本書共分六章，分別是：第一章 引言；第二章 舒適性的概念及其研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)分析；第三章 農機裝備振動舒適性評價與關鍵部件優(yōu)化；第四章 農機裝備操縱舒適性評價與關鍵參數(shù)優(yōu)化；第五章 農機裝備靜態(tài)舒適性評價與駕駛室工效學設計；第六章 總結與展望。 本書不僅對舒適性的概念與分類進行了補充完善與重新界定，而且對農機裝備舒適性的評價指標與影響因素進行了全面梳理與深入剖析，構建了農機裝備舒適性多維評價指標體系與定量綜合評價模型，提出一種基于舒適性評價的農機裝備駕駛室工效學動態(tài)設計方法與流程，這是農機裝備舒適性評價方法研究的重要突破，也是農機裝備人機工效學設計理論與方法的補充與完善。 本書的*之處在于對舒適性的概念重新進行了闡釋與界定，并通過對農機裝備的動態(tài)操縱過程進行數(shù)字化描述，構建農機裝備動態(tài)操縱舒適性的定量分析與綜合評價，揭示農機裝備人機系統(tǒng)舒適性的影響機制，不僅為農機裝備駕駛室及主要操縱裝置工效學設計提供數(shù)據(jù)基礎與技術支撐，同時也極大地促進了農機裝備人機工效學設計理論與方法的發(fā)展。
本書為2014年國家自然科學基金項目《農機裝備人-機-路面耦合系統(tǒng)動力學模型與舒適性多維評價機制的研究》（項目編號：51405178）的結項書稿，該項目歷時3年研究，目前已結題。 本書不僅對舒適性的概念與分類進行了補充完善與重新界定，而且對農機裝備舒適性的評價指標與影響因素進行了全面梳理與深入剖析，構建了農機裝備舒適性多維評價指標體系與定量綜合評價模型，提出一種基于舒適性評價的農機裝備駕駛室工效學動態(tài)設計方法與流程，這是農機裝備舒適性評價方法研究的重要突破，也是農機裝備人機工效學設計理論與方法的補充與完善。
前言PREFACE農機裝備是建設現(xiàn)代農業(yè)的重要物質基礎，是實現(xiàn)農業(yè)文明生產、農村經濟發(fā)展和社會進步的基本途徑。然而，受自然環(huán)境條件與經濟發(fā)展水平的限制，我國農機裝備的研發(fā)工作起步較晚。近年來，雖然我國農機產業(yè)規(guī)模不斷擴大，農機裝備總量快速增長，但與歐美等發(fā)達國家相比，我國農機裝備整體發(fā)展水平還比較低，科研開發(fā)能力和制造工藝水平相對滯后，農機產品仍以技術含量較低的小型與中低端機為主，可靠性比較差，振動與操縱舒適性問題極為突出。農機裝備的振動與操縱舒適性研究是涉及多學科的重要課題，目前歐美等發(fā)達國家對農機裝備振動與操縱舒適性的研究已達到較高的水平。但在我國，農機裝備振動與操縱舒適性研究尚未引起足夠重視。從目前的報道來看，有關農機裝備振動與操縱舒適性的研究并不多，現(xiàn)有研究主要側重于從某個角度對農機裝備的靜態(tài)舒適性進行定性分析與主觀評價，因而無法揭示其舒適性影響機制與變化規(guī)律。在生產實踐中，農機裝備的振動與操縱舒適性亟待提高。上述問題的研究對提升我國農機裝備的質量與市場競爭力具有重要的現(xiàn)實意義。本書聚焦農機裝備舒適性定量分析與綜合定量評價問題，綜合運用機械振動理論、多體系統(tǒng)動力學理論、虛擬樣機動態(tài)仿真技術以及動作元分析法等先進理論與方法，對農機裝備的振動舒適性、操縱舒適性、靜態(tài)舒適性等問題進行系統(tǒng)深入的研究，分析人機系統(tǒng)設計參數(shù)與外部環(huán)境因素對農機裝備舒適性的影響規(guī)律，揭示農機裝備人機系統(tǒng)舒適性的影響機制，并以此為基礎，對農機裝備駕駛室與主要操縱裝置進行工效學設計，實現(xiàn)系統(tǒng)人機關系的*佳匹配。研究成果不僅為農機裝備的舒適性分析與人性化設計提供了科學的參考依據(jù)，還為提升農機裝備的設計開發(fā)能力和制造工藝水平奠定了一定的基礎。