煤礦井下坑道鉆機人機工程學應用分析

曹靜

【摘 要】煤礦井下坑道鉆機施工環境惡劣，將人機工程學理論應用于坑道鉆機產品設計中，有助于提高工作效率，使鉆機更安全可靠。本文主要分析了坑道鉆機產品運用人機工程學的必要性，并從噪聲控制、人體測量數據、維修性設計、外觀設計四個方面分析了人機工程學在坑道鉆機設計中的應用，力求設計出高效、安全、可靠的坑道鉆機，更好的為煤礦開采和煤礦安全服務。

【關鍵詞】坑道鉆機；人機工程學；應用

0 引言

煤炭在我國能源結構中一直都占有非常大的比重，因此煤礦安全生產問題就變得尤為重要。煤礦井下坑道鉆機作為瓦斯抽采鉆孔施工的重要設備，在瓦斯抽采、降低瓦斯事故方面起到非常重要的作用。人機工程學是運用系統工程的觀點，通過分析人的身體和心理特征，研究人、機、環境三者之間的相互作用關系，使機械和環境適應于人，使人、機、環境的配合達到最佳狀態，獲得最佳的經濟效益和社會效益[1]。目前坑道鉆機已由20世紀90年代的分體式鉆機慢慢轉變為目前的履帶式鉆機，隨著履帶式鉆機用量的增多，產品的人性化要求也逐漸提高，使用的便捷性與舒適性日益受到用戶關注。因此，研究人機工程學在煤礦井下坑道鉆機設計使用中的應用十分有意義。

1 坑道鉆機運用人機工程學的必要性

坑道鉆機產品使用的環境特殊，主要用于煤礦井下鉆孔施工，工作環境非常惡劣?？拥楞@機需要長時間在噪音、粉塵、油污、振動、腐蝕等不利因素的作用下作業，操作人員容易產生松懈和疲勞，因此要保證施工的正確性和高效率，并不是一件容易的事情。以往坑道鉆機在大家印象中一直都是笨、重、臟的形象，還存在著外觀粗糙、操作不夠人性化等問題。因此只有通過加強人機工程學在坑道鉆機產品中的應用，盡量解決坑道鉆機在使用過程中受到的人和環境的影響因素，使坑道鉆機更好的適應煤礦井下的作業環境，適應操作人員的生理和心里特征，為操作人員提供安全、高效、舒適的作業條件，使人、機、環境達到協調統一，才能提高作業效率，使坑道鉆機發揮出更大的性能。

2 人機工程學在坑道鉆機設計中的應用

2.1 坑道鉆機噪聲控制

坑道鉆機在使用過程中會產生明顯的噪聲，包括電機、泵、馬達、齒輪等運轉時都會產生噪聲。噪聲會導致人的注意力下降，容易使人產生煩躁的情緒，并且會影響人的正常交談，這些都會影響工作效率，嚴重時可能會因為工作失誤導致安全事故的發生。鉆機發生故障時產生的不正常聲響也可能因為被噪聲掩蓋而不能被及時發現。長時間在高噪聲的環境中工作，可能會造成聽力受損，甚至損壞人的身體健康。因此在坑道鉆機設計時，需要考慮到噪聲控制問題。

坑道鉆機的噪聲可以從噪聲源和噪聲的傳播兩方面進行控制。噪聲源方面，泵、馬達、電機可以通過合適的選型以及減振處理減少噪聲。齒輪可以從設計、加工等方面進行噪聲控制，通過合理的設計及技術要求保證齒輪參數的正確；加工時保證尺寸公差、表面粗糙度等滿足設計要求。噪聲的轉播方面，可以選用吸音材料設計專用的隔音罩，在適當的位置安裝消聲器，減少噪聲向外傳播。

2.2 人體測量數據在坑道鉆機設計中的應用

人機工程學范圍內的人體形態測量數據主要有兩類，即人體構造尺寸和功能尺寸的測量數據[2]?？拥楞@機在設計初期時就應參考人的構造尺寸和功能尺寸，保證操作者在使用鉆機時具備舒適性和安全性。

