備在運行中的數(shù)據(jù)實時傳遞是人機工程設(shè)計和操作人員安全、穩(wěn)定操作的重要因素，因此在機械設(shè)備運用人機工程學的同時，需要針對各類人機產(chǎn)品，在設(shè)計時應該全面考慮到產(chǎn)品數(shù)據(jù)的實時傳遞對操作人員的影響，另外人機工程在數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)倪^程中也需要以人文本，考慮到操作人員的操作習慣和操作舒適度，從而提高操作效率。例如，在煤礦機械設(shè)備裝載機或者鏟煤機的人機工程設(shè)計中，設(shè)計人員需要確保各操作元件之間的距離，如采煤機或者鏟煤機的剎車和油門的腳踏位置，不僅需要進行一定的間隔，而且還需要切實考慮到駕駛?cè)藛T在駕駛室的活動不會影響剎車和油門的功能，以符合人們身體和生理習性的方法布置操控元件和儀表儀盤等等，從而使機械設(shè)備更具操作性，降低機械設(shè)備的故障率[3]。
3.4機械設(shè)計中的要點
由于煤礦井下作業(yè)過程中機械設(shè)備的應用率較高，而機械設(shè)備需要人員的規(guī)范操作，因此機械設(shè)備設(shè)計的要點是滿足生產(chǎn)作業(yè)需求的同時以安全、穩(wěn)定、高效為目標，這也是人機工程在機械設(shè)備設(shè)計中的主要作用之一，實現(xiàn)了煤礦機械設(shè)備操作的便捷性和實用性，在設(shè)計過程中對于操作人員肢體所處的位置也需要消除倒刺、銳角等等，確保工作人員位置的安全性，另外，在人機工程的運用中，一方面要考慮操作環(huán)境對操作人員的影響，另一方面還需要根據(jù)人體的生理構(gòu)成進行相關(guān)零部件的裝置，以方便操作的方式降低操作難度，減少機械故障的發(fā)生，提高煤礦生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。
4結(jié)語
隨著煤礦機械化進度的不斷加快，煤礦井下操作的機械化程度不斷提高，由于受到井下多方面的綜合環(huán)境影響，煤礦機械磨損、失效等現(xiàn)象頗為常見，造成了一定的經(jīng)濟損失。而在當前機械化發(fā)展階段，人機工程在煤礦機械設(shè)備中的運用，不僅可以通過人機工程的思路來改善操作環(huán)境和操作空間，提高操作安全性和規(guī)范性，一定程度上促進了煤礦機械故障的降低。但是在當前人機工程的運用中，依然存在一定的缺陷和不足，有待我們繼續(xù)研究和改善。
參考文獻
[1]李洪剛.人機工程學在煤礦機械產(chǎn)品中的應用研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013（4）：60-61.
[2]李紅濤，張麟.人機工程在煤礦中的應用現(xiàn)狀及展望[J].礦山機械，2013（5）：53.
[3]鄭杰.人機工程在煤礦機械設(shè)計中的應用[J].能源與節(jié)能，2017（4）：150-151.
作者:張青花 單位:太原理工大學 大同煤礦集團機電裝備制造有限公司