本書的創(chuàng)新之處在于：（1）以駕駛員全身振動聯(lián)合加權加速度為評價指標，綜合考慮路面激勵、人體自身的振動力學特性、人體與座椅之間的耦合作用、農機裝備與路面之間的耦合作用等因素對農機裝備振動舒適性的影響，構建了農機裝備振動舒適性定量分析與綜合評價模型，揭示了其振動舒適性的影響機制；（2）以坐姿舒適性與操縱舒適性的綜合評分為評價指標，綜合考慮操縱裝置關鍵位置參數(shù)對農機裝備操縱舒適性的影響，創(chuàng)新性地構建了農機裝備操縱舒適性定量分析與綜合評價模型，揭示了其操縱舒適性的影響機制；（3）根據(jù)優(yōu)化設計理論與系統(tǒng)舒適性影響機制，對農機裝備人機系統(tǒng)關鍵部件與設計參數(shù)進行了優(yōu)化，獲得系統(tǒng)*佳人機工程設計方案，實現(xiàn)了系統(tǒng)人機關系的*佳匹配。本書共分6章，分別是第1章 緒論，第2章 農機裝備振動舒適性評價與關鍵部件優(yōu)化，第3章 農機裝備操縱過程數(shù)字化描述與舒適性評價，第4章 農機裝備操縱舒適性影響機制及關鍵參數(shù)優(yōu)化，第5章 農機裝備工效學設計與靜態(tài)舒適性評價，第6章 總結與展望。書中大量圖片以彩圖形式給出，但考慮到印刷成本問題，本書依然采用傳統(tǒng)的黑白印刷方式，另借助二維碼技術將書稿中的彩圖集中于章首的二維碼中，讀者可借助手機等移動設備查看原始彩圖，以便更好地理解書稿內容。本書是國家自然科學基金項目農機裝備人-機-路面耦合系統(tǒng)動力學模型與舒適性多維評價機制的研究（51405178）及農機裝備作業(yè)人員手臂振動生物力學模型及動態(tài)響應特性研究（51875230）資助的成果。衷心感謝課題組主要成員樊啟洲、林衛(wèi)國、黃偉軍、肖洋軼、曾榮、李明震、賈桂鋒、王曉敏、別麗華、王少偉、文江、王坤殿、向云鵬、周杰、鐘文杰、秦增志、劉爽、劉海悅、王成龍、姜威等老師和同學的辛勤努力和付出，感謝國家自然科學基金委員會的資助，感謝各位評審專家提出的修改意見和建議，感謝華中農業(yè)大學工學院領導、同事的大力支持與指導，感謝華中科技大學出版社編校老師高質量的編輯與校對，感謝家人對我的理解與付出。由于筆者知識水平及其他條件有限，書中難免存在不足之處，懇請專家、學者和讀者提出寶貴意見。徐紅梅 2022年 9 月于武漢南湖·獅子山華中農業(yè)大學
徐紅梅，女，副教授，碩導，工學博士，華中農業(yè)大學副教授，材料科學與工程學科博士后，美國辛辛那提大學訪問學者；國家自然科學基金通訊評審專家，荊門市科技副總，湖北省主要農作物機械化生產專家組成員。主要研究方向為農機裝備舒適性設計與工效學設計，近年來主要以輪式拖拉機與谷物聯(lián)合收獲機兩種重要農機裝備為研究對象，綜合運用機械振動理論、多體系統(tǒng)動力學理論、動作元分析法、虛擬樣機動態(tài)仿真以及生物力學建模技術，對農機裝備的振動與操縱舒適性問題、作業(yè)人員手臂振動傳遞問題、駕駛員生物力學負載等關鍵科學問題進行了深入研究，并在農機裝備人-機-環(huán)境系統(tǒng)高效建模及農機裝備操縱舒適性定量分析與綜合評價方面取得重要進展。近年來，申請獲批國家自然科學基金面上項目3項，*高等學校博士學科點專項科研基金1項，以第一作者或通訊作者發(fā)表高水平學術論文30余篇，申請獲批國家發(fā)明專利2項，實用新型專利8項，軟件著作權3項，參與起草行業(yè)標準1項。
第1章 緒論
1.1 研究背景及意義1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析2
一、農機裝備舒適性分析與評價2
二、農機裝備駕駛室工效學設計4
1.3 研究目標及主要研究內容6
一、研究目標6
二、主要研究內容6
1.4 研究思路與研究方法7
一、研究思路7
二、研究方法8
第2章 農機裝備振動舒適性評價與關鍵部件優(yōu)化14
2.1 引言14
2.2 稻麥油聯(lián)合收獲機結構特點及振動激勵分析15
一、聯(lián)合收獲機結構分析及其工作原理15
二、收獲機振動激勵分析15
2.3 稻麥油聯(lián)合收獲機剛柔耦合虛擬樣機模型的創(chuàng)建17
一、收獲機剛體模型的創(chuàng)建18
二、收獲機剛柔耦合虛擬樣機模型的創(chuàng)建22
2.4 人-機-路面耦合多體動力學模型的創(chuàng)建及試驗驗證28
一、隨機路面激勵模型的創(chuàng)建28
二、人體三維幾何模型的創(chuàng)建31
三、人-機-路面耦合多體動力學模型的創(chuàng)建34