（1）操作臺及座椅的位置和高度設計

坑道鉆機的操作者基本上都是男性，所以應收集男性的數據來進行設計參考。操作裝置的位置應在人的雙臂可及的范圍之內，且應滿足人在操作時的視線能觀察到執行機構的運動情況。由于鉆孔施工過程中，可能會發生瓦斯、煤粉或水的涌出，因此操作臺位置應盡量遠離鉆孔的位置，保證作業的安全。操作臺操作部件的高度應盡量與人的雙臂舒適操作的高度相符合，使人減少疲勞感，提高工作效率。在滿足條件的情況下，應盡量為操作人員設計座椅，座椅的結構尺寸應根據人體下肢、背部的尺寸相符，使人在坐下后產生舒適感。

（2）各操作手柄設計

操作手柄的運動方向應符合執行機構的運動方向，比如手柄前推時，執行機構也應向前運動；操作手柄的推拉力應設計在合適的范圍內，避免增加操作人員的勞動強度；操作手柄的大小應適應人手尺寸，使操作人員在操作時獲得舒適的握持感受。

2.3 坑道鉆機中維修性人機工程學設計

維修性設計的目的是設備發生故障時，維修人員可以快速的發現故障原因，并安全、經濟、高效的將設備修理好[3]。根據經驗積累，目前坑道鉆機主要維修方面包括結構件和密封件兩大部分，結構件上，主要有箱體軸承、平移導軌及襯板、銷軸等；密封件上，主要有膠管、接頭、骨架油封、油缸密封等。對上述兩方面的維修性人機工程學設計，主要體現在：

（1）方便維修人員維修

首先，坑道鉆機的設計需要具備可達性?？蛇_性是指產品發生故障后，維修人員可以方便的觀察并接近到故障位置，且維修時具有足夠的操作空間。比如在鉆機適當的部位安裝觀察窗、預留裝配維修空間是實現鉆機產品可達性的重要途徑。其次，應保證零部件拆裝方便。比如在滿足性能的要求下盡量選擇易拆裝定位的連接形式，易損件采用快速拆裝結構，需拆卸部件盡量設計成可使用通用工具拆卸等。

（2）維修的安全性

維修的安全性是指在維修人員維修時不會受到機械損傷、電擊或其他傷害?？拥楞@機設計時，維修人員維修過程中身體容易接觸的部件應消除棱角和銳邊，避免受傷。

2.4 坑道鉆機外觀設計

研究表明來自外界的信息有80～90%是通過人的眼睛獲得的。為了使設計的產品能更好的吸引人，外觀設計在滿足性能要求的同時，還要考慮美觀性。煤礦井下是黑色的，長時間呆在井下工作會讓人產生壓抑感，影響操作者的工作效率和操作安全。好的產品外觀可以使人心情愉悅，有利于提高工作效率，減少安全事故的發生，因此坑道鉆機產品外觀的美觀性非常重要?？拥楞@機的美觀性設計可以從外形結構和顏色兩方面入手。外形結構方面，應將液壓膠管整理分類，使用護罩保護部分部件，應盡量采用圓角和曲面的設計，增加視覺的美觀感和作業的安全性。顏色方面，由于煤礦井下比較昏暗，因此應當盡量選用紅、白、黃等鮮艷、明亮的顏色，使操作者容易分辨，有利于緩解操作者的視覺疲勞。

3 結語

人機工程學理論目前已廣泛的應用于各個行業，取得了良好的經濟效益。隨著科技的發展、社會的進步，煤礦井下坑道鉆機產品對人性化設計的需求越來越多，將人機工程學理論更多的應用于坑道鉆機產品中，設計出操作簡單、高效率、高性能、舒適、安全、可靠的坑道鉆機對煤礦開采技術進步、減少煤礦安全生產事故具有重要的意義。

【參考文獻】

[1]李建中，任衛紅，何定東.人機工程學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000.

[2]李洪剛.人機工程學在煤礦機械產品中的應用研究[J].機電產品開發與創新，2013，26（4）：60-61，69.

[3]張旭晨，高世杰，李敏.機械的維修性人機工程學設計[J].黑龍江科技信息，2007（24）：21.