四、收獲機虛擬樣機的試驗驗證34
2.5 收獲機振動舒適性仿真分析與試驗研究40
一、稻麥油聯(lián)合收獲機振動舒適性的評價方法40
二、稻麥油聯(lián)合收獲機振動舒適性仿真分析43
三、仿真結果分析與討論49
四、收獲機田間行駛作業(yè)時振動測試及舒適性分析50
2.6 稻麥油聯(lián)合收獲機車身的模態(tài)分析及結構優(yōu)化55
一、HyperWorks軟件簡介55
二、收獲機車身模態(tài)分析57
三、收獲機車身尺寸優(yōu)化59
四、收獲機車身拓撲優(yōu)化62
2.7 本章小結64
第3章 農機裝備操縱過程數(shù)字化描述與舒適性評價66
3.1 引言66
3.2 換擋操縱舒適性影響因素分析及評價指標體系的構建68
一、離合器踏板操縱舒適性影響因素分析68
二、操縱舒適性評價指標體系的構建70
三、離合器踏板力、行程數(shù)據(jù)采集72
3.3 基于離差最大化的換擋操縱舒適性組合評價模型的構建74
一、構建拖拉機換擋操縱舒適性組合評價模型74
二、幾種典型評價方法77
三、基于典型評價方法的拖拉機換擋操縱舒適性評價81
四、基于離差最大化的換擋操縱舒適性組合評價84
五、操縱舒適性評分值與評價指標的回歸分析85
六、操縱舒適性組合評價與主觀評價結論對比85
3.4 基于聚類分析的舒適性區(qū)間劃分86
一、基于模糊C-均值聚類算法的樣本分類87
二、舒適性評分值的判別分析92
三、舒適性評分值區(qū)間劃分92
3.5 基于操縱過程動作元分析的操縱舒適性物元分析模型的構建94
一、操縱過程的數(shù)字化描述95
二、操縱過程的動作單元劃分95
三、單元指標組合權重的確定96
四、操縱過程多動作單元耦合98
五、負面因素定位模型100
六、基于物元分析模型的評價結論101
七、基于MATLAB的圖形界面評價程序103
3.6 本章小結105
第4章 農機裝備操縱舒適性影響機制及關鍵參數(shù)優(yōu)化107
4.1 引言107
4.2 駕駛室操縱舒適性試驗平臺的設計107
一、駕駛室操縱舒適性試驗平臺的空間布局設計108
二、駕駛室試驗平臺主要裝置的人機工程設計122
4.3 農機裝備操縱舒適性影響機制及關鍵參數(shù)優(yōu)化134
一、本節(jié)主要研究工作135
二、農機裝備座椅的舒適性評價及位置參數(shù)優(yōu)化137
三、方向盤的舒適性評價及位置參數(shù)優(yōu)化153
四、腳踏板的舒適性評價及位置參數(shù)優(yōu)化165
五、操縱桿的舒適性評價及位置參數(shù)優(yōu)化175
六、基于CATIA的舒適性仿真分析與評價188
七、基于主客觀對比實驗的舒適性分析與評價194
4.4 本章小結206
第5章 農機裝備工效學設計與靜態(tài)舒適性評價208
5.1 引言208
5.2 農機裝備駕駛室人機工效學與安全性設計210
一、拖拉機駕駛室設計的流程210
二、拖拉機駕駛員人體尺寸的修正210
三、拖拉機駕駛室人機工效學布置工具212
四、駕駛室內部布局設計213
五、駕駛室內部主要操縱裝置的設計218
六、駕駛室外部結構的設計224
七、駕駛室三維模型的建立228
5.3 基于駕駛員安全性的駕駛室靜載強度分析229
一、駕駛室安全強度驗收標準229
二、駕駛室有限元模型的建立230
三、駕駛室強度安全性分析過程與結果232
四、駕駛室輕量化優(yōu)化設計238
五、優(yōu)化后駕駛室的強度安全性分析239
5.4 基于DELMIA的駕駛室人機系統(tǒng)靜態(tài)舒適性分析245
一、DELMIA人機工程仿真概述245
二、駕駛員-駕駛室人機系統(tǒng)模型的構建245
三、人機系統(tǒng)靜態(tài)舒適性分析246
5.5 駕駛室靜態(tài)舒適性測試與評價258
一、試驗目的259
二、試驗人員的選取259
三、試驗過程與數(shù)據(jù)采集260
四、試驗結果及分析261
5.6 本章小結263
第6章 總結與展望265
6.1 全書總結265
6.2 主要創(chuàng)新點267
6.3 不足與展望268
參考文獻269
